Филимонова Юлия Сергеевна. Тяжелый бетон на основе полидисперсного вяжущего с комплексным модификатором для гидромелиоративного строительства

Короткий опис

Филимонова Юлия Сергеевна. Тяжелый бетон на основе полидисперсного вяжущего с комплексным модификатором для гидромелиоративного строительства;[Место защиты: ФГБОУ ВО «Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет»], 2023

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ
ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ
«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ МОСКОВСКИЙ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»
На правах рукописи

Филимонова Юлия Сергеевна
ТЯЖЕЛЫЙ БЕТОН НА ОСНОВЕ ПОЛИДИСПЕРСНОГО ВЯЖУЩЕГО С
КОМПЛЕКСНЫМ МОДИФИКАТОРОМ ДЛЯ
ГИДРОМЕЛИОРАТИВНОГО СТРОИТЕЛЬСТВА
2.1.5. Строительные материалы и изделия
Диссертация
на соискание ученой степени
кандидата технических наук
Научный руководитель: доктор технических наук, профессор Ткач Евгения Владимировна
Москва - 2023
ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ 5
ГЛАВА 1 Состояние вопроса и задачи исследования 12
1.1 Анализ производства и применения бетонов для гидротехнического
строительства 12
1.2 Управление внутренней структурой вяжущих материалов как системы
топологического беспорядка 17
1.3 Использование модификаторов для повышения качества структуры и
свойств тяжелого бетона 25
1.3.1 Добавки, регулирующие свойства бетонных смесей и их применение в
цементных системах 27
1.3.2 Опыт применения добавок-полимеров в цементные бетоны 41
1.3.3 Предпосылки использования микрокремнезема для улучшения
коррозионной стойкости цементных материалов 43
Выводы по главе 1 47
ГЛАВА 2 Характеристика исходных материалов и методы исследования .... 49
2.1 Методы исследований 49
2.1.1 Получение тонкодисперсных фракций клинкерного компонента 51
2.1.2 Моделирование упаковок зернистых систем и расчет оптимальной
гранулометрии 53
2.1.3 Рентгенофазовый анализ 54
2.1.4 Исследование физико-механических характеристик бетонных образцов54
2.1.5 Определение морозостойкости бетона 59
2.1.6 Определение водопоглощения, водонепроницаемости и пористости
бетона 60
2.1.7 Определение коррозионной стойкости бетонных образцов 62
2.2 Характеристики исходных материалов 64
2.2.1 Гидравлическое вяжущее вещество 64
2.2.2 Крупный и мелкий заполнитель 67
2.2.3 Вода затворения 68
2.2.4 Суперпластифицирующая добавка «Melflux 5581 F» 68
2.2.5 Полимерная добавка «Полидон-А» 69
2.2.6 Микрокремнезем МКУ-95 69
2.2.7 Микроармирующий компонент в виде базальтового волокна 72
ГЛАВА 3 Теоретические основы и предпосылки для разработки предварительного состава модифицированного тяжелого бетона на основе
полидисперсного вяжущего с полимерно-минеральным модификатором 73
3.1 Предпосылки модифицирования тяжелого бетона 73
3.2 Разработка предварительного состава модифицированного тяжелого бетона
на основе полидисперсного вяжущего с комплексным полимерным модификатором 76
3.3 Определение оптимального состава цементного вяжущего различной
дисперсности с применением программно-расчетного комплекса на основе метода «Drop and Roll» 80
3.4 Построение ортогонального центрального планирования второго порядка с целью подбора оптимального состава модифицированного тяжелого бетона .. 87
Выводы по главе 3 91
ГЛАВА 4 Исследования влияния комплексного модификатора на свойства модифицированного тяжелого бетона 93
4.1 Рентгенофазовый и микроструктурный анализы продуктов гидратации
цементного камня в присутствии суперпластификатора, полимера и микрокремнезема 93
4.2 Исследуемые составы модифицированного тяжелого бетона с учетом
расхода и подбора сырьевых материалов 101
4.3 Технологические свойства разработанных бетонных смесей 102
4.4 Физико-механические свойства разработанного модифицированного
тяжелого бетона 104
4.4.1 Прочность на сжатие 104
4.4.2 Прочность бетона на растяжение при изгибе 106
4.4.3 Трещиностойкость 108
4.5 Гидрофизические показатели модифицированного тяжелого бетона 113
4.6 Коррозионная стойкость 117
Выводы по главе 4 120
ГЛАВА 5 Опытно-производственные работы по внедрению тяжелого модифицированного бетона в технологию железобетонных лотков оросительных систем 123
5.1 Техническая эффективность и эксплуатационные свойства тяжелого
модифицировнного бетона на основе полидисперсного вяжущего с комплексным модификатором 123
5.2 Экономическая эффективность применения разработанного состава
тяжелого бетона, модифицированного комплексной добавкой 127
5.3 Опытное апробирование эффективного модифицированного тяжелого
бетона для производства железобетонных лотков оросительных систем 131
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 135
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 138
ПРИЛОЖЕНИЕ А. ТУ 236112-016-80769602-2023 «Тяжелый бетон на основе полидисперсного вяжущего с комплексным модификатором для производства
железобетонных лотков оросительных систем» 157
ПРИЛОЖЕНИЕ Б. Свидетельство о государственной регистрации базы
данных 167
ПРИЛОЖЕНИЕ В. Акт о внедрении результатов исследований 168

