Помощь студентам в учебе
Оптимизация состава самоуплотняющегося бетона на композиционных вяжущих
|
Введение 3
1 Современные представления о структуре и свойствах самоуплотняющегося
бетона 6
1.1 Состав, структура и свойства самоуплотняющегося бетона 6
1.2 Роль минеральных добавок и наполнителей в структуре
самоуплотняющихся бетонных смесей 22
1.3 Значение суперпластификаторов в составе самоуплотняющихся бетонных
смесей 31
2 Методы испытаний и характеристика используемых материалов 35
2.1 Методы исследования 35
2.2 Используемые материалы 40
2.2.1 Цемент 40
2.2.2 Заполнители 41
2.2.3 Минеральные наполнители 43
2.2.4 Гиперпластификаторы 46
3 Свойства самоуплотняющихся бетонов на композиционных вяжущих 48
3.1 Физико-механические свойства СУБ на композиционных вяжущих 48
3.2 Эксплуатационные свойства самоуплотняющихся бетонов на
композиционных вяжущих 63
3.2.1 Морозостойкость бетонов 63
3.2.2 Коррозионная стойкость бетонов 65
Заключение 67
Список используемых источников 69
1 Современные представления о структуре и свойствах самоуплотняющегося
бетона 6
1.1 Состав, структура и свойства самоуплотняющегося бетона 6
1.2 Роль минеральных добавок и наполнителей в структуре
самоуплотняющихся бетонных смесей 22
1.3 Значение суперпластификаторов в составе самоуплотняющихся бетонных
смесей 31
2 Методы испытаний и характеристика используемых материалов 35
2.1 Методы исследования 35
2.2 Используемые материалы 40
2.2.1 Цемент 40
2.2.2 Заполнители 41
2.2.3 Минеральные наполнители 43
2.2.4 Гиперпластификаторы 46
3 Свойства самоуплотняющихся бетонов на композиционных вяжущих 48
3.1 Физико-механические свойства СУБ на композиционных вяжущих 48
3.2 Эксплуатационные свойства самоуплотняющихся бетонов на
композиционных вяжущих 63
3.2.1 Морозостойкость бетонов 63
3.2.2 Коррозионная стойкость бетонов 65
Заключение 67
Список используемых источников 69
Актуальность работы. В последнее время в строительной области с каждым годом все больше внимания уделяется энерго- и ресурсо-эффективным материалам. Так, в современном строительстве зданий и сооружений из монолита все шире применяются высокотехнологичные бетонные смеси, способные без применения какого-либо внешнего механического воздействия самостоятельно заполнять опалубку, в том числе густоармированную, либо со сложной геометрической формой, сохраняя при этом связность и однородность, которые получили название - самоуплотняющиеся бетоны (СУБ).
За счет своих свойств и структуры, самоуплотняющиеся бетоны решают сразу две проблемы в строительстве: обладают более высокими прочностными свойствами в сравнении с тяжелым бетоном, а также позволяют сократить сроки строительства и трудозатраты. Помимо вышесказанного, такие бетоны обладают высокой удобоукладываемостью и быстрыми темпами набора прочности, что позволяет их отнести к классу «высокофункциональных бетонов». Это обеспечивается за счет применения комплекса модификаторов, включающих, как правило, эффективные разжижители, модификаторы вязкости, активные минеральные добавки (наполнители), ускорители твердения.
На территории РФ к настоящему времени применение СУБ по- прежнему затруднено; это связано со сложностью организации производства такого бетона, а также с полным отсутствием развитой базы нормативных документов. Подытожив все сказанное выше, можно сделать вывод, что проблема широкого применения самоуплотняющегося бетона на территории РФ является актуальной на сегодняшний день.
Цель исследования - оптимизация состава самоуплотняющегося бетона на основе композиционных вяжущих и исследование его свойств.
Предметом исследования диссертационной работы являются процессы и явления, определяющие закономерности формирования структуры и свойств самоуплотняющихся бетонов.
Объект исследования диссертационной работы - самоуплотняющийся бетон на основе композиционных вяжущих.
