Состав и свойства декоративного судостроительного бетона

Краткое содержание

ЗМІСТ РОБОТИ

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

У першому розділі проведено аналіз літературних даних, який дозволив сформулювати мету і завдання роботи.

Будівлі та споруди, крім виконання основного функціонального завдання, повинні мати певну архітектурно-художню виразність. Для ряду бетонних і залізобетонних споруд основним методом надання архітектурної виразності є форма, фактура і обробка конструкцій. В плавучих залізобетонних спорудах, як і в більшості гідротехнічних, в якості матеріалу оздоблення і конструкцій виступає бетон. Для надання конструкціям подібних споруд архітектурної виразності застосовуються декоративні бетони. Для отримання необхідного кольору бетону використовуються порошкові пігменти, які можна поєднувати як з білим, так і з сірим портландцементом. У сучасному будівництві найбільш поширеними є пігменти на основі оксидів металів і металоорганічні сполуки. Крім того, залізоокисні пігменти є стійкими в умовах експлуатації плавучих гідротехнічних споруд, що дозволяє використовувати їх для виготовлення декоративного суднобудівного бетону. Методам отримання декоративних бетонів і розчинів, а також забезпеченню їх якісних показників і довговічності, присвячені роботи П.І. Боженова, С.М. Рояка,                 М.І. Бруссера, Л.І. Холопової, В.П. Кузьміної та інших вчених.

Так само, як і для конструкційних бетонів, для підвищення якісних характеристик та довговічності декоративних бетонів, ефективно використання добавок-модифікаторів. Проаналізовано роботи, присвячені методам управління властивостями бетонів за рахунок застосування модифікаторів (В.Г. Батраков,        В.Б. Ратінов, В.С. Рамачандран) і наповнювачів (В.М. Вировой, В.С. Дорофєєв,       В.І. Соломатов). Також проведено літературний огляд робіт, присвячених методам підвищення корозійної стійкості бетонів, в тому числі у водному середовищі       (В.М. Москвін, Ф.М. Іванов, В.Л. Чернявський, В.І. Бабушкін, В.В. Стольніков,       Л.Й. Дворкін, О.Л. Дворкін, М.Г. Елбакідзе).

Для цілого ряду великогабаритних плавучих споруд, докування яких не представляється можливим (плавучі доки, готелі, причали, платформи, плавучі будівлі тощо), залізобетон є практично єдиним матеріалом, що задовольняє вимоги тривалої безремонтної експлуатації в суворих умовах. Крім того, суднобудівний бетон є перспективним матеріалом для побудови нетрадиційних плавучих і підводних споруд великих розмірів, призначених для освоєння ресурсів світового океану.

Конструкції плавучих споруд експлуатуються у важких умовах: піддаються зволоженню і висушуванню, заморожуванню і відтаванню, тиску води і льоду, впливу солей і живих організмів. Таким чином, вони зазнають дію всіх трьох видів корозії за В.М. Москвіним, а також морозні і динамічні дії. Як показано в роботах                  А.В. Мішутіна, А.С. Рашковського, М.К. Тихонова та інших вчених, для забезпечення довговічності суднобудівного бетону в складних умовах експлуатації необхідно створення дрібнопористої структури з перевагою замкнутих пор. Тому сучасні суднобудівні бетони виготовляються із застосуванням сульфатостійкого портландцементу, а також пластифікуючих і кольматуючих добавок.

На основі проведеного літературного огляду і попередніх експериментів була сформульована робоча гіпотеза досліджень. За рахунок застосування порошкових пігментів-наповнювачів спільно з комплексним модифікатором, що складається з суперпластифікатора та ефективної кольматуючої добавки, можливе поліпшення декоративних властивостей суднобудівного бетону шляхом отримання широкої гами кольорів при забезпеченні комплексу необхідних фізико-механічних характеристик матеріалу. Використання декоративного бетону в зовнішніх конструкціях дозволить підвищити виразність і, тим самим, конкурентоспроможність залізобетонних плавучих споруд.

У другому розділі обґрунтований вибір варійованих в експериментальних дослідженнях факторів складу декоративного суднобудівного бетону і вибір використовуваних пігментів, описаний план експерименту, методи досліджень та характеристики використаних матеріалів.

Для досягнення декоративного ефекту були використані залізоокисні порошкові пігменти виробництва компанії Procter Johnson (Великобританія), відібрані за результатами попередніх експериментів:

- пігмент залізоокисний червоний PJ130, оксид заліза Fe₂O₃ у формі гематиту;

- пігмент залізоокисний жовтий PJ920, моногідрат окису заліза (III) FeO(OH) у формі гетиту;

- пігмент синій PJ513 на основі оксидів заліза, містить оксид заліза, моногідрат окису заліза і карбонату кальцію.

Дані три пігменти є барвниками трьох кольорів, які є кольорами першого порядку (червоний, синій і жовтий), за допомогою яких може бути отриманий будь-який колір.

