Щербина Лариса Володимирівна. Генезис структури і властивостей шлаколужних цементів і бетонів в умовах циклічних змін вологості і температури

Краткое описание

Щербина Лариса Володимирівна. Генезис структури і властивостей шлаколужних цементів і бетонів в умовах циклічних змін вологості і температури : Дис... канд. наук: 05.23.05 - 2006.

Щербина Л.В. Генезис структури і властивостей шлаколужних цементів і бетонів в умовах циклічних змін вологості і температури. Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.23.05 Будівельні матеріали і вироби. Київський національний університет будівництва й архітектури. Київ 2006.
Дисертація присвячена вирішенню проблеми підвищення стабільності бетонів до впливу температурно і вологоперемінних навантажень за рахунок направленого формування структури цементуючої матриці в напрямку підвищення її щільності та міцності, забезпечених синтезом у продуктах гідратації і тверднення шлаколужного в'яжучого, поряд з дрібнокристалічними гідросилікатами кальцію, цеолітних сполук з високим ступенем упорядкованості структури й формуванням дрібнопористої, рівномірно розподіленої структури порового простору. Така направленість процесів структуроутворення обумовлена особливістю композиційної побудови шлаколужної в'яжучої системи, за рахунок введення комплексної органо-мінеральної добавки складу термоактивований цеоліт + эмульсія петролатуму”. Розроблено і оптимізовано склади шлаколужних вяжучих і досліджено фізико-механічні та деформаційні властивості важких бетонів в різних температурно-вологісних умовах тверднення, у тому числі циклічно повторюваних. Розроблено основи технології виготовлення розроблених матеріалів. Результати роботи реалізовано в умовах виробництва.