Список літератури

ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Итоги выполненного исследования:
1. Обосновано и экспериментально доказано создание структуры тяжелого
бетона высокой плотности, рационально сочетающего необходимые технологические и эксплуатационные характеристики, путем оптимизации состава цементного вяжущего различной дисперсности с комплексным модификатором (суперпластификатор+полимер+микрокремнезем)+базальтовое волокно. Полученный модифицированный бетон обладает следующими показателями: предел прочности на сжатие - 77,3 МПа; предел прочности на растяжение при изгибе - 8,62 МПа; условный коэффициент интенсивности напряжений - 0,074169 МПа^м0,5, водопоглощение - 1,9%; марка по
водонепроницаемости - W14; морозостойкость F1=600, повышенная стойкость к агрессивным средам.
2. С помощью программно-расчетного комплекса, основанного на использовании алгоритма «Drop and Roll», определен оптимальный состав цементного вяжущего различной дисперсности с высокой плотностью упаковки следующего состава: 15% частиц - со средним диаметром dср = 12 мкм и удельной поверхностью S^ =150 м2/кг; 75% - d^ = 6,6 мкм, Syд = 300м2/кг; 10% - d^= 4,9 мкм, S^ = 450 м2/кг.
3. При помощи методов математического планирования эксперимента и регрессионного анализа установлен оптимальный состав модифицированного тяжелого бетона. Определены оптимальные дозировки Полидон-А - 0,2% и базальтового волокна - 0,7% от массы вяжущего, при которых R^ = 77,3МПа, КС = 0,074МПахм05, Wm = 1,9%.
4. Рентгенофазовый анализ показал, что в составе ПВ+
(0,3%МеШих+0,2%Полидон-А+15%микрокремнезем) снизилось содержание
основных клинкерных минералов, количество Са(ОН)2 уменьшилось более чем на 26% за счет протекания пуццолановой реакции, а степень гидратации увеличилась до 62% в сравнении с контрольным. При испытании цементного камня в возрасте 6 месяцев наблюдалось увеличение степени гидратации до 82%.
5. С помощью микроструктурного анализа, исследован модифицированный цементный камень ПВ+(0,30/оМеШих+0,20/оПолидон-А+150/оМК). Установлена плотная упорядоченная структура с размерами кристаллов от 60 до 75 нм и скоплением игольчатых кристаллов эттрингита в зоне образования микропор от 0,1 до 0,6 мкм.
6. Установлено увеличение прочностных показателей: на сжатие в составе
ПВ+(0,30/оМеШих+0,20/оПолидон-А+150/оМК) на 47,9% относительно
контрольного (ПЦ+0,3о/оМеШих) и на 19,5/ относительно состава
(ПВ+0,3%МеШих), что составляет в абсолютном выражении на 24 и 12,1 МПа соответственно. Показатель Rtb повысился у состава бетона с базальтовым волокном на 49,1/ в сравнении с контрольным и на 11,5/ в сравнении с составом (без фибры). Повысились показатели максимальной нагрузки на 40,92/ и условного коэффициента интенсивности напряжений на 40,60/, напряжение при изгибе на 35,1/ в сравнении с контрольным.
7. Установлено улучшение гидрофизических свойств модифицированного
бетона: показатель водопоглощения снизился на - 57,8/; марка по
водонепроницаемости повысилась на 4 ступени нагружения в сравнении с контрольным составом. При 600 циклов испытания на морозостойкость потеря массы составила 1,5-1,8/ и снижение прочности на 9,1/ -10,2%.
8. При выдерживании образцов модифицированного бетона в 3/ растворе NaCl потеря массы Лтср составила - 0,090/, прочности на сжатие ЛRср - 0,146%, при изгибе ARtb~ 0,132/ соответственно. При выдерживании в растворе соляной кислоты 0,01% HCl наблюдалось уменьшение снижения потери средней массы Лтср - на 45,7/, предела прочности на сжатие ЛRср - на 56,3/; растяжение при изгибе ЛRtb - на 65,9/, в сравнении с контрольным составом. Исследования по коррозии выщелачивания показали следующие результаты изменений - уменьшение снижения: Лтср - на 21,2/, ЛRCp - на 47,5/; ЛRtb - на 48,4/, в сравнении с контрольным составом соответственно. При выдерживании в 5/ растворе (Na2SO4) наблюдалось увеличение прироста массы Лтср - на 66,6/, при этом повысились ARcp, - на 60,6% и ARtb - на 87,6% относительно контрольного состава.
9. Проведено опытно-производственное апробирование предлагаемых решений. Выпущена опытная партия водоотводных лотков серии GRENT MegaT 500 в количестве 220 штук и лотков оросительных систем ЛР-6 в количестве 200 штук. Экономический эффект от применения модифицированного бетона на 1 м3 составил « 394 руб.
Перспективы и рекомендации дальнейшей разработки темы диссертации заключаются в совершенствовании состава модифицированного тяжелого бетона основе полидисперсного вяжущего с комплексным модификатором путем поиска новых видов модификаторов и микроармирующих наполнителей с целью снижения себестоимости продукции и исследовании возможностей его применения в гидротехнических сооружениях зоны переменного уровня воды.