Для достижения поставленной цели были определены следующие задачи:
1. Обобщить теоретические аспекты в технологии повышения прочности самоуплотняющегося бетона;
2. Обобщить характеристики применяемых материалов и методы экспериментальных исследований;
3. Исследовать влияние гранулометрического состава мелкого заполнителя, суперпластификаторов и минеральных добавок на свойства самоуплотняющегося бетона;
4. Оптимизировать состав самоуплотняющегося бетона на основе композиционных вяжущих.
Методы исследования - подбор состава и исследование свойств бетонной смеси осуществлялись в соответствии с ГОСТ 27006-86. «Бетоны. Правила подбора состава», ГОСТ 7473-2010 «Смеси бетонные. Технические условия» и ГОСТ 10181-2014 «Смеси бетонные. Методы испытаний».
Исследование свойств самоуплотняющегося бетона проводилось в соответствии с ГОСТ 25192-2012 «Бетоны. Классификация и общие технические требования», ГОСТ 12730.0-78. «Бетоны. Общие требования к методам определения плотности, влажности, пористости и водонепроницаемости», ГОСТ 18105-2010 «Бетоны. Правила контроля и оценки прочности».
На защиту выносятся:
1. Современное состояние вопроса применения самоуплотняющегося бетона на композиционных вяжущих;
2. Исследование свойств самоуплотняющегося бетона на основе композиционных вяжущих;
3. Оптимизация состава самоуплотняющегося бетона с применением различных минеральных добавок и современных суперпластификаторов.
Научная новизна диссертационной работы заключается в следующем:
1. Представлен сравнительный анализ влияния суперпластификаторов и минеральных добавок на свойства самоуплотняющегося бетона;
2. Разработан оптимальный состав самоуплотняющегося бетона на основе композиционного вяжущего.
Практическая значимость заключается в разработке оптимального состава самоуплотняющегося бетона на основе композиционных вяжущих; и в дальнейшем применении этого бетона строительными организациями.
Апробация результатов исследования.
По теме диссертационного исследования опубликовано 2 статьи:
1. Шишканова В.Н., Власов С.А. Композиционные вяжущие для самоуплотняющихся бетонов / В.Н. Шишканова, С.А. Власов // Научно-методический журнал «Наука и образование: новое время», №4, 2019г.
2. Шишканова В.Н., Власов С.А. Повышение прочности самоуплотняющегося бетона на композиционных вяжущих введением минеральных наполнителей / В.Н. Шишканова, С.А. Власов // Межотраслевой научно-информационный центр, Конференция МК-14 20, 2020г.
Структура работы. Состав диссертационной работы включает: введение, три главы по теме исследования, заключение, библиографический список литературы. Объем работы составляет 73 страницы.
За счет своих свойств и структуры, самоуплотняющиеся бетоны решают сразу две проблемы в строительстве: обладают более высокими прочностными свойствами в сравнении с тяжелым бетоном, а также позволяют сократить сроки строительства и трудозатраты. Помимо вышесказанного, такие бетоны обладают высокой удобоукладываемостью и быстрыми темпами набора прочности, что позволяет их отнести к классу «высокофункциональных бетонов». Это обеспечивается за счет применения комплекса модификаторов, включающих, как правило, эффективные разжижители, модификаторы вязкости, активные минеральные добавки (наполнители), ускорители твердения.
На территории РФ к настоящему времени применение СУБ по- прежнему затруднено; это связано со сложностью организации производства такого бетона, а также с полным отсутствием развитой базы нормативных документов. Подытожив все сказанное выше, можно сделать вывод, что проблема широкого применения самоуплотняющегося бетона на территории РФ является актуальной на сегодняшний день.
Цель исследования - оптимизация состава самоуплотняющегося бетона на основе композиционных вяжущих и исследование его свойств.
Предметом исследования диссертационной работы являются процессы и явления, определяющие закономерности формирования структуры и свойств самоуплотняющихся бетонов.
Объект исследования диссертационной работы - самоуплотняющийся бетон на основе композиционных вяжущих.
Для достижения поставленной цели были определены следующие задачи:
1. Обобщить теоретические аспекты в технологии повышения прочности самоуплотняющегося бетона;
2. Обобщить характеристики применяемых материалов и методы экспериментальных исследований;
3. Исследовать влияние гранулометрического состава мелкого заполнителя, суперпластификаторов и минеральных добавок на свойства самоуплотняющегося бетона;
4. Оптимизировать состав самоуплотняющегося бетона на основе композиционных вяжущих.
