ЗМІСТ РОБОТИ У вступі обгрунтовано актуальність дисертаційної роботи, сформульовано мету і задачі досліджень, зазначено найбільш важливі положення, що отримані автором і мають наукову новизну та практичну цінність. У першому розділі зроблено аналітичний огляд літературних джерел, присвячених проблемам отримання суперпластифікованих цементуючих систем для самоущільнювальних бетонів з швидким наростанням міцності на їх основі та визначено теоретичні передумови досліджень. На сучасному етапі завдяки широкому використанню високодисперсних мінеральних додаткових цементуючих матеріалів та комплексних хімічних добавок нової генерації стала можливою еволюція бетонів від звичайних до високофункціональних та самоущільнювальних, пріоритетними вимогами до яких є покращені технологічні показники бетонної суміші – рухливість, в’язкість, стійкість до розшаровуваності, нівелювання у густоармованих конструкціях (Х. Окамура, П. Айчин та ін). Складність проектування самоущільнювального бетону полягає в забезпеченні як високих технологічних властивостей бетонної суміші, так і необхідних експлуатаційних характеристик затверділого бетону в різних температурних умовах (Я. Швабовський та ін.). Разом з тим, бетони на основі традиційних високотехнологічних сумішей характеризуються підвищеними водо- та розчиновідділенням. При використанні суперпластифікаторів на основі полікарбоксилатів проявляються негативні ефекти, спричинені сповільненням кінетики раннього структуроутворення цементних систем, особливо при понижених додатних та від’ємних температурах, зростанням усадочних деформацій бетону в результаті процесу „самообезводнення” („самовисихання”) та зниженням міцності у ранньому віці (Й. Штарк). При цьому початковий модуль пружності самоущільнювального бетону зменшується порівняно з показниками бетонів однакового класу, одержаних за традиційною технологією (Г.В. Несветаєв). Згідно з даними В.М. Вирового та ін. покращення механічних властивостей бетонів як відкритих складних систем досягається за рахунок направленої організації їх кластерних структур шляхом зміни параметрів дисперсності і використання раціональних наповнювачів. Самоущільнювальні бетони класу В40 одержано з використанням вапнякового мікронаповнювача (С.В. Коваль та ін.), проте міцність таких бетонів через 3 доби не перевищує 50% марочної. Розроблено високофункціональні бетони для зведення масивних конструкцій класу за міцністю на стиск В25 (Р.Ф. Рунова та ін.), що характеризуються пониженими тепловиділенням та деформаційними напруженнями, проте не задовольняють вимоги щодо самоущільнення та швидкості тверднення.
Аналіз даних у області технології монолітного бетонування, а також відомих закономірностей формування структури штучного каменю з необхідними властивостями дозволяє висунути гіпотезу про доцільність розроблення швидкотверднучих суперпластифікованих цементуючих систем шляхом поєднання комплексних хімічних добавок пластифікуюче-прискорюючої дії та раціонального підбору тонкодисперсних мінеральних добавок різних типів з реалізацією наступних
6
ефектів: високої щільності упакування зерен цементуючої системи (фізична оптимізація); пуцоланової реакції при використанні активних мінеральних добавок (хімічна оптимізація); збільшення зчеплення між цементною матрицею та заповнювачем (оптимізація мезоструктури) для одержання самоущільнювальних бетонів з швидким наростанням міцності та необхідними будівельно-технічними властивостями, в т.ч. при твердненні в різних температурних умовах. У заключній частині огляду літератури сформульовано мету дисертаційної роботи, визначені завдання, які необхідно вирішити в ході її виконання. У другому розділі наведено характеристики вихідних матеріалів, описані основні методики досліджень, які були використані в роботі. При проведенні експериментальних досліджень використано портландцементи загальнобудівельного призначення ПЦ І-500 ПАТ „Івано-Франківськцемент” та ПАТ „Миколаївцемент”. Для одержання суперпластифікованих цементуючих систем застосовували мінеральні добавки пуцоланічного типу – добавку Геокон G0 на основі метакаоліну, алюмосилікатну золу винесення Бурштинської ТЕС, мікро-наповнювач – вапнякове борошно, а також суперпластифікатори полікарбоксилат-ного типу (ПК) та високорозчинні солі натрію тіосульфату і роданіду (ТРН). Для виготовлення самоущільнювальних бетонів використовували кварцові піски Ясинецького (Мк=1,32) і Жовківського (Мк=2,77) родовищ Львівської