Дрібнозернисті дисперсно-армовані бетони підвищеної водонепроникності, морозостійкості та тріщиностійкості для гідротехнічних споруд

Размещено на http://www.allbest.ru/

АВТОРЕФЕРАТ

ДРІБНОЗЕРНИСТІ ДИСПЕРСНО-АРМОВАНІ БЕТОНИ ПІДВИЩЕНОЇ ВОДОНЕПРОНИКНОСТІ, МОРОЗОСТІЙКОСТІ ТА ТРІЩИНОСТІЙКОСТІ ДЛЯ ГІДРОТЕХНІЧНИХ СПОРУД

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Одеській державній академії будівництва і архітектури.

Науковий керівник:

кандидат технічних наук, доцент Мішутін Андрій Володимирович, Одеська державна академія будівництва і архітектури, завідувач кафедри „Проектування, будівництва та експлуатації автомобільних доріг”.

Офіційні опоненти: - доктор технічних наук, професор Нетеса Микола Іванович, Дніпропетровський національний університет залізничного транспорту ім. академіка В. Лазаряна, завідувач кафедри „Будівельне виробництво та геодезія”.

- кандидат технічних наук, доцент Плугін Дмитро Артурович, Українська державна академія залізничного транспорту, доцент кафедри „Будівельні матеріали, конструкції та споруди”

З дисертацією можна ознайомитися в бібліотеці Одеської державної академії будівництва і архітектури за адресою: 65029, м. Одеса, вул. Дідріхсона, 4.

Автореферат розісланий “_2_” __лютого______ 2009 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради, к.т.н., доцент Карпюк В.М.

Загальна характеристика роботи

Актуальність теми. Тонкостінні залізобетонні конструкції широко застосовуються в сучасному гідротехнічному будівництві. При очевидних перевагах тонкостінних конструкцій - низька матеріалоємність і вага, простота монтажу та ін., в складних умовах експлуатації актуальною залишається проблема руйнування бетону під напірною дією води, а також при заморожуванні і відтаванні. Тому одними з основних показників якості, що забезпечують довговічність конструкцій гідротехнічних споруд у кліматичній зоні України, є водонепроникність і морозостійкість бетону. Також для матеріалу тонкостінних конструкцій висуваються вимоги підвищеної міцності при збереженні високої рухливості сумішей.

Оскільки в процесі експлуатації велика частина гідротехнічних споруд піддається динамічним діям (ударам льоду, хвиль, плаваючих предметів, вібраціям від транспорту та ін.) не менш актуальними показниками якості можна вважати ударо- і тріщиностійкість матеріалу. Тому актуальною залишається задача створення високотехнологічних бетонів з покращеними показниками водонепроникності, морозостійкості і тріщиностійкості.

Для підвищення експлуатаційних властивостей бетону застосовуються модифікатори різної природи: пластифікатори, кольматуючі добавки і наповнювачі. Для відповідальних тонкостінних конструкцій все ширше застосовується дисперсне армування фіброю. Зважаючи на експлуатацію у водному середовищі, для гідротехнічних спорудах слід застосовувати полімерну фібру, яка на відміну від металевої не схильна до корозії. Для ефективного застосування дисперсного армування різними видами фібри, і модифікаторами необхідно оптимізувати склади композитів і технологію їх приготування.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Робота виконана у рамках державної програми „Прикладні розробки у сфері розвитку водного господарства (п.1 КПКВ-5001020)” Держводгоспу України у рамках тем №0106U006736 „Класифікація пошкоджень залізобетонних конструкцій гідротехнічних споруд, які експлуатуються в складних умовах і розробка Регламенту з технології приготування і використання бетонів, які експлуатуються у складних умовах, з використанням полімерної фібри”

(2006 р.) та № 0107U007574 «Розробка технологічного регламенту з приготування високорухомих бетонних сумішей і їх дослідження для застосування при ремонті тонкостінних гідротехнічних споруд» (2007 р.).

Метою роботи є розробка і оптимізація складів модифікованих дрібнозернистих фібробетонів підвищеної водонепроникності, морозостійкості і тріщиностійкості для тонкостінних конструкцій гідротехнічних споруд.

Задачі дослідження:

- проаналізувати вплив складу модифікованого бетону і фібробетону на технологічні властивості бетонної суміші за умови збереження її високої рухливості;

- побудувати комплекс експериментально-статистичних моделей (ЕС-моделей), що дозволяє оцінити вплив складів модифікованих дрібнозернистих фібробетонів на їхні технологічні, фізико-механічні й експлуатаційні властивості;

- провести аналіз впливу факторів складу модифікованого фібробетону на його властивості з урахуванням зміни водопотреби сумішей рівної рухливості;

- проаналізувати вплив дисперсного армування і кількості наповнювача на тріщино- і ударостійкість композитів для тонкостінних гідротехнічних споруд;

- спираючись на комплекс ЕС-моделей, провести пошук оптимальних складів модифікованих фібробетонів для тонкостінних гідротехнічних споруд з високими рівнями міцності, водонепроникності, морозостійкості і тріщиностійкості;

- розробити регламенти з технології приготування і застосування модифікованих бетонів і фібробетонів для будівництва і відновлення тонкостінних гідротехнічних споруд і водопропускних споруд автодоріг;

- впровадити результати досліджень при будівництві і відновленні бетону тонкостінних гідротехнічних споруд.

Об'єкт дослідження. Дрібнозернисті фібробетони високої рухливості з полімерною фіброю, які модифіковані добавкою (Пенетрон + С-3) і наповнювачем для будівництва і відновлення тонкостінних гідротехнічних споруд.

