Танг Ван Лам Эффективный мелкозернистый бетон с комплексной органо-минеральной добавкой

Короткий опис

Танг Ван Лам Эффективный мелкозернистый бетон с комплексной органо-минеральной добавкой

ОГЛАВЛЕНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

кандидат наук Танг Ван Лам

СОДЕРЖАНИЕ ИССЛЕДОВАНИЙ

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ СОВРЕМЕННОГО ОПЫТА СОЗДАНИЯ И ИСПОЛЬЗОВАНИЯ МОДИФИЦИРОВАННЫХ МЕЛКОЗЕРНИСТЫХ БЕТОНОВ

1.1. Предпосылки использования модифицированных мелкозернистых бетонов

1.2. Мировой опыт применения модифицированных мелкозернистых бетонов и их использование во Вьетнаме

1.2.1. Мировой опыт

1.2.2. Опыт Вьетнама

1.3. Научные основы создания модифицированных мелкозернистых бетонов

1.3.1. Формирование структуры модифицированного мелкозернистого бетона

1.3.2. Повышения прочности цементного камня и зоны контакта между заполнителем и цементным камнем

1.3.3. Добавки

1.3.4. Дисперсно-волокнистые микроармирующие наполнители

1.4. Предпосылки использования модифицированных мелкозернистых бетонов для строительства метро и других подземных сооружений

1.4.1. Опыт мирового метростроения

1.4.2. Строительство метро в г. Ханой

1.4.3. Строительство метро в г. Хошимин

1.4.4. Преимущества применения модифицированных мелкозернистых бетонов при строительстве подземных сооружений

1.5. Перспективы развития технологии модифицированных мелкозернистых бетонов

1.6. Выводы по главе

ГЛАВА 2. МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ИСПОЛЬЗОВАННЫЕ СЫРЬЕВЫЕ МАТЕРИАЛЫ

2.1. Методы исследований

2.1.1. Рентгенофазовый анализ

2.1.2. Электронно-микроскопический анализ

2.1.3. Метод инфракрасной спектроскопии

2.1.4. Метод термогравиметрического анализа

2.1.5. Метод фотоколориметрического анализа

2.1.6. Определение гранулометрического состава порошкообразных материалов

2.1.7. Метод поглощения активной минеральной добавкой извести из известкового раствора

2.2. Методы определения технологических характеристик мелкозернистых бетонных смесей и физико-механических и эксплуатационных показателей бетонов на их основе

2.2.1. Определение удобоукладываемости мелкозернистых бетонных смесей

2.2.2. Определение средней плотности бетонной смеси и бетона

2.2.3. Определение водопоглощения и водонепроницаемости бетонных образцов

2.2.4. Определение пористости бетонных образцов

2.2.5. Определение прочности бетонных образцов на сжатие и на растяжение при изгибе

2.2.6. Определение стойкости бетонных образцов к коррозии выщелачивания и коррозии под действием растворов сульфатов, кислот и солей

2.2.7. Определение деформаций бетонных образцов в жидкой сульфатной среде

2.2.8. Определение деформаций усадки бетонных образцов

2.2.9. Определение прочности сцепления нового бетонного слоя с поверхностью ранее уложенного бетона

2.2.10. Исследование плотности структуры мелкозернистых бетонов

2.2.11. Определение стойкости мелкозернистых бетонов к поверхностной эрозии под действием грунтовых вод, содержащих твердые взвешенные частицы

2.2.12. Определение уровня защищенности от коррозии стальной арматуры в бетоне

2.3. Сырьевые материалы для получения модифицированного мелкозернистого бетона

2.3.1. Вяжущее вещество

2.3.2. Тонкодисперсные минеральные компоненты

2.3.3. Мелкозернистый заполнитель

2.3.4. Суперпластификатор

2.3.5. Дисперсно-волокнистая микроармирующая добавка

2.3.6. Вода затворения

2.4. Математические методы планирования эксперимента для оптимизации состава модифицированного мелкозернистого бетона