Методы исследования - подбор состава и исследование свойств бетонной смеси осуществлялись в соответствии с ГОСТ 27006-86. «Бетоны. Правила подбора состава», ГОСТ 7473-2010 «Смеси бетонные. Технические условия» и ГОСТ 10181-2014 «Смеси бетонные. Методы испытаний».
Исследование свойств самоуплотняющегося бетона проводилось в соответствии с ГОСТ 25192-2012 «Бетоны. Классификация и общие технические требования», ГОСТ 12730.0-78. «Бетоны. Общие требования к методам определения плотности, влажности, пористости и водонепроницаемости», ГОСТ 18105-2010 «Бетоны. Правила контроля и оценки прочности».
На защиту выносятся:
1. Современное состояние вопроса применения самоуплотняющегося бетона на композиционных вяжущих;
2. Исследование свойств самоуплотняющегося бетона на основе композиционных вяжущих;
3. Оптимизация состава самоуплотняющегося бетона с применением различных минеральных добавок и современных суперпластификаторов.
Научная новизна диссертационной работы заключается в следующем:
1. Представлен сравнительный анализ влияния суперпластификаторов и минеральных добавок на свойства самоуплотняющегося бетона;
2. Разработан оптимальный состав самоуплотняющегося бетона на основе композиционного вяжущего.
Практическая значимость заключается в разработке оптимального состава самоуплотняющегося бетона на основе композиционных вяжущих; и в дальнейшем применении этого бетона строительными организациями.
Апробация результатов исследования.
По теме диссертационного исследования опубликовано 2 статьи:
1. Шишканова В.Н., Власов С.А. Композиционные вяжущие для самоуплотняющихся бетонов / В.Н. Шишканова, С.А. Власов // Научно-методический журнал «Наука и образование: новое время», №4, 2019г.
2. Шишканова В.Н., Власов С.А. Повышение прочности самоуплотняющегося бетона на композиционных вяжущих введением минеральных наполнителей / В.Н. Шишканова, С.А. Власов // Межотраслевой научно-информационный центр, Конференция МК-14 20, 2020г.
Структура работы. Состав диссертационной работы включает: введение, три главы по теме исследования, заключение, библиографический список литературы. Объем работы составляет 73 страницы.
На основании результатов экспериментальных исследований приведенных в данной работе следует ряд выводов:
1. Анализ физико-технических свойств выявил отличия физико-механических свойств самоуплотняющегося бетона от обычных тяжелых бетонов. Физико-механические свойства самоуплотняющегося бетона зависят от его состава, соотношения материалов, вида и количества минеральных заполнителей, а также суперпластификаторов.
2. Проведена оценка влияния состава мелкого заполнителя на физико-механические свойства СУБ. Установлено, что наиболее оптимальным вариантом мелкого заполнителя является состав, представляющий собой смесь песка природного Камского и Волжского, смешанных в пропорции 50 на 50 процентов. Данный вариант позволяет увеличить предел прочность при сжатии СУБ от 5 до 7,5% относительно варианта бетона, когда в качестве мелкого заполнителя используется исключительно Камский песок. Связан данный эффект с тем, что разбавляя Камский песок Волжским мы увеличиваем содержание более мелких частиц по модулю крупности, что благоприятно сказывается на прочностных характеристиках СУБ.
3. Проведена оценка влияния состава композиционного вяжущего на физико-механические свойства СУБ. Установлено что, при добавлении к уже готовому композиционному вяжущему третьей минеральной добавки, прочность при сжатии такого бетона уменьшается в пределах от 8 до 14%. Такая добавка оказывается инертной в составе СУБ, и не участвует в реакции с Са ( О Н) 2 и процессе гидратации цемента. На основании вышесказанного, был сделан вывод, что оптимальное содержание минеральных добавок в составе композиционного вяжущего составляет 12-20% от массы цемента; в нашем случае это были пуццолана и известняк. Пуццолана и известняк обладают более высокой удельной поверхностью по сравнению с портландцементом, в который они добавлялись и при взаимодействии с водой образуют С а (О Н)2. Далее отдельные зерна пуццоланы и известняка увеличиваются в объеме (набухают) и тем самым заполняют объем пустот в самоуплотняющемся бетоне, что приводит к упрочнению его структуры.