Предмет дослідження. Закономірності впливу складу модифікованого дрібнозернистого фібробетону на його технологічні і механічні властивості, у тому числі на водонепроникність, морозостійкість і тріщиностійкість.

Методи досліджень. Параметри якості і фізико-механічні характеристики модифікованих бетонів і фібробетонів визначалися відповідно до нормативів на атестованому устаткуванні. Експериментальні дослідження виконані за оптимальними планами. Побудова нелінійних експериментально-статистичних моделей виконувалася із застосуванням спеціалізованої системи COMPEX. Застосувалися методики механіки руйнування для аналізу тріщиностійкості бетону, метод акустичної емісії, мікроскопія, аналіз технологічної пошкодженності бетону, аналіз залишків від кореляційної лінійної функції впливу Ц/В і комп'ютерний пошук оптимальних складів модифікованих композитів.

Наукова новизна отриманих результатів полягає у наступному:

- встановлено закономірності впливу факторів складу модифікованого фібробетону для будівництва і відновлення тонкостінних гідротехнічних споруд на його основні фізико-механічні властивості;

- показано, що використання тонкодисперсного наповнювача дозволяє значно підвищити механічні властивості, тріщиностійкість, морозостійкість і водонепроникність дрібнозернистого бетону і фібробетону;

- проаналізовано вплив факторів складу модифікованого фібробетону на міцність з урахуванням зміни водопотреби сумішей рівної рухливості;

- показана можливість застосування полімерної фібри для підвищення стійкості бетону тонкостінних гідротехнічних конструкцій до динамічних дій;

- з використанням методів комп'ютерного матеріалознавства визначені оптимальні склади фібробетонів для будівництва і відновлення тонкостінних гідротехнічних конструкцій.

Практичне значення отриманих результатів. За результатами виконаних у дисертації досліджень розроблені склади модифікованих фібробетонів для тонкостінних гідротехнічних споруд. Отримано патент України на бетонну суміш з наповнювачем (меленим піском) і поліпропіленовою фіброю. Розроблені і затверджені Регламент з технології приготування і застосування модифікованого бетону для гідротехнічних споруд меліорації, водопропускних споруд автодоріг із застосуванням полімерної фібри, а також Регламент з методики приготування високорухомих бетонних сумішей для ремонту тонкостінних гідротехнічних споруд меліорації. Розроблені склади модифікованих фібробетонів використовувалися при відновленні тонкостінних залізобетонних конструкцій очисних споруд Миколаївського водоканалу і головного шлюзу каналу Дунай - Сасик.

Особисто здобувачем отримані:

- експериментальні дані про властивості модифікованих дрібнозернистих фібробетонів для будівництва і відновлення тонкостінних гідротехнічних споруд;

- закономірності, що відображають вплив факторів складу на властивості фібробетону і комплекси чотирьох-факторних ЕС-моделей;

- оптимальні склади модифікованих дрібнозернистих фібробетонів для відновлення і будівництва тонкостінних бетонних і залізобетонних конструкцій гідротехнічних споруд, що забезпечують багатокритеріальні експлуатаційні і технологічні вимоги;

- рекомендації з технології виготовлення модифікованого добавкою (Пенетрон + С_3) і наповнювачем фібробетону для тонкостінних гідротехнічних споруд.

Апробація роботи. Основні результати досліджень докладалися на міжнародних конференціях «Міжрегіональні проблеми екологічної безпеки» (Одеса, 2007), «Шляхи підвищення надійності проектування, будівництва і експлуатації гідротехнічних споруд меліорації» (Київ, 2007), «Бетони і розчини з використанням ефективних добавок та відходів промисловості» (Київ, 2008), а також на міжнародному семінарі з моделювання і оптимізації композитів МОК-47 (Одеса, 2008).

Публікації. Основні положення дисертації опубліковані у 1 патенті України, 2 регламентах и 8 роботах, з них 5 в спеціалізованих виданнях, затверджених ВАК України, 3 доповіді на міжнародних конференціях і симпозіумах.

Структура і об'єм роботи. Дисертація складається зі вступу, основної частини (5 розділів), висновків, списку літературних джерел і додатків. Загальний об'єм роботи 144 сторінки, зокрема 34 рисунки, 16 таблиць, список літератури з 143 найменувань.

Зміст роботи

У вступі обґрунтована актуальність роботи, сформульовані мета і задачі дослідження, приведені положення наукової новизни і практичної цінності отриманих результатів.

У першому розділі проведений аналіз літературних даних, який дозволив сформулювати мету і задачі роботи.

Проаналізовані роботи, присвячені методам підвищення морозостійкості бетону (В.В. Стольніков, Л.Й. Дворкін, А.Є. Шейкін,

В.М. Москвін, В.Г. Батраков, О.М. Підвальний). Головним методом підвищення морозостійкості бетону можна вважати створення в його структурі системи замкнутих пор малого діаметру за рахунок застосування модифікаторів і наповнювачів. Додаткового підвищення морозостійкості можна добитися за рахунок дисперсного армування.

Аналіз робіт, присвячених проблемі підвищення водонепроникності бетону (Ф.М. Іванов, Г.І. Горчаков, В.М. Москвін, Н.А. Мощанський,

В.В. Стольніков, О.А. Плугін) показав, що проникність матеріалу обумовлюється переважно капілярною пористістю. Найбільш ефективно знижують проникність сучасні кольматуючі добавки-модифікатори, при цьому вони не погіршують механічні властивості і технологічність бетону.