2.4.1. Объекты планирования эксперимента

2.4.2. Построение математической модели планирования эксперимента

2.4.3. Ортогональное центральное композиционное планирование 2ого порядка Бокса-Уильсона

2.5. Выводы по главе

ГЛАВА 3. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРЕДВАРИТЕЛЬНОГО СОСТАВА МОДИФИЦИРОВАННОГО МЕЛКОЗЕРНИСТОГО БЕТОНА

3.1. Принципы проектирования модифицированного мелкозернистого бетона, армированного тонкодисперсными волокнами

3.2. Определения предварительного состава мелкозернистого бетона, модифицированного органо-минеральными добавками и тонкодисперсными микроармирующими волокнами

3.2.1. Получение золы рисовой шелухи и ее механоактивация в лабораторных

условиях во Вьетнаме

3.2.1.1. Влияние продолжительности механоактивации золы рисовой шелухи на изменение площади удельной поверхности ее частиц

3.2.1.2. Влияние продолжительности механоактивации золы рисовой шелухи на

растворимость аморфного кремнезема

3.2.2. Определения предварительного состава мелкозернистой бетонной смеси для получения модифицированного мелкозернистого бетона

3.3. Применения метода математического планирования эксперимента для оптимизации состава модифицированного мелкозернистого бетона

3.3.1. Изучение влияния входных факторов на целевые функции с помощью планирования 1ого порядка

3.3.2. Исследование почти стационарной области в экспериментальном планировании 1ого порядка

3.3.3. Подбор оптимального состава модифицированного мелкозернистого бетона с помощью ортогонального центрального планирования 2ого порядка

3.3.4. Поиск максимального значения регрессионного уравнения 2ого порядка и подбор оптимального состава модифицированного мелкозернистого бетона

3.4. Выводы по главе

ГЛАВА 4. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ СЫРЬЕВЫХ КОМПОНЕНТОВ НА СВОЙСТВА МОДИФИЦИРОВАННОГО МЕЛКОЗЕРНИСТОГО БЕТОНА

4.1. Подбор состава сырьевой смеси для получения модифицированного мелкозернистого бетона

4.2. Опеределение технологических показателей мелкозернистых бетонных смесей разработанных составов

4.3. Исследование физико-механических свойств и эксплуатационных показателей разработанных мелкозернистых бетонов

4.4. Исследование влияния тонкодисперсных активных минеральных добавок на состав продуктов гидратации методом рентгенофазового анализа

4.5. Исследование влияния комплексных органо-минеральных модифицирующих добавок на особенности фазового состава цементного камня методом термогравиметрического анализа

4.6. Исследование адгезионных свойств разработанных мелкозернистых бетонов, плотности их структуры, стойкости к коррозии, поверхностной эрозии, к деформациям усадки и в жидкой сульфатной среде

4.6.1. Исследование стойкости образцов из мелкозернистых бетонов к коррозии выщелачивания и коррозии под действием растворов кислот и солей

4.6.2. Определение деформации мелкозернистых бетонов в жидкой сульфатной среде

4.6.3. Определение деформаций усадки исследованных мелкозернистых бетонов

4.6.4. Исследование прочности сцепления нового бетонного слоя, нанесенного на поверхность ранее уложенного бетона

4.6.5. Исследование плотности структуры разработанных мелкозернистых бетонов с использованием метода проницаемости ионов хлора

4.6.6. Исследование стойкости модифицированных мелкозернистых бетонных бразцов к поверхностной эрозии в водной среде

4.6.7. Влияние исследованных модифицирующих добавок на защищенность от коррозии стальной арматуры в модифицированных мелкозернистых бетонах

4.7. Уход за твердеющим мелкозернистым бетоном

4.8. Выводы по главе

ГЛАВА 5. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ПРИМЕНЕНИЯ МОДИФИЦИРОВАННОГО МЕЛКОЗЕРНИСТОГО БЕТОНА ДЛЯ СТРОИТЕЛЬСТВА ПОДЗЕМНЫХ СООРУЖЕНИЙ ВО ВЬЕТНАМЕ

