Исследования электромагнитного излучения в процессе набора прочности и последующем разрушения бетона класса в 25 Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

Выводы

На основании проведенных исследований можно сделать следующие выводы:

- полученный состав бетона с использованием добавки Хидетал-ГП-9а относиться к классу бетона С25/30;

- использование добавки Хидетал-ГП-9а предполагает экономию цемента на каждый куб бетона до 20%, что существенно снижает стоимость бетонной смеси в сравнении со смесями без использования добавки;

- использование добавки Хидетал-ГП-9а предполагает снижение расхода воды на 30%, при этом В/Ц снижается с 0,5 до 0,41 и сохраняется подвижность П3.

- повышаются на порядок ряд эксплуатационных свойств бетона в конструкциях, в частности долговечность, надежность;

- предлагаемый состав бетона можно использовать в инженерных конструкциях гидротехнического и рекреационного назначения.

Список использованных источников

1. Ю.М. Баженов. Технология бетона. - М., издательство АСВ, 2003. -500с.

2. А.Е. Шейкин, Ю.В. Чеховский и др. Структура и свойства цементных бетонов. - М., Стройиздат, 1978. - 3 44с.

3. ДСТУ Б.В.2.7 - 69 - 98 «Добавки для бетонов. Методы определения эффективности».

4. EN 206-1:2000 Concrete - Part 1: Specification, performance, production and Conformity.

5. Ушеров-Маршак A.B. Украинский бетон на пути в Европу./Сб. докл. «Дни современного бетона», Запорожье, 2004, с. 14-22.

6. Химические и минеральные добавки в бетон /Под ред. А. Ушерова-Маршака. -X.: Колорит, 2005.-280с.

7. Инструкция по применению добавки комплексной для бетонов «Хидетал-ГП-9» (гиперпластификатора). ООО «СТК-Стандарт», г. Новозыбков, 2006.

УДК 624. 665.9.022.543:550.)

ИССЛЕДОВАНИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ В ПРОЦЕССЕ НАБОРА ПРОЧНОСТИ И ПОСЛЕДУЮЩЕМ РАЗРУШЕНИЯ БЕТОНА

КЛАССА В 25

Селаметов Э.Ш., Саломатин В.Н.

Национальная академия природоохранного и курортного строительства.

Приводятся результаты многосуточных наблюдений за изменением интенсивности электромагнитных сигналов по мере твердения бетона из разных по грансоставу материалов и разрушении его при одноосном сжатии.

Электромагнитное излучение, диффузный слой, поровый раствор, процессы, механоэлектрические преобразования, микродеформации, разрушение, статистики.

Введение

Механические нагрузки на минералы-диэлектрики и содержащие их горные породы сопровождаются электромагнитным излучением в разных диапазонах частот. С середины прошлого века это доказано многочисленными и разнообразными экспериментами в лабораторных и натурных условиях, которые проводились впервые в Томске под руководством крупного ученого-специалиста в области диэлектриков профессора А. А.Воробьева. На основе этих исследований в Крыму стал развиваться метод естественного импульсного электромагнитного поля Земли (ЕИЭМПЗ), нашедший в настоящее время применение по шести различным направлениям, включая строительное дело. С помощью специальной аппаратуры в виде малогабаритных переносных приемников-индикаторов и выносных антенн исследовались фундаменты зданий, несущие

конструкции, башни-маяки, балки, колонны и другие конструктивные элементы, изготовленные в основном из бетона и железобетона.

Бетон во многом аналогичен осадочным породам типа песчаника или конгломерата состоящих из твердой, жидкой и газовой фаз. От приготовления бетонной смеси до строительного изделия, приобретающего максимальную прочность, проходит достаточно много времени. При этом происходят сложные процессы, которые должны отражаться на характере электромагнитных сигналов.

Акустические методы контроля качества строительных материалов, не требующих при испытаниях разрушение материала, получили широкое распространение. Они основаны на регистрации параметров упругих колебаний, возникающих в контролируемом объекте. В акустическом виде неразрушающего контроля чаще всего применяют звуковые и ультразвуковые частоты, т.е. используют диапазон частот приблизительно от 0,5 кГц до 30 МГц. В случае, когда при контроле используют частоты свыше 20 кГц, допустимо применение термина «ультразвуковой» вместо термина «акустический».

