ВВЕДЕНИЕ 3
1 Теоретические исследования свойств цементно-содержащих материалов и процессов водопоглощения 6
1.1 Цементно - содержащие материалы. Структура, свойства, область применения 6
1.2 Анализ изменения эксплуатационных свойств бетона при воздействии на него водной среды 13
1.3. Пути повышения устойчивости бетонных изделий к воздействию водной среды 18
1.4 Применение микронаполнителей в цементных материалах 22
2 Характеристика применяемых материалов. Методы исследования 28
2.1 Свойства используемых материалов 28
2.2 Методы экспериментальных исследований 35
3 Исследование влияния высокоактивного метакаолина на свойства мелкозернистого бетона 43
3.1 Математическое моделирование влияния компонентов на водопоглощение по массе 43
3.2 Влияние добавки высокоактивного метакаолина в составе вяжущего на водопоглощение и пористость цементного камня 50
3.3 Математическое моделирование влияния компонентов на прочность при сжатии 64
3.4 Влияние добавки высокоактивного метакаолина в составе вяжущего на прочностные характеристики цементного камня 71
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 86
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ 88
Актуальность работы.
Проблема водопоглощения цементно-содержащих материалов актуальна во всем мире. Водопоглощение по массе является одним из важнейших свойств бетона, от численного значения водопоглощения бетона зависят и другие основные физико-технические показатели, такие как морозостойкость, коррозионная стойкость, деформационные характеристики.
В основном способность сопротивления водопоглощению бетона зависит от его состава, но также можно выделить следующие критерии:
• Вид цемента, так как использование специальных цементов, имеющих свойства водонепроницаемости, а также расширяющихся или напрягающих обеспечивает непостоянный характер капилляров и допускает получение бетонов с высокой водонепроницаемостью;
• Качество заполнителей, а особенно от количества содержания в них примесей, так как от этого зависит сцепление цементного камня и заполнителя;
• Качество уплотнения, потому что дефекты и неоднородность являются каналами для фильтрации воды;
• Условия твердения, способные обеспечить необходимые условия для оводнения цемента;
Таким образом проблема водопоглощения является актуальной и важной, так как в последствии приводит к уменьшению прочности, сокращению срока службы и разрушению материалов.
Целью исследования является анализ существующих способов уменьшения водопоглощения цементно-содержащих материалов и совершенствование способов решения данной проблемы.
Предметом исследования является подбор компонентов и оптимальных составов, способствующих уменьшению водопоглощения.
Объектом исследования являются способы уменьшения водопоглощения цементно - содержащих материалов.
Задачи исследования:
1. Анализ проблем и методов снижения водопоглощения цементно - содержащих материалов;
2. Подбор оптимальных составов для уменьшения водопоглощения цементно - содержащих материалов;
3. Исследование водопоглощения и пористости цементно-содержащих материалов с содержанием высокоактивного метакаолина;
4. Исследование прочностных свойств цементно-содержащих материалов с высокоактивным метакаолином.
Методы исследования: анализ, синтез, прогнозирование, моделирование, эксперимент.
Научная новизна.
1. Использование высокоактивного метакаолина в качестве ингредиента, позволяющего уменьшить водопоглощение цементно- содержащих материалов и повысить их прочность;
2. Оптимизации состава смеси, приводящей к уменьшению водопоглощения цементно - содержащих материалов.
Практическая значимость.
Практическая значимость состоит в разработке эффективных методов снижения водопоглощения и повышения прочности цементно - содержащих материалов.
Апробация результатов исследования. По теме диссертационной работы опубликовано 3 статьи:
1. Крамаренко А.В., Никитина К.В. Анализ современных добавок, способствующих уменьшению водопоглощения цементно-содержащих материалов / А.В. Крамаренко, К.В. Никитина // Электронный журнал «Наука и образование: новое время». - №3. - 2018.
2. Шишканова В.Н., Никитина К.В. Исследование влияния метакаолина на водопоглощение и прочность бетона / В.Н. Шишканова, К.В. Никитина // II Всероссийская научно - практическая конференция «Идеи и проекты молодежи России». - 2019.
3. Крамаренко А.В., Никитина К.В. Анализ современных способов улучшения физических свойств цементно-содержащих материалов / А.В. Крамаренко, К.В. Никитина // Электронный журнал «Наука и образование: новое время». - №3. - 2019.
Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, трех глав, заключения и списка используемых источников. Общий объем работы составляет 92 страницы машинописного текста.
На основании проведенных экспериментальных исследований можно сделать следующие выводы:
1. Экспериментально установлено, что введение добавки высокоактивного метакаолина в бетонную смесь позволяет существенно снизить пористость и водопоглощение бетонных изделий.
2. С увеличением добавки высокоактивного метакаолина до 15 % наблюдается уменьшение открытой пористости и водопоглощения бетона. Уменьшение водопоглощения и открытой пористости бетона с увеличением в его составе высокоактивного метакаолина объясняется увеличением количества тонкодисперсной добавки в составе цемента, что способствует созданию микрокапиллярной структуры и снижению микрокапилляров.
3. Установлено, что при введении в состав смеси высокоактивного метакаолина наблюдается повышение прочности образцов на сжатие и изгиб. Оптимальное количество вводимого метакаолина составляет 8 % от массы цемента, при повышении дозировки наблюдается снижение показателей прочности. Это можно объяснить тем, что в больших дозировках метакаолин способен давать избыток тонкодисперсной фракции, что негативно сказывается на прочностных характеристиках материала.
4. Высокоактивный метакаолин способствует гидратации клинкерных минералов портландцемента, что обусловлено высокой дисперсностью его частиц и пуццолановой активностью. Набор прочности в 7 суток составляет не менее 70 % от марочной прочности.
5. Доказана целесообразность применения математической модели для планирования эксперимента, так как на этапе построения математической модели можно делать выводы об адекватности выбранных исходных параметров.
6. Доказана необходимость при изготовлении бетонов использовать добавку высокоактивного метакаолина совместно с гиперпластификатором, который способствует снижению водопотребности бетонной смеси и увеличению прочности готовых бетонных изделий.
7. Условия твердения цементного камня оказывают существенное влияние на его пористость, водопоглощение и прочностные характеристики. В возрасте 7 суток бетон с содержанием высокоактивного метакаолина в количестве 5 - 8% после пропаривания имеет более высокие показатели прочности, чем бетон, выдержанный в нормальных условиях твердения. При увеличении добавки метакаолина, превышающей 8 % в бетоне наблюдается резкое снижение прочности. В возрасте 28 суток прочность бетона после пропаривания резко снижается и эти показатели ниже прочности бетонов, выдержанных в нормальных условиях твердения, при содержании высокоактивного метакаолина в количестве 5 % от цемента.
Помощь студентам и аспирантам в выполнении работ от наших партнеров