5.1. Применение модифицированного мелкозернистого бетона при строительстве транспортных тоннелей, других подземных сооружений и для укрепления откосов строительных котлованов и склонов слабых грунтов методом торкретирования

5.2. Технологическая схема получения модифицированного мелкозернистого бетона и его использование в жарких и влажных климатических условиях Вьетнама

5.3. Расчет экономической эффективности применения разработанного модифицированого мелкозернистого бетона на основе местных сырьевых материалов Вьетнама

5.4. Выводы по главе

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ПРИЛОЖЕНИЕ А - Акт внедрения результатов исследований в ОАО «Инвестиции и

Строительство (АСВ A CHAU)»

ПРИЛОЖЕНИЕ Б - Акт об использовании мелкозернистой бетонной смеси разработанного состава для укрепления откосов котлована при строительстве высотного

здания «Hinode City» в г. Ханой

ПРИЛОЖЕНИЕ В - Список публикаций автора по теме диссертационной работы

Список літератури

ЗАКЛЮЧЕНИЕ
1. Теоретически обосновано и экспериментально доказано, что совместное введение в мелкозернистую бетонную смесь комлексной органо-минеральной модифицирующей добавки, состоящей из поликарбоксилатного суперпластификатора Глениум АСЕ 388, полипропиленовой фибры и механоактивированной золы рисовой шелухи в качестве тонкодисперсного минерального наполнителя с высокой пуццоланической активностью, заменяющего дорогой МК, а также низкокальциевой золы-уноса в состав вяжущего в соотношении ЗУ/Ц = 0,5 за счет возникающегося синергетического эффекта позволяет получить МЗБ с плотной структурой, повышенной прочностью, коррозионной стойкостью и незначительной усадкой за счет водоредуцирующего действия суперпластификатора, микроармирования бетона фиброй и уплотнения его структуры путем связывания аморфным кремнеземом, содержащимся в ЗРШ и ЗУ, свободного гидроксида кальция в результате пуццолановой реакции в менее растворимые и химически стойкие низкоосновные гидросиликаты кальция. Топливная ЗУ вместе с механоактивированной ЗРШ повышают водоудерживающую способность бетонной смеси, при этом, низкокальциевая ЗУ обладает пролонгированным пуццоланическим действием по сравнению с более активной ЗРШ, что важно для повышения коррозионной стойкости разработанного мелкозернистого бетона с высоким содержанием цемента. Полипропиленовая фибра повышает связанность МЗБ-смеси, уменьшает усадку бетона и вызывает меньший абразивный износ технологического оборудования по сравнению с другими видами фибры. Уплотнение структуры МЗБ разработанной комплексной ОМД подтверждается данными растровой электронной микроскопии и результатами исследование его структуры методом проницаемости для ионов хлора, а связывание СН в гидросиликаты - результатами рентгенофазового анализа.
2. Методом поглощения активной минеральной добавкой извести из раствора установлено, что на пуццоланическую активность механоактивированной золы рисовой шелухи влияет длительность ее помола в вибромельнице, что можно объяснить совместным действием двух факторов: экстенсивного, зависящего от дисперсности частиц золы, и интенсивного, определяемого растворимостью в водно-щелочной среде содержащегося в золе аморфного диоксида кремния, изменение которой носит нелинейный характер. На ИК- спектрах механоактивированной золы рисовой шелухи выявлено снижение интенсивности полосы поглощения с волновым числом 619 см-1, характерной для кристаллических фаз диоксида кремния, свидетельствующее об аморфизации поверхности частиц золы в результате помола. При этом, определена оптимальная продолжительность механоактивации использованной ЗРШ, равная 60 минутам.
3. С помощью компьютерной программы Matlab получены регрессионные уравнения, а также изображение поверхности и горизонтали целевых функций первого и второго порядка, которые адекватно описывают зависимость подвижности МЗБ-смеси и прочности на сжатие ММЗБ в возрасте 28 суток нормального твердения от соотношений использованных сырьевых материалов.