Проведений огляд робіт, присвячених використанню дисперсного армування для підвищення експлуатаційних властивостей цементних композитів (Ф.Н. Рабінович, В.М. Дерев'янко, В.А Вознесенській). Показано, що за рахунок введення фібри істотно підвищуються „специфічні” властивості бетону тонкостінних конструкцій: тріщиностійкість, ударостійкість, морозостійкість. Проте, зважаючи на вологе середовище експлуатації гідротехнічних споруд слід застосовувати полімерну фібру, яка на відміну від металевої не схильна до корозії.

Також проаналізовані роботи, присвячені регулюванню властивостей композиційних матеріалів за рахунок використання наповнювачів

(В.І. Соломатов, В.М. Вировой, В.С. Дорофєєв, Нетеса М.І.). Застосування оптимальної кількості наповнювача раціональної дисперсності дозволяє ефективно підвищити цілий ряд властивостей бетону за рахунок управління його структурою на стадії її організації.

Сформульована робоча гіпотеза дослідження: за рахунок комплексної модифікації бетону кольматуючою добавкою, пластифікатором, наповнювачем і полімерною фіброю можна отримати бетони підвищеної водонепроникності, морозостійкості і тріщиностійкості для тонкостінних гідротехнічних конструкцій.

У другому розділі обґрунтований вибір варійованих факторів складу фібробетону, описано план експерименту, методи досліджень і характеристики використаних матеріалів.

Вивчався вплив двох видів поліпропіленової фібри, відповідно виготовлялися дві серії зразків. У серії А використовувалася фібра Fibermesh (далі - фібра А) діаметром 200 мкм і довжиною 13 мм, у серії В - фібра Baukon (далі - фібра В) з діаметром 19 мкм і довжиною 12 мм.

Варіювалися наступні фактори складу:

Х₁ - кількість сульфатостійкого портландцементу (марка 400), від 500 до 700 кг/м³;

Х₂ - співвідношення щебінь/пісок, від 1.6 до 2.2. Даний фактор впливає на «затискання» волокон фібри;

Х₃ - кількість наповнювача (меленого піску з питомою поверхнею 300 м²/кг), від 0 до 8% від маси цементу.

У серії А:

Х₄ - кількість фібри А, від 0 до 2,4 кг/м³;

У серії В:

Х₅ - кількість фібри B, від 0 до 1.2 кг/м³.

Застосовувався митий гранітний щебінь фракції 5-10 мм і митий кар'єрний пісок Никитівського кар'єру з Мкр=2.6.

У всі суміші вводилася комплексна добавка (Пенетрон А в кількості 2% від маси цементу плюс суперпластифікатор С-3 в кількості 0.8%), що обрано з урахуванням результатів, досягнутих в попередніх дослідженнях нашого наукового колективу.

Експерименти проводилися за 18-ти точковими D-оптимальними планами.

Фізико-механічні характеристики бетону визначалися за стандартними методиками. Водонепроникність визначалася по методу мокрої плями (ГОСТ 12730.5-84) на приладі для визначення водонепроникності дрібнозернистих бетонів на зразках товщиною 4 см і діаметром 10 см, а також по повітропроникності на зразках 15155 см приладом „АГАМА-2". Морозостійкість визначалася по прискореному методу в солоній воді при заморожуванні до -50°С на установці "Фрігера" на зразках-кубах з ребром 7.07 см. Рівень критичного коефіцієнта інтенсивності напружень K_1C (МПам^0.5) визначався по трьохточковій схемі випробувань зразків з надрізом відповідно до ГОСТ 29167-91. Початковий надріз глибиною 10 мм ініціювався методом пропила, який виконувався на фрезерному верстаті диском товщиною 1.2 мм з алмазним напиленням. Визначення сигналів акустичної емісії проводилося на програмно-технічному комплексі „АКЕМ". Побудова і статистичний аналіз ЕС-моделей виконувався по типових методиках.

У третьому розділі проаналізовані технологічні і фізико-механічні характеристики модифікованих фібробетонів.

Всі суміші мали рівну рухливість ОК=16-18 см, тобто водопотреба залежала від складу бетону. По визначенню В/Ц у 18 експериментальних точках були побудовані ЕС-моделі впливу факторів складу на даний показник для сумішей з фібрами А і В, помилка експерименту s_е=0.007:

В/Ц_А = 0.331 - 0.033x₁ - 0.005x₁x₂ + 0.004x₁x₃ - 0.008x₁x₄

+ 0.004x₂

+ 0.005x₃ + 0.010x₃² + 0.003x₃x₄

+ 0.025x₄ (1)

В/Ц_В = 0.316 - 0.028x₁ - 0.003x₁x₂ + 0.005x₁x₃ - 0.004x₁x₅

- 0.002x₂x₅

+ 0.007x₃²

+ 0.008x₅ (2)

Однофакторні залежності побудовані по моделі (2) для складів з фіброю B таким чином, що їх лінії проходять через точки мінімуму і максимуму. При цьому три фактори, які не відображені на кожній з діаграм, фіксуються на рівнях, що забезпечують відповідно максимальне і мінімальне значення виходу (в даному випадку - В/Ц суміші).

Аналіз моделей (1) і (2) дозволяє сказати, що найістотніше на В/Ц сумішей рівної рухливості впливає кількість портландцементу і полімерної фібри. При цьому, збільшення дозування цементу, природно, знижує В/Ц, хоч і збільшує загальну водопотребу. Введення до складу бетону полімерної фібри відчутно підвищує В/Ц, тобто вимагає додаткової води зачинення для збереження рухливості суміші.