Експеримент проводився за оптимальним планом типу «трикутники на квадраті» з п’ятнадцятьма дослідними точками. В якості сумішевих факторів прийнятий вид пігменту: v₁ – Fe₂O₃ (PJ130, червоний), v₂ – синя залізоокисна суміш (PJ513), v₃ –   FeO(OH) (PJ920, жовтий), за умови суми рівнів факторів, що дорівнює одиниці.

Незалежними факторами були прийняті:

- Х₄ загальна кількість пігменту від 5 до 25 кг/м³;

- Х₅ кількість сульфатостійкого портландцементу від 400 до 600 кг/м³.

У всі суміші вводився комплексний модифікатор [Пенетрон A (2% від маси цементу) + суперпластифікатор С-3 (0.8% від маси цементу)].

Застосовувався сульфатостійкий портландцемент марки 400 Амвросіївського заводу «Донцемент», щебінь фракції 5-10 мм і митий кварцовий пісок Микитівського кар’єру з модулем крупності 2.7. Для рівномірного розподілу пігменту в суміші, він вводився в бетонозмішувач після подачі в нього щебеню, піску і цементу, але до введення води з добавками.

Крім 15-ти декоративних бетонів досліджувалися три контрольних склади суднобудівного бетону без пігменту і з кількістю сульфатостійкого портландцементу відповідно 400, 500 і 600 кг/м³.

Фізико-механічні характеристики бетону визначалися за стандартними методиками. Водонепроникність визначалася за методом мокрої плями                (ГОСТ 12730.5-84) на приладі ВНДІБТу для визначення водонепроникності дрібнозернистих бетонів на зразках товщиною 4 см і діаметром 10 см, а також по повітропроникності  на зразках 15´15´5 см приладом «АГАМА-2».  Морозостійкість визначалася по прискореному (III) методу в солоній воді при заморожуванні до -50 °С (ДСТУ Б В.2.7-49-96). Рівень критичного коефіцієнту інтенсивності напружень K_1C (МПа´м^0.5) визначався за трьохточковою схемою випробувань зразків з надрізом згідно ГОСТ 29167-91. Стираність визначалася на зразках-кубах з ребром 7.07 см на крузі стирання ЛКС-3 (ГОСТ 13087-81). Побудова і статистичний аналіз експериментально-статистичних (ЕС) моделей виконувалися за типовими методиками (роботи В.А. Вознесенського, Т.В. Ляшенко) з використанням діалогової системи Compex, розробленої на каф. ПАТБМ Одеської державної академії будівництва та архітектури.

У третьому розділі проаналізовано технологічні та фізико-механічні характеристики декоративних суднобудівних бетонів.

Так як вплив модифікаторів на властивості цементів значною мірою визначає їх вплив на властивості бетонів, вивчався вплив кількості та виду пігменту на нормальну густоту і терміни тужавлення цементного тіста. Встановлено, що введення пігментів v₁ і v₂ (Fe₂O₃ і суміші Fe₂O₃ + FeO(OH) + CaCO₃) не впливає на нормальну густоту цементного тіста, а пігменту v₃ (FeO(OH)) підвищує цей показник на 3..8%. Пігменти не впливають на час початку тужавлення і дещо скорочують терміни кінця тужавлення цементного тіста. Найбільш відчутно, на 35..40 хвилин, знижується час кінця тужавлення цементу з пігментами v₂ і v₃.

Всі досліджені бетонні суміші мали рівну рухливість від 16 до 18 см осадки конусу, що досягалося зміною кількості води замішування. Аналіз зміни водопотреби сумішей показав, що В/Ц усіх сумішей знаходилося в межах від 0.29 до 0.41. При збільшенні кількості цементу В/Ц, звісно, знижується, а при введенні пігментів –  дещо збільшується. Вид пігменту також впливав на водопотребу сумішей рівної рухливості – суміші з пігментом v₂ і, особливо, з v₃ (FeO(OH)), як найменш щільним пігментом, мають дещо вищу водопотребу в порівнянні з сумішами з Fe₂O₃.

В рамках досліджень був побудований комплекс ЕС-моделей, що описують властивості досліджених матеріалів, в тому числі модель, що відображає вплив складу декоративного бетону на його міцність при стиску (s_е = 0.005):

f_ck.cube(МПа) = 57.05·v₁ + 6.08·v₁·v₂ + 2.48·v₁·v₃  – 1.83·v₁·x₄ + 9.87·v₁·x₅ ± 0·x₄²  ± 0·x₄·x₅     

              + 55.32·v₂                     + 8.77·v₂·v₃ – 2.00·v₂·x₄ + 9.08·v₂·x₅  + 5.04·x₅²

              + 54.84·v₃                                                                     – 2.62·v₃·x₄ + 8.28·v₃·x₅                         (1)

Діаграма у вигляді «трикутники на квадраті», що побудована по даній моделі, показана на рис.1.а. Як видно з діаграми, міцність при стиску досліджених бетонів перебувала в межах від 50 до 70 МПа, при цьому на величину міцності впливає переважно кількість портландцементу. При збільшенні кількості порошкового пігменту міцність несуттєво знижується.