4. Путем использования компьютерной программы Maple 13 определен оптимальный состав МЗБ-смеси, предназначенной для получения ММЗБ, обладающего наибольшей прочностью на сжатие R28ммзБ = 77,4 МПа при В/Ц = 0,364 и П/ПМ = 0,862.
5. В результате проведенных исследований установлено, что разработанный ММЗБ оптимального состава на основе вяжущего, состоящего из портландцемента и ЗУ ТЭС «Вунг Анг» при соотношении ЗУ/Ц = 0,5, содержащий в качестве ОМД в процентах от массы цемента 1% суперпластификатора Глениум Асе 388, 10% механоактивированной ЗРШ и 1,5% полипропиленовой фибры, обладает высокой плотностью структуры, подтвержденной электронно-микроскопическим анализом, прочностью, водонепроницаемостью и сопротивляемостью к поверхностной эрозии, а также стойкостью к коррозии выщелачивания, кислотно-солевой и сульфатной коррозии, низким водопоглощением и незначительной усадочной деформацией.
6. Экспериментально получен ММЗБ с пониженным содержанием портландита (менее 14%) в составе цементного камня в возрасте 28 суток нормального твердения и обладающий низкой пористостью (не более 7%), прочностью на сжатие 78,5 МПа, прочностью на растяжение при изгибе 7,17 МПа и водонепроницаемостью 1,6 МПа, пригодный для строительства и ремонта подземных сооружений.
7. В результате проведенных исследований установлено, что прочность на сжатие в возрасте 28 суток нормального твердения образцов из ММЗБ, микроармированных полипропиленовой фиброй, содержащих водоредуцирующий поликарбоксилатный суперпластификатор, а также уплотняющие тонкодисперсные активные минеральные наполнители в виде микрокремнезема и механоактивированной золы рисовой шелухи, которые связывают свободный гидроксид кальция в менее растворимые низкоосновные гидросиликаты, что подтверждается данными растровой электронной микроскопии и рентгенофазового анализа, повышается, соответственно на 14% и 10%, по сравнению с контрольным мелкозернистым составом.
8. Прочность на растяжение при изгибе образцов из ММЗБ исследованных составов в возрасте 28 суток повышается на 10% ^ 15% по сравнению с контрольным МЗБ. Полученные результаты обусловлены использованием в составе модифицированных мелкозернистых бетонов разработанных комплексных органо-минеральных добавок.
9. Показано, что образцы из разработанного ММЗБ оптимального состава, имеют повышенную стойкость к коррозии выщелачивания за счет наличия в нем ЗУ и механоактивированной ЗРШ, обладающих высокой пуццолановой активностью по отношению к свободному СН, что подтверждается результатами рентгенофазового анализа. Прочностные показатели разработанного мелкозернистого бетона на сжатие практически не изменились в течение месяца испытаний даже при их проведении в солевой и кислой среде.
10. Установлено, что у бетонных образцов на основе ММЗБ оптимального состава из-за более плотной структуры, подтвержденной результатами электронно-микроскопического анализа, поверхностная эрозия в водной среде под действием взвешенных частиц в среднем почти в 1,9 раза меньше, чем у контрольного образцы, а относительная деформация в результате 28-суточных испытаний в 5%-ном водном растворе сульфата натрия меньше в 1,8 раза. Последнее можно объяснить меньшим количеством образующихся гидросульфоалюминатов кальция за счет связывания свободного СН в CSH активными минеральными добавками в результате пуццолановой реакции, что подтверждается результатами рентгенофазового анализа.
11. Определение усадочных деформаций бетонных образцов показало, что у ММЗБ-образцов разработанного состава из-за более плотной структуры, подтвержденной результатами растровой электронной микроскопии, относительная усадка после 56-суточных испытаний в среднем в 1,6 раза меньше, чем у образцов из контрольного МЗБ. Следовательно, разработанный мелкозернистый бетон достаточно стоек к образованию усадочных трещин.