Зважаючи на низькі значення Ц/В при високих дозуваннях фібри А, що вплинуло на всі властивості композиту, в подальшому аналізі розглядатимемо фібробетони з кількістю фібри до 2.4 кг/м³.

Досліджувалися фізико-механічні властивості композиту. Одержані дані про міцність матеріалу як у водонасиченому (при тривалому вільному водонасиченні), так і в сухому (висушеному до постійної маси при температурі 105±2°С) станах.

При введенні до 1.2 кг волокон фібри будь-якого з видів на 1 мі бетону їх вплив на міцність при стиску практично не відчутно. Введення 8% наповнювача (меленого піску) підвищує рівень міцності при стиску бетону у водонасиченому стані на 10..15 МПа. Даний ефект можна пояснити позитивним впливом тонкодисперсних частинок на структуру композиту. Наповнювач виконує роль найдрібнішого компоненту, збільшуючи сплошність середовища і зменшуючи міжзернову відстань в бетоні. Непрямим підтвердженням останнього служить те, що найбільша ефективність від введення меленого піску спостерігається в зоні складів з максимальним Щ/П і кількістю фібри, тобто у складів бетонів з деяким «дефіцитом» дрібних частинок. Слід також відзначити, що при проведенні експериментів і щебінь, і пісок промивалися, що сприяло практично повному витісненню із заповнювачів пилоподібних фракцій. Крім того, тонкодисперсні частинки наповнювача можуть виконувати роль центрів кристалізації при твердінні цементу.

За рахунок введення 1.2 кг фібри на 1 м³ бетону його міцність на розтягування (R_bt.w) зростає на 1-1.5 МПа. Даний ефект пояснюється армуючою дією волокон фібри, яка сприяє збільшенню опору розтягуючим напругам. Найбільші значення міцності на розтягування при згині досягаються при «середній» (близько 1.9) величині Щ/П, що можна пояснити якнайкращим затисканням волокон фібри при відповідному співвідношенні крупного і дрібного заповнювачів. Введення наповнювача позитивно позначається на величині міцності на розтягування при згині у всьому діапазоні варіювання факторів. При введенні 8% меленого піску величини R_bt.w.A, і R_bt.w.В зростають в середньому на 1 МПа.

Аналіз впливу складу на міцність фібробетону в сухому стані показав, що варійовані фактори роблять влив на міцність матеріалу в сухому стані, аналогічний впливу на характеристики міцності у водонасиченому стані.

Оскільки досліджувалися суміші рівної легкоукладальності, необхідно врахувати вплив Ц/В, як структурного чинника в комплексі з варійованими факторами складу. Аналізувалися величини абсолютних залишків від лінійної моделі впливу Ц/В на міцність. Це дозволило оцінити вплив факторів складу поза їх зв'язком з водопотребою рівнорухливих сумішей. Було виявлено, що зміна міцності на стиск при введенні фібри обумовлюється переважно зміною Ц/В суміші, а позитивна роль наповнювача після врахування його впливу на водопотребу простежується більш явно.

У четвертому розділі проаналізований вплив варійованих факторів на водонепроникність, морозостійкість, тріщино- і ударостійкість фібробетону, а також на його структуру.

При використанні фібри А вплив варійованих факторів складу на водонепроникність бетону описується моделлю:

W_А (10⁵ Па) = 14.97 + 1.33x₁ 0.42x₁x₄

0.45x₂ 1.11x₂²

+ 1.31x₃ + 0.93x₃²

1.94x₄ (3)

при використанні фібри В:

W_B (10⁵ Па) = 16.28 + 1.66x₁

1.06x₂² + 0.62x₂x₅

+ 1.18x₃ + 1.34x₃²

0.36x₅ (4)

Діаграми, що відображають вплив Щ/П відношення, кількості фібри і наповнювача на водонепроникність показано.

Можна зробити висновок, що всі досліджені бетони мали достатньо високий рівень W, що забезпечувалося наявністю в їх складі комплексної добавки [Пенетрон + С-3]. Найвищу водонепроникність, до W20, у обох серіях показали бетони з максимальною кількістю наповнювача, Щ/П відношенням близько 2.2. За рахунок введення наповнювача водонепроникність бетону росте в середньому на 210⁵ Па. Це пояснюється поліпшенням капілярно-пористої структури композиту. Армування полімерною фіброю не підвищує водонепроникність бетону що на пояснюється формуванням направлених капілярів уздовж волокон. Введення наповнювача, як наголошувалося вище, дозволяє підвищити W не менше, ніж на одну марку. Таким чином, пропонується використання дисперсного армування полімерною фіброю в тонкостінних конструкціях гідротехнічних споруд, що піддається динамічним діям.

Вплив кількості цементу, Щ/П, кількості наповнювача і полімерної фібри на морозостійкість бетону з фібрами А і В описується відповідними ЕС-моделями (s_е = 15 циклів):

F_А (цикли) = 598.9 + 26.1x₁ + 13.5x₁²

22.0x₂² 11.1x₂x₃ + 8.5x₂x₄

+ 32.7x₃ 21.8x₃² + 8.1x₃x₄

+ 21.6x₄ 54.5x₄² (5)

F_B (цикли) = 585.3 + 24.9x₁

+ 6.2x₂ 12.3x₂x₃ + 6.3x₂x₅

+ 29.9x₃ 25.9x₃² + 8.4x₃x₅

+ 46.8x₅ 19.0x₅² (6)

Аналіз діаграм дозволяє відзначити, що за рахунок введення наповнювача (меленого піску) морозостійкість композиту збільшується на величину до 100 циклів практично не залежно рівня інших факторів. Більш істотно, на 100-150 циклів, підвищується морозостійкість за рахунок застосування дисперсного армування. Для складів з кількістю фібри А від 2 до 2.4 кг/м³, як і для складів з кількістю фібри B від 1 до 1.2 кг/м³ рівень морозостійкості досягає марки F600 (при одночасному введенні наповнювача). Позитивний вплив фібри на морозостійкість композиту пояснюється армуючим ефектом її волокон, що сприймають напруження в структурі при заморожуванні і відтаюванні.