1. Теоретично обґрунтована і практично підтверджена можливість одержання шлаколужних бетонів з підвищеною стабільністю властивостей у змінних температурно-вологісних умовах навколишнього середовища за рахунок формування мікроструктури матеріалу в напрямку оптимізації співвідношення гідратних фаз гідросилікатного й алюмосилікатного складу і ступеня упорядкування їх структури, а також оптимізації характеру і розміру пор у поровому просторі штучного каменю, що твердне, шляхом введення у в'яжучу систему органо-мінеральної добавки на основі термоактивованого цеоліту і петролатуму.
2. Вивчено закономірності впливу добавки термоактивованої цеолітової породи на формування фазового складу і структури шлаколужних в'яжучих. Встановлено, що процеси структуроутворення в такій системі, на відміну від бездобавочних в'яжучих, обумовлені формуванням на початкових стадіях тверднення поряд з низькоосновними гідросилікатами кальцію, гідроалюмосилікатів цеолітового ряду з підвищеним ступенем закристалізованості структури. Це забезпечує формування штучного каменю з щільною регулярно розподіленною кристалоподібною структурою та підвищення міцності штучного каменю і зниження власних деформацій.
3. Досліджено взаємозв'язок структури і властивостей штучного каменю, що формується на основі шлаколужного в'яжучого з добавкою емульсії петролатуму. Відзначено, що за наявності органічної добавки підвищується питома поверхня структуроутворюючих гідратних фаз і має місце перерозподіл пор за розмірами у поровому просторі штучного каменю. Так, у складі порового простору штучного каменю на основі в'яжучого з добавкою емульсії петролатуму, на відміну від бездобавочних систем і систем, модифікованих добавкою цеолітового ряду, переважають гелеві пори з ефективним радіусом менше 1 нм. Це забезпечує синтез штучного каменю з підвищеною щільністю і стабільними показниками власних деформацій (усадки-набухання) при поперемінному зволоженні і висушуванні.
4. Встановлено основні принципи композиційної побудови шлаколужних в'яжучих зі стабільними деформаційними характеристиками в умовах змінної вологості і температури шляхом їх модифікації комплексною добавкою складу термоактивований цеоліт + петролатум”. Такий склад в'яжучої композиції забезпечує формування мікроструктури цементуючої матриці з підвищеною щільністю і однорідністю, що визначає високі експлуатаційні характеристики бетонів, у тому числі й стабільність деформацій у повітряно-вологісних умовах, що змінюються. При цьому фазовий склад продуктів тверднення в таких системах представлений анальцимом, натролітом і змішаними натрієво-кальцієвими гідроалюмосилікатами складу (Na2,Ca)Al2Si4O126H2O з високим ступенем питомої поверхні й упорядкування структури, карбонатом кальцію зі структурою ватеріту, гідросилікатними сполуками тоберморитового ряду і СSH(II), а поровий простір характеризується перевагою ромбоедричних пор з ефективним радіусом 2-11 нм і високою регулярністю їх розподілу.
5. Методом математичного планування експерименту оптимізовано склади модифікованих в'яжучих систем. Встановлено, що максимальні міцнісні характеристики в'яжучих композицій відповідають складам, що включають 10% від маси шлакового компонента термоактивованої при t = 750C цеолітової породи і 2% емульсії петролатуму від маси шлаку. Такі композиції, залежно від виду лужного компоненту, характеризуються міцністю при стиску 80-110 МПа, міцністю на розтяг при згині 7,5-11,5 МПа, власними деформаціями усадки 0,4-0,72 мм/м.
6. Розроблено й оптимізовано склади і технологію одержання важких бетонів на основі модифікованих комплексною добавкою шлаколужних в'яжучих із застосуванням як лужного компоненту дисилікату натрію. Отримані бетони характеризуються міцністю при стиску 90-102 МПа, призмовою міцністю 76,3-89,2 МПа, початковим модулем пружності (Еb.10-3) 31,7-37,0 МПа, вологісною усадкою (sh105) 25,25-30,48 відн. од. і високою однорідністю (коефіцієнт варіації - 7,5%).
7. Встановлено, що динаміка зміни міцності при стиску важкого бетону на основі модифікованого шлаколужного цементу при експлуатації в різних повітряно-вологісних умовах не супроводжується спадами міцності у часі. Відзначено, що в період 1-360 діб такі бетони характеризуються підвищенням міцності при стиску на 1720% , яка після 360 діб твердіння бетонів становить 117120 МПа.
8. Досліджено вплив температурно-вологісного режиму експлуатації та циклічності його впливу на стабільність міцнісних характеристик, деформації усадки-набухання і повзучості бетонів. Показано, що розроблені склади бетонів, на відміну від бездобавочних складів, характеризуються стабільністю властивостей при циклічній дії температурно-вологісних умов. Так, міцність при стиску розроблених бетонів незалежно від умов тверднення (вода, повітряно-сухі умови) не має спадів у період 28-360 діб спостереження, величина спадів міцності на розтяг при згині при поперемінному зволоженні й висушуванні бетонних зразків на основі модифікованих бетонів зменшується в 2,5-4 рази. При цьому відзначено, що величина деформації набухання при вологісному (W = 90-100%) зберіганні зразків модифікованих складів характеризується значеннями (3-4)105відн.од. і стабілізацією цього процесу на 20 добу твердіння, у той час як набухання немодифікованих бетонів досягає значення 10105відн.од, а процес стабілізації фіксується тільки після 60-ї доби твердіння у вологих умовах. Розвиток повзучості бетонів, модифікованих і немодифікованих складів, розвивається аналогічно характеристиці набухання.
9. Розроблені шлаколужні бетони пройшли виробничу й експлуатаційну перевірку при виробництві бетонних станин гнучкого технологічного модуля для обробки прецизійних поверхонь і верстатів для прецизійного різання, що експлуатувалися в НДІЕПМ КНПО «Маяк», а також виготовленні елементів зміцнення конуса шафової стінки підвалини при проведенні ремонтно-відбудовних робіт на об'єкті «Арковий металевий міст» (р. Старий Дніпро, м.Запоріжжя) та ділянки підпірної стіни при реконструкції вул. Космічної в м.Запоріжжі. Отримані у виробничих умовах бетони характеризувалися міцністю при стиску 98,0 МПа, призмовою міцністю 90,6 МПа, міцністю на розтяг при згині 7,8 МПа і модулем пружності 36,9103МПа відразу після ТВО (пропарювання). Після 2-х років спостереження характеристики зразків, що зберігалися в умовах роботи конструкцій, показали наступні зміни властивостей: міцність при стиску 110,2 МПа, призмова міцність 93,8 МПа, міцність на розтяг при згині 7,3МПа і модуль пружності 37,8 103МПа. Економічний ефект від впровадження розробки, з урахуванням подовження терміну служби до першого капітального ремонту за рахунок поліпшення експлуатаційних показників, склав 181,29 грн. на 1м3виробів.