В работе [2] с помощью импульсного и резонансного метода были получены экспериментальные данные исследований свойств виброгазобетона, которые свидетельствовали о повышении прочности и модуля упругости в результате применения вибрационной технологии. Ультразвуковой импульсный и резонансный метод позволял без разрушения контролировать прочностные и упругие свойства виброгазобетона с точностью ±10-12%. Скорость распространения ультразвука зависит от прочности и пористости газобетона и уменьшается с повышением его влажности. В результате эксперимента было доказано, что вибрационная обработка газобетона повышает прочность на 20-50%, а динамический модуль упругости на 15-25%.

Согласно стандарту [1], который распространяется на звукоизоляционные и звукопоглощающие строительные материалы и изделия, динамический модуль упругости звукоизоляционных материалов и изделий Ед определяется при продольных колебаниях нагруженного образца по величине частоты колебаний, при которой амплитуда ускорения становится наибольшей (резонанс). Величина модуля упругости Ед (Н/м2) определяется по формуле:

коэффициент потерь.

Изучение и управление процессами структурообразования в минеральных вяжущих системах, позволяют синтезировать максимальную прочность и долговечность бетона как композиционного материала, регулировать реологические параметры бетонов и растворов на стадии приготовления, транспортировки, укладки в конструкцию и уплотнения [3,4].

Изменение резонансной частоты и амплитуды резонансов во время твердения растворной чести бетона определяется с помощью резонансной установки. Она дает возможность исследовать кинетику структурообразования цементного теста и цементно-песчаных растворов с самого начала процесса их затворения до полного затвердения. В результате эксперимента определяются частоты и амплитуды резонанса по следующим формулам:

Анализ публикаций

- ч -

п \ т

А =

Р

г

2 ж 3 Жи -р • Я -+

3

ж

3жЯ2 у/2цру

\

у

V о и1 ;

где a -упругость системы; п - число степеней свободы; m - масса; P - возмущающая сила; р - плотность; п - вязкость дисперсионной среды - затворителя.

Это означает, что при росте значений У происходит структурирование системы; снижение значений У свидетельствует о происходящих деструктивных явлениях. При

снижении значений А при постоянной энергии возбуждения происходит агрегирование частиц; рост значений свидетельствует об их диспергации.

Цель и постановка задач и исследований

Целью настоящей работы является выявление электромагнитных источников информации о происходящих процессах во время твердения бетона и затем его разрушения при одноосном сжатии.

Задачами исследований являлись:

1. Изучение грансостава песка и щебня, как составных частей бетона.

2. Настройка аппаратуры для регистрации электромагнитных сигналов.

3. Обработка и интерпретация полученных данных.

Методика исследований

Методически экспериментальные исследования осуществлялись в соответствии с ГОСТами 8462-85 «Материалы стеновые. Методы определения пределов прочности при сжатии и изгибе», ДСТУ БВ «Щебень и гравий из плотных горных пород, отходов промышленного производства для строительных работ. Метод физико-механических испытаний».

Испытания проводились на образцах-кубах размером 100х100 мм, изготовленных из смеси песка и щебня механический состав которых, определенный ситовым анализом приводится в таблице 1 и 2 и на рис.1 и 2.