Як відмічено раніш, основною метою застосування дисперсного армування було підвищення стійкості бетону до динамічних дій. Вплив кількості фібри і наповнювача на ударостійкість бетону показаний. Кількість цементу і Щ/П відношення не роблять істотного впливу на стійкість композиту до ударів, тому на даних діаграмах ці фактори зафіксовані на середніх рівнях (х₁=х₂=0).

Можна зробити висновок, що найефективніше підвищується рівень ударостійкості при введенні фібри. Наповнювач сприяє додатковому зростанню даного показника якості. За рахунок сумісного застосування фібри і наповнювача (меленого піску) рівень ударостійкості бетону підвищується більш ніж в три рази.

Тріщиностійкість оцінювалася методами механіки руйнувань по рівню критичного коефіцієнта інтенсивності напружень К_1С. Можна зробити висновок, що за рахунок сумісного застосування фібри і наповнювача (меленого піску) тріщиностійкість підвищується приблизно на 40%, що говорить про ефективність даного виду модифікації для тонкостінних конструкцій, які при експлуатації піддаються динамічним діям.

Вивчалася відкрита пористість модифікованих фібробетонів. Можна зробити висновок, що найбільш щільними є матеріали при середньому Щ/П з кількістю наповнювача до 6% і фібри до 1 кг/м³. Введення більшої кількості фібри збільшує відкриту пористість, але не більше, ніж 0,5%-1% за об'ємом. Також проводився мікроскопічний аналіз структури модифікованого фібробетону. Був виявлений хороший розподіл волокон в структурі бетону і їх якісне затискання матрицею.

Вивчення методом акустичної емісії роботи фібробетонів при навантаженні показало, що введення волокон фібри підвищує стійкість до мікротріщиноутворення. Дисперсно-армований матеріал має високий опір до деструкції і руйнування відбувається при розриві волокон фібри в зоні максимального розтягування. Наявність меленого піску в структурі бетону покращує його експлуатаційні характеристики шляхом зниження кількості мікродефектів, що формуються на стадії затвердіння зразка, а також за рахунок полегшення релаксації матеріалу під навантаженнями розтягування.

П'ятий розділ присвячено впровадженню результатів досліджень і розробці технології виготовлення і застосування модифікованих дрібнозернистих бетонів для тонкостінних гідротехнічних споруд.

Вибір оптимального складу дисперсно-армованого бетону для тонкостінних гідротехнічних споруд проведений графічним методом по діаграмах, які побудовані

по ЕС-моделях. В якості критеріїв оптимізації приймалися морозостійкість, водонепроникність, тріщиностійкість та міцність на розтягування при згині у водонасиченому стані. Вибрано оптимальні склади фібробетонів. Показано, що фібробетони з волокнами B мають вищі фізико-механічні показники, ніж фібробетони з волокнами А.

Отримано патент України №32920 на модифіковану бетонну суміш з наповнювачем (меленим піском) і полімерною фіброю.

Крім складів модифікованих бетонів і фібробетонов підвищеної морозостійкості, водонепроникності і стійкості до динамічних дій розроблялися оптимальні технологічні прийоми виготовлення і застосування даних матеріалів при будівництві і відновленні конструкцій тонкостінних гідротехнічних споруд. Зокрема, розроблена технологія приготування і застосування модифікованого бетону для споруд водогосподарського призначення та водопропускних споруд автодоріг із застосуванням полімерної фібри, а також технологія приготування високорухомих бетонних сумішей для ремонту тонкостінних гідротехнічних споруд.

По результатам досліджень і розробки технології приготування і застосування модифікованого бетону і фібробетона були розроблені:

- Регламент з технології приготування та використання бетонів для гідротехнічних споруд меліорації, водопропускних споруд автодоріг із застосуванням полімерної фібри, затверджений Державним комітетом водного господарства України (наказ № 32 від 02.02.2007 року).

- Регламент з приготування високорухомих бетонних сумішей для ремонту тонкостінних гідротехнічних споруд, затверджений Державним комітетом водного господарства України (наказ № 12 від 29.01.2008 року).

Регламенти описують вимоги до матеріалів, які використовуються для приготування бетонів, фібробетонів і цементного колоїдного клею. У Регламентах приведені склади композитів для тонкостінних конструкцій гідротехнічних споруд. У всіх складах використовується суперпластифікатор С-3, в складах для ремонту конструкцій і виробництва конструкцій, що працюють в умовах напірної дії води використовується комплексна добавка [Пенетрон А + С-3]. модифікований дрібнозернистий фібробетон конструкція

У першому Регламенті описується технологія приготування і застосування бетону для гідротехнічних споруд меліорації та водопропускних споруд автодоріг, в другому, відповідно, технологія приготування високорухомих бетонних сумішей для ремонту тонкостінних гідротехнічних споруд. Приводяться вимоги за умовами твердіння і контролю якості бетону, умови безпеки праці і метрологічного забезпечення виробництва робіт.