12. Для оценки работоспособности бетона в транспортных тоннелях метрополитена и железных дорог разработан и экспериментально опробован метод определения прочности сцепления нового бетонного слоя с поверхностью ранее уложенного бетона, иммитирующий усилия сдвига, оказываемые поездами входе их движения и торможения в тоннелях. С помощью этого метода установлено усиление на 12% ^ 33% адгезионного взаимодействия бетонного слоя из исследованных ММЗБ с поверхностью ранее уложенного бетона в возрасте 28 суток нормального твердения по сравнению с мелкозернистым бетоном контрольного состава.
13. В результате проведенных исследований установлено, что разработанный ММЗБ относится к очень низкому уровню ионной хлорной проницаемости, поскольку проницаемость его структуры для ионов хлора в 1,3 раза меньше, чем у контрольных образцов из мелкозернистого бетона, что свидетельствует о повышении плотности МЗБ в результате использования модифицирующей ОМД и подтверждается результатами растровой электронной микроскопии.
14. Показано, что защищенность от коррозии стальной арматуры в ММЗБ выше, чем в контрольном МЗБ, так как для разрушения образцов из таких бетонов при проведении испытаний по стандарту NT Build 356 потребовалось в 1,3 ^ 1,5 раза больше времени. Причиной этого является уплотнение структуры ММЗБ, разработанными комплексными ОМД, состоящими из водоредуцирующего суперпластификатора, полипропиленовой фибры и тонкодисперсных минеральных наполнителей в виде микрокремнезема и механоактивированной ЗРШ, обладающих высокой пуццоланической активностью.
15. Разработана и опробована на практике технология изготовления МЗБ-смеси с использованием комплексной ОМД, позволяющей получить МЗБ с модифицированной структурой, обладающий физико-механическими свойствами и эксплуатационными показателями, требуемыми для строительства и ремонта подземных сооружений.
16. Полученные результаты исследования внедрены ОАО «Инвестиции и Строительство (АСВ A CHAU)» в период с 1 января по 12 февраля 2018 года для обустройства свода тоннеля и укрепления слабых грунтов при прокладке автодорожного тоннеля через перевал Ку Монг на шоссе между городами Бинь-динь и Фу-йен на севере Вьетнама, а также ОАО «Gia Khanh» для укрепления откосов котлована при строительстве высотного здания «Hinode City» в г. Ханое в период с 1 января по 20 февраля 2018 года. Общий объем использованной мелкозернистой бетонной смеси разработанного состава составил 13 м3. Строительные работы были выполнены с надлежащим качеством и в короткие сроки благодаря быстрому схватыванию бетонной смеси из-за низкого водо¬вяжущего отношения, сопровождались незначительным пылеобразованием и снижением потерь из- за отскока (рикошета) при торкретировании на 15% по сравнению с ранее использованными мелкозернистыми смесями.
17. Показано, что замена импортного МК вьетнамской механоактивированной ЗРШ в количестве 10% от массы цемента в составе разработанной органо-минеральной модифицирующей добавки приводит к снижению стоимости 1 м3 бетонной смеси на 1.009.800 VNB (2.517 руб.).
Рекомендации, разработанные в диссертации, позволяющие получить эффективный высокопрочный и коррозионностойкий мелкозернистый бетон плотной структуры на преимущественно местных сырьевых материалах, включая многотоннажные зольные отходы, путем использования разработанной комплексной модифицирующей органо-минеральной добавки, могут быть применены при строительстве и ремонте транспортных тоннелей и других подземных сооружений, а также в ходе укрепления склонов слабых грунтов и откосов строительных котлованов при проведении земляных работ во Вьетнаме.
Дальнейшего продолжения требуют исследования температурных режимов твердения ММЗБ разработанного состава в раннем возрасте и контроль за процессом трещинообразования в изготовленных из него изделиях и конструкциях.