4. Присутствие в составе композиционного вяжущего гиперпластификатора, повышает предел прочности при сжатии СУБ на 30%. Так как при добавлении компонента в состав бетонной смеси, цементные крупицы располагаются вокруг песчаных частиц. И вследствие этого процесса, возникновение пустот в цементе оказывается практически невозможным. Под действием гиперпластификатора раствор пропитывается водой намного быстрее и кроме этого при вымешивании бетонной смеси не появляются воздушные пузыри.
5. В результате исследований предложен оптимальный состав бетонной смеси для приготовления самоуплотняющегося бетона, с легкодоступными материалами для нашего региона. Полученная бетонная смесь обладает достаточной подвижностью и удобоукладываемостью за счет действия гиперпластификаторов, а самоуплотняющиеся бетоны, изготовленные на ее основе, обладают плотной структурой, минимальным количеством пустот, и хорошими эксплуатационными характеристиками. Полученный нами состав бетона может быть использован в дальнейшем промышленными организациями.
1. Анализ физико-технических свойств выявил отличия физико-механических свойств самоуплотняющегося бетона от обычных тяжелых бетонов. Физико-механические свойства самоуплотняющегося бетона зависят от его состава, соотношения материалов, вида и количества минеральных заполнителей, а также суперпластификаторов.
2. Проведена оценка влияния состава мелкого заполнителя на физико-механические свойства СУБ. Установлено, что наиболее оптимальным вариантом мелкого заполнителя является состав, представляющий собой смесь песка природного Камского и Волжского, смешанных в пропорции 50 на 50 процентов. Данный вариант позволяет увеличить предел прочность при сжатии СУБ от 5 до 7,5% относительно варианта бетона, когда в качестве мелкого заполнителя используется исключительно Камский песок. Связан данный эффект с тем, что разбавляя Камский песок Волжским мы увеличиваем содержание более мелких частиц по модулю крупности, что благоприятно сказывается на прочностных характеристиках СУБ.
3. Проведена оценка влияния состава композиционного вяжущего на физико-механические свойства СУБ. Установлено что, при добавлении к уже готовому композиционному вяжущему третьей минеральной добавки, прочность при сжатии такого бетона уменьшается в пределах от 8 до 14%. Такая добавка оказывается инертной в составе СУБ, и не участвует в реакции с Са ( О Н) 2 и процессе гидратации цемента. На основании вышесказанного, был сделан вывод, что оптимальное содержание минеральных добавок в составе композиционного вяжущего составляет 12-20% от массы цемента; в нашем случае это были пуццолана и известняк. Пуццолана и известняк обладают более высокой удельной поверхностью по сравнению с портландцементом, в который они добавлялись и при взаимодействии с водой образуют С а (О Н)2. Далее отдельные зерна пуццоланы и известняка увеличиваются в объеме (набухают) и тем самым заполняют объем пустот в самоуплотняющемся бетоне, что приводит к упрочнению его структуры.
4. Присутствие в составе композиционного вяжущего гиперпластификатора, повышает предел прочности при сжатии СУБ на 30%. Так как при добавлении компонента в состав бетонной смеси, цементные крупицы располагаются вокруг песчаных частиц. И вследствие этого процесса, возникновение пустот в цементе оказывается практически невозможным. Под действием гиперпластификатора раствор пропитывается водой намного быстрее и кроме этого при вымешивании бетонной смеси не появляются воздушные пузыри.
5. В результате исследований предложен оптимальный состав бетонной смеси для приготовления самоуплотняющегося бетона, с легкодоступными материалами для нашего региона. Полученная бетонная смесь обладает достаточной подвижностью и удобоукладываемостью за счет действия гиперпластификаторов, а самоуплотняющиеся бетоны, изготовленные на ее основе, обладают плотной структурой, минимальным количеством пустот, и хорошими эксплуатационными характеристиками. Полученный нами состав бетона может быть использован в дальнейшем промышленными организациями.