області, а також гранітний щебінь фракції 5-20 мм. Дослідження фракційного складу і тонини розмелювання портландцементів та мінеральних добавок проводили ситовим аналізом та визначенням питомої поверхні на поверхнемірі ПМЦ-500, розподіл частинок за розмірами – за допомогою лазерного аналізатора зернистості LAU-14. Дослідження фізико-механічних властивостей розроблених цементуючих систем та будівельно-технічних характеристик самоущільнювальних бетонів проводили згідно діючих стандартів та загальноприйнятих методик. Технологічні властивості cамоущільнювальних сумішей на основі суперпластифікованих цементуючих систем аналізували за допомогою спеціальних методів згідно з EN 12350, а також за ДСТУ Б В.2.7-114-2002. Вивчення фазового складу продуктів гідратації цементуючих та модельних систем виконано за допомогою комплексу фізико-хімічних методів аналізу: рентгенофазового, диференційно-термічного та ін. Хімічні склади портландцементів та мінеральних добавок визначали рентгеноспектрометром АRL 9800 XP. Для дослідження морфології поверхні каменю на основі цементуючих і модельних систем та мікрозондового рентгеноспектрального аналізу використано растрові електронні мікроскопи Jeol JSM-6490LV та РЕМ-106И. Визначення деформацій розширення свіжозаморожених дрібнозернистих бетонів на основі цементуючих систем проведено методом низькотемпературної дилатометрії. Оптимізацію складів суперпластифікованих цементуючих систем та самоущільнювальних бетонів з швидким наростанням міцності на їх основі проводили за допомогою методів експериментально-статистичного моделювання з використанням дисоціативно-крокового методу оптимізації.
7
У третьому розділі наведено результати впливу комплексних хімічних і мінеральних добавок на реологічні та фізико-механічні властивості портландцементних систем та розроблення суперпластифікованих цементуючих систем з високою ранньою міцністю. Рухливість портландцементних систем, що задовольняє вимоги до самоущільнення (розплив РЦ, виміряний за допомогою циліндра Суттарда, становить понад 300 мм), досягається за рахунок збільшення дозування суперпластифікаторів полікарбоксилатного типу до 1,5-2,0 мас.%. При цьому 20-25% води переводиться з стану адсорбційно зв’язаної у вільну, що спричиняє зниження граничної водоутримувальної здатності на 44%, інтенсифікацію седиментаційних процесів (об’ємний коефіцієнт водовідділення підвищується на 36%), сповільнення кінетики раннього структуроутворення (початок тужавіння відтягується на 3 год 40 хв, а кінець – на 6 год 20 хв), зростання деформацій усадки в 1,3 рази порівняно з каменем на основі ПЦ І-500 (НГЦТ=0,30). Для усунення негативних явищ у високорухливих портландцементних системах, а також зростання їх седиментаційної стійкості та швидкості тверднення необхідно використовувати цементуючі системи на основі портландцементу із застосуванням активних мінеральних добавок, мікронаповнювачів та комплексних хімічних добавок пластифікуюче-прискорюючої дії. Введення тонкодисперсних мінеральних добавок забезпечує оптимальний розподіл твердих частинок в системі, створює сприятливі умови для мінімізації внутрішнього тертя та збільшення рухливості при однаковому водовмісті. Крім того, високодисперсні добавки виявляють роль жорстких стабілізаторів відносно частинок портландцементу, що перешкоджає їх коагуляції та забезпечує стабілізаційний ефект. Так, об’ємний коефіцієнт водовідділення супер-пластифікованої цементуючої системи „ПЦ І-500 – добавка Геокон G0 – вапняковий мікронаповнювач – суперпластифікатор – прискорювачі тверднення” становить 10,6%, а портландцементу ПЦ І-500 – 25,8% (ДСТУ Б В.2.7-186:2009). Водоутримувальна здатність розчинової суміші на основі цементуючої системи (В/Ц=0,40; РК=200 мм) зростає від 89,9 до 98,6% порівняно з сумішшю на основі ПЦ І-500 (В/Ц=0,40; РК=120 мм). Процеси раннього структуроутворення суперпластифікованої цементуючої системи, що характеризується підвищеною рухливістю (В/Ц=0,30; РЦ=400 мм), прискорюються порівняно з рівнорухливою системою без добавок, що зумовлено структурно-топологічною функцією високодисперсних мінеральних добавок на стадії одержання однорідної реологічної матриці, переводом частини вільної води у адсорбційно зв’язану та активізацією процесів гідратації прискорювачами тверднення. Камінь на основі даної системи через 28 діб характеризується пониженими деформаціями усадки (0,44 мм/м) та підвищеною міцністю (66,1 МПа) в повітряно-сухих умовах.