У Регламентах приводяться рекомендовані (оптимальні) склади дрібнозернистих фібробетонів для будівництва і відновлення тонкостінних конструкцій гідротехнічних споруд водогосподарського призначення. Приклади 2-х складів з фіброю B, сульфатостійким портландцементом марки 400, гранітним щебенем фракції 5-10 мм, піском з Мкр = 2.2-2.7, комплексною добавкою [Пенетрон А + С-3] і наповнювачем показані в таблиці 1. Склади 1 і 2 відрізняються кількістю портландцементу і, відповідно, фізико-механічними показниками фібробетону. Склад 2 рекомендується до використання при виробництві і відновленні конструкцій, які експлуатуються в найбільш жорстких умовах.

Таблиця 1. Рекомендовані склади дрібнозернистих фібробетонів для будівництва і відновлення тонкостінних конструкцій гідротехнічних споруд

Варіанти складів	Компоненти фібробетонной суміші, кг/м3
	Цемент	Щебінь	Пісок	Мел. пісок	Пенетрон А	С-3	Фібра B	Вода
1	500	1049	552	40	10	4	1.2	181
2	600	969	510	48	12	4.8	1.2	198

Розроблені в рамках даної роботи склади модифікованих фібробетонів і Регламенти використовувалися при відновленні бетону:

- 1800 м² залізобетонних конструкцій очисних споруд Миколаївського водоканалу;

- 160 м² залізобетонних конструкцій головного шлюзу каналу Дунай - Сасик.

Висновки

1. Розроблені оптимальні склади модифікованих дрібнозернистих фібробетонів підвищеної міцності (R_b ? 80 МПа, R_bt ? 9 МПа), водонепроникності (W18…20), морозостійкості (до F600) і тріщиностійкості (К_1С ? 0.65 МПаЧм^0.5) для тонкостінних конструкцій гідротехнічних споруд водогосподарського призначення.

2. Аналіз впливу факторів складу на технологічні властивості бетонної суміші показав, що її водопотреба підвищується при введенні волокон полімерної фібри. За рахунок застосування пластифікатора і оптимізації складу фібробетонів можна забезпечувати В/Ц відношення не вище 0.30 при рухливості суміші ОК від 16 до 18 см.

3. Результати натурних експериментів і ЕС-моделювання показали, що при введенні наповнювача (меленого піску) міцність бетонів і фібробетонів при стиску у водонасиченому стані підвищується на 10-15 МПа, а міцність на розтягування при згині на 1 МПа. Застосування до 1.2 кг фібри на 1 м³ бетону підвищує міцність на розтягування при згині на 1-1.5 МПа.

4. Вплив факторів складу на властивості фібробетону проаналізовано по залишках від кореляційної лінійної функції впливу Ц/В поза зв'язком з водопотребою рівнорухомих сумішей. Показано, що зміна міцності при стиску за рахунок введення фібри обумовлюється переважно зміною Ц/В суміші, а позитивна роль наповнювача і дисперсного армування після урахування їх впливу на водопотребу простежується більш явно.

5. Морозостійкість композиту за рахунок застосування дисперсного армування підвищується на 100-150 циклів, при введенні наповнювача на 100 циклів.

Максимальна морозостійкість фібробетону перевищує марку F600. Водонепроникність всіх досліджених складів знаходиться в межах від W14 до W20. При введення наповнювача водонепроникність підвищується не менше, ніж на одну марку.

6. Застосування фібри і меленого піску підвищує стійкість композиту до динамічних дій. Фібробетони з наповнювачем мають в три рази більшу ударостійкість і на 40% більшу тріщиностійкість, ніж бетони аналогічних складів без фібри і наповнювача.

7. Вивчення роботи фібробетонів методом акустичної емісії показало, що введення волокон фібри збільшує стійкість до мікротріщиноутворення, підвищуючи опір до деструкції. Наявність в структурі наповнювача (меленого піску) та фібри покращує експлуатаційні характеристики бетону шляхом зниження кількості мікродефектів, що формуються на стадії твердіння зразка, а також за рахунок полегшення релаксації матеріалу під розтягуючим навантаженням.

8. Результати досліджень впроваджено у виробництво. Розроблені і затверджені Держводгоспом України Регламент з технології приготування і застосування модифікованого бетону для гідротехнічних споруд меліорації і водопропускних споруд автодоріг із застосуванням полімерної фібри, а також Регламент з приготування високорухомих бетонних сумішей для ремонту тонкостінних гідротехнічних споруд. Розроблені в рамках даної роботи склади модифікованих фібробетонів і Регламенти використовувалися при відновленні бетону тонкостінних залізобетонних конструкцій гідротехнічних споруд. Отримано патент України на бетонну суміш з наповнювачем (меленим піском) і полімерною фіброю.

Основні положення дисертації публіковано у роботах

1. Патент № 32920 Україна, МПК (2006) С04В 12/00. Бетонна суміш з наповнювачем (меленим піском), полімерною фіброю і комплексною добавкою [Пенетрон А + С-3] / Дорофєєв В.С., Мішутін А.В., Кровяков С.О., Гапоненко К.О. заявник і утримувач патенту ОДАБА. - № U2007 14937; заявл. 28.12.2007; опубл. 10.06.2008, Бюл. №11. - здобувач виконував експериментальні дослідження.

2. Регламент з технології приготування та використання бетонів для гідротехнічних споруд меліорації, водопропускних споруд автодоріг з використанням полімерної фібри. Державний комітет водного господарства України, 2006 р. / Мішутін А.В., Кровяков С.О., Белявський Ю.В., Гапоненко К.О. - здобувач розробляв технології приготування модифікованого фібробетону.

3. Регламент з приготування високорухомих бетонних сумішей для ремонту тонкостінних гідротехнічних споруд. Державний комітет водного господарства України, 2007 р./ Мішутін А.В., Кровяков С.О., Белявський Ю.В., Гапоненко К.О - здобувач розробляв технології приготування модифікованого бетону

4. Мишутин А.В. Применение полимерной фибры для тонкостенных конструкций гидротехнических сооружений / А.В. Мишутин, Е.А. Гапоненко // Вісник Одеської державної академії будівництва та архітектури, Випуск 25 - Одеса: вид-во ЗРС, 2007, - С. 227-231. - здобувач проводив експериментальні роботи, побудову математичних моделей технологічних і фізико-механічних властивостей.

5. Мишутин А.В. Влияние дисперсного армирования полимерными фибрами и наполнителя на свойства бетона для тонкостенных конструкций / А.В. Мишутин, С.А. Кровяков, Е.А. Гапоненко // Вісник Одеської державної академії будівництва та архітектури, Випуск 27 - Одеса: Місто майстрів, 2007, - С. 246-251. - здобувач проводив побудову і інтерпретацію математичних моделей властивостей фібробетонів.

6. Гапоненко К.О. Вплив наповнювача та дисперсного армування полімерними фібрами на властивості бетону для тонкостінних конструкцій, які експлуатуються в вологому середовищі / К.О. Гапоненко, А.В. Мішутін, С.О. Кровяков // Шляхи підвищення надійності проектування, будівництва та експлуатації гідротехнічних споруд меліорації. Мат-ли науково-практичного семінару „Структура, властивості та склад бетону” - Киев: Поліпром, 2007. - С. 37-43. - здобувач проводив графічний аналіз вплив наповнювача та дисперсного армування на властивості фібробетонів.

7. Мишутин А.В. Влияние модификаторов на структуру и свойства бетонов для тонкостенных гидротехнических сооружений / А.В. Мишутин, Е.А. Гапоненко, С.А. Кровяков // Прогрессивные технологии в современном строительстве - Новосибирск, НГАУ, 2008 - С. 133-136. - здобувач проводив аналіз структури і властивостей фібробетонів.

8. Гапоненко Е.А. Мелкозернистые бетоны повышенной водонепроницаемости для тонкостенных железобетонных конструкций / Е.А. Гапоненко // Дороги і мости. Випуск 10: Збірка наукових статей - Київ: ДержДорНДІ, 2008. - С. 65-70. - здобувач проводив експериментальний аналіз водонепроницаемости композитів.

9. Гапоненко Е.А. Учет изменения Ц/В смеси равной подвижности при оценке влияния состава фибробетона на его прочность / Е.А. Гапоненко, С.А. Кровяков, А.В. Мишутин // Мат-лы 47-го междун. сем. MOK47. - Одесса: Астропринт, 2008. - С. 64-68. - здобувач займався проведенням обчислювального експерименту.

10. Гапоненко Е.А. Фибробетоны повышенной морозостойкости, водонепроницаемости и стойкости к динамическим воздействиям / Е.А. Гапоненко, А.В. Мишутин // Вісник Одеської державної академії будівництва та архітектури, Випуск 29 - Одеса: вид-во ЗРС, 2008, - С. 64-70. - здобувач розробляв оптимальні склади фібробетонів.

11. Гапоненко Е.А. Мелкозернистые дисперсно-армированные бетоны повышенной водонепроницаемости, морозостойкости и трещиностойкости для гидротехнических сооружений мелиорации / Е.А. Гапоненко,

12. А.В. Мишутин, С.А. Кровяков // Мат-ли науково-практичного семінару «Бетони і розчини з використанням ефективних добавок та відходів промисловості» - Київ: Полипром, 2008. - С. 59-64. - пошукувач проводив аналіз експериментально-статистичних моделей властивостей композитів.

Анотація

Гапоненко Катерина Олександрівна. Дрібнозернисті дисперсно-армовані бетони підвищеної водонепроникності, морозостійкості та тріщиностійкості для гідротехнічних споруд. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.23.05 - Будівельні матеріали і вироби. - Одеська державна академія будівництва і архітектури, Одеса, 2008 р.

Досліджено вплив поліпропіленової фібри двох видів, наповнювача - меленого піску, Щ/П суміші і кількості цементу на властивості дрібнозернистого бетону для гідротехнічних споруд. Розроблені оптимальні склади модифікованих фібробетонів підвищеної міцності, водонепроникності, морозостійкості (до F600) і тріщиностійкості. Показано, що за рахунок застосування дисперсного армування морозостійкість композиту підвищується на 100-150 циклів, при введенні наповнювача на 100 циклів. Фібробетони з наповнювачем мають в три рази більшу ударостійкість і на 40% більшу тріщиностійкість, ніж аналогічні бетони, а їх водонепроникність досягає марок W18…W20. Отримано патент на бетонну суміш з наповнювачем (меленим піском) і полімерною фіброю. Фібробетони використовувалися при відновленні бетону гідротехнічних споруд.

Аннотация

Гапоненко Екатерина Александровна. Мелкозернистые дисперсно-армированные бетоны повышенной водонепроницаемости, морозостойкости и трещиностойкости для гидротехнических сооружений. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.23.05 - Строительные материалы и изделия. - Одесская государственная академия строительства и архитектуры, Одесса, 2008 г.

На современном этапе для ответственных тонкостенных конструкций все шире применяется дисперсное армирование, однако в гидротехнических сооружениях при эксплуатации в водной среде следует применять полимерную фибру, которая в отличии от металлической не подвержена коррозии. Исследовано влияние полипропиленовой фибры двух видов - Fibermesh (А) и Baukon (В), наполнителя (молотого песка), Щ/П смеси и количества сульфатостойкого портландцемента на свойства мелкозернистого бетона для гидротехнических сооружений. Во все составы вводилась комплексная добавка [Пенетрон А + С-3]. Эксперименты проводились по оптимальным планам. Все смеси имели равную подвижность ОК от 16 до 18 см. Анализ водопотребности показал, что существенно на В/Ц смесей влияют количество цемента и полимерной фибры, однако за счет применения пластификатора и оптимизации состава фибробетонов можно обеспечивать В/Ц отношение в бетоне не выше 0.3. Исследовались свойства материала в водонасыщенном и сухом состояниях. Применялось экспериментально-статистическое моделирование. Установлено, что за счет введения 8% молотого песка (от массы цемента) прочность бетона при сжатии как в водонасыщенном, так и сухом состоянии увеличивается на 10-15 МПа независимо от вида фибры. При введении около 1.2 кг/м³ фибры А или B на 1_1.5 МПа возрастает прочность на растяжение при изгибе, что объясняется армирующим действием волокон.

Применение наполнителя также способствует повышению на 1 МПа прочности на растяжение. Влияние факторов состава на свойства бетона вне их связи с водопотребностью равноподвижных смесей проанализировано по остаткам от корреляционной линейной функции влияния Ц/В. Показано, что изменение прочности на сжатие при введении фибры обуславливается преимущественно изменением Ц/В смеси, а положительная роль наполнителя и дисперсного армирования после учета их влияния на водопотребность прослеживается более явно. Установлено, что морозостойкость композита увеличивается на 100 циклов, за счет введения наполнителя. Более существенно, на 100-150 циклов, повышается морозостойкость за счет применения дисперсного армирования. Максимальная морозостойкость фибробетона превышает марку F600. Положительное влияние фибры на морозостойкость композита объясняется армирующим эффектом ее волокон, воспринимающих напряжения в структуре при замораживании и оттаивании. Водонепроницаемость всех исследованных составов находится в пределах от W14 до W20. Применение наполнителя позволяет повысить водонепроницаемость не менее, чем на одну марку, что объясняется улучшением капиллярно-поровой структуры композита. Показано, что применение фибры совместно с молотым песком повышает стойкость композита к динамическим воздействиям. Фибробетоны с наполнителем имеют в три раза большую ударостойкость и на 40% большую трещиностойкость, чем бетоны аналогичных составов без фибры и молотого песка. Таким образом, возможно использование дисперсного армирования полимерной фиброй в тонкостенных конструкциях гидротехнических сооружений, повергаемых динамическим воздействиям. Исследование открытой пористости модифицированных фибробетонов показало, что наиболее плотными являются материалы при среднем Щ/П, с количеством наполнителя около 6% и фибры до 1 кг/м³. Микроскопический анализ выявил хорошее распределение волокон фибры в структуре бетона и их качественное защемление матрицей. Изучение работы фибробетонов методом акустической эмиссии показало, что введение волокон фибры увеличивает стойкость к микротрещинообразованию, повышая сопротивление к деструкции. Разрушение материала происходит при разрыве волокон фибры в зоне максимального растяжения. Наличие в структуре наполнителя (молотого песка) и фибры улучшает эксплуатационные характеристики бетона путем снижения количества микродефектов, формирующихся на стадии затвердения образца, а также за счет облегчения релаксации материала под растягивающей нагрузкой. Разработаны оптимальные составы модифицированных мелкозернистых фибробетонов повышенной прочности, водонепроницаемости, морозостойкости и трещиностойкости для тонкостенных конструкций гидротехнических сооружений. Помимо составов бетонов и фибробетонов разработаны оптимальные технологические приемы изготовления и применения данных материалов при строительстве и восстановлении конструкций тонкостенных гидротехнических сооружений. Разработаны и утверждены Государственным Комитетом по водному хозяйству Украины Регламент по технологии приготовления и применения модифицированного бетона для гидротехнических сооружений мелиорации и водопропускных сооружений автодорог с применением полимерной фибры, а также

Регламент по приготовлению высокоподвижных бетонных смесей для ремонта тонкостенных гидротехнических сооружений. Разработанные в рамках данной работы составы модифицированных фибробетонов и Регламенты использовались при восстановлении бетона тонкостенных железобетонных конструкций гидротехнических сооружений. Получен патент Украины № 32920 на модифицированную бетонную смесь с наполнителем (молотым песком) и полимерной фиброй.

Abstract

Gaponenko K. O. Fine-grained dispersion-reinforced concretes of the promoted water-tightness, frost-resistance and crack resistance for hydro-technical buildings. . - Manuscript.

The thesis for gaining the candidate of science degree on speciality 05.23.05 - Building materials and products. - Odessa State Building and Architecture Academy, Odessa, 2008.

Explored influencing of polypropylene fiber of two kinds, micro-fillers - the ground sand, macadam/sand of mixture and amount of cement on property of fine-grained concrete for hydro-technical buildings. Optimum compositions of modified fiber-concrete are developed to the promoted durability, water-tightness, frost-resistance (to F600) and crack resistance. It is shown that due to application of the dispersion reinforcing the frost-resistance of composite rises on 100-150 cycles, at introduction of micro-fillers on 100 cycles. Fiber-concrete with micro-fillers have in three times greater hock firmness and on 40% greater т crack resistance, than similar concretes, and their water-tightness achieves the brands of W18…W20. A patent is got on concrete mixture with the ground sand and polymeric fiber. Fiber-concrete was used for proceeding in the concrete of hydro-technical buildings.

Размещено на Allbest.ru

...