Таблица 1

Остаток на сите Размеры отве рстий сит, мм

2,5 1,25 0,63 0,315 0,16 Дно

Частный

кг 0,074 0,068 0,096 0,203 0,309 0,250

% 7,4% 6,8% 9,6% 20,3% 30,9% 25,0%

Полный, % 7,4% 14,2% 23,8% 44,1% 75,0% 100,0%

о

Ё

<л

8-й

о к о а. С

100,0% 80,0% 60,0% 40,0% 20,0% 0,0%

Гранулометрическая кривая песка

0,5 1 1,5

Диаметр отверстия, мм

2,5

Рис.1 Гранулометрический анализ песка

Таблица 2

Зерновой состав щебня_

Остаток на сите Размеры отве рстий сит, мм

70 40 20 10 5 Дно

Частный

кг - - 0,918 3,84 0,224 0,018

% - - 18,4% 76,8% 4,5% 0,4%

Полный, % - - 18,4% 95,2% 99,6% 100,0%

Гранулометрическая кривая щебня

Диаметр отверстия, мм

Рис.2. Гранулометрический анализ щебня

Методика отбора пробы, укладка бетонной смеси, вибрирование ее для уплотнения проводились в строгом соответствии с ГОСТом. После вынимания кубов из формы на второй день началась регистрация интенсивности излучения по количеству электромагнитных импульсов (ЭМИ) в единицу времени (сек.) с помощью радиоволнового индикатора напряженно-деформированного состояния (РВИНДС). РВИНДС является одной из первых модификаций полевых приборов с ручной записью электромагнитных сигналов. Выносная антенна размещалась у основания куба, ориентировка ее не менялась в течение всех 28 суток. Предварительно оценивалось наличие, направление и влияние помех. Измерение проводилось строго в одно и то же время. Одновременно исследования осуществлялись на трех образцах. Учитывая флуктуацию поля, при каждом измерении бралось 7 отсчетов (малая выборка). Показания статистически обрабатывались и по результатам для наглядности строились графики (рис. 3,4), по которым осуществлялась интерпретация.

Завершался эксперимент испытанием образцов на одноосное сжатие с определением таким образом прочности бетона. Нагрузки подавались ступенями по 5 тонн. Следует отметить, что эти испытания проводились при сильном влиянии помех и поэтому анализ ЭМИ носил больше качественный, визуальный характер.

Анализ полученных результатов

Анализируя построенные графики, можно во времени выделить три зоны характерных по интенсивности излучения и проявлению активности протекающих в бетонной смеси процессов. Первая зона характеризуется положительным экстремумом в течение первых четырех суток (рис.3). Механоэлектрические эффекты в это время связаны, очевидно, с переориентацией зерен, формированием структуры бетона, концентрация ионов диффузного слоя, что приводит к образованию двойных электрических слоев (ДЭС). Смещение максимума третьего куба возможно связано запаздыванием формирования структуры бетона.

N 500 450 400 350 300 250 200 150 100 50 0

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28

сутки

Ы-инетнсивностъ ЭМИ _

----Кубик №1

Кубик №2 .......Кубик №3

Рис. 3. График изменения интенсивности ЭМИ (К секимп) при наборе прочности

бетона

4000 и г 70

3500

3000

2500

2000

1500

1000

500

60

50

40

30

20

10

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29

0

0

—*—ДИСПЕРСИЯ - -■- - Среднеквадратичное

отклонение

Рис.4. Графики дисперсии и среднеквадратичного отклонения

В этой начальной стадии процессы носят наиболее активный характер, что отражается на графиках дисперсии и среднеквадратичного отклонения (рис.4). На 6-7-е сутки достаточно глубокий минимум интенсивности ЭМИ и статистических параметров может быть связан с электронейтральностью смеси.

Вторая зона охватывает интервал в 11 суток (7-18). Излучение в течение четырех суток равномерно повышалось, затем, несмотря на колебания значений, носило сравнительно ровный характер, но на разных образцах незначительно отличалось вследствие различий в дефектах структуры. Процессы в этой зоне также активно протекают и связаны, вероятно, с перетеканием ионов из поровых растворов.

Третья зона в течение 9 суток (19-28) имеет стабильное увеличение интенсивности электромагнитной эмиссии на всех трех образцах. Излучение, как теоретически, так и по экспериментальным наблюдениям на породах разного состава и генезиса возникает в

результате разрядных явлений в микрополостях. Движение ионов и микродислокаций вызваны релаксацией внутренних напряжений в затвердевшем бетоне, набравшем предел прочности. При внешней нагрузке во время испытаний на одноосное сжатие наблюдается резкое увеличение ЭМИ. На первых ступенях нагружения интенсивность излучения достигало 5-8тысяч импульсов, при 25-30 тоннах - 50-70 тысяч. При 39 т испытуемые кубики разрушились. Деформации стали наблюдаться в виде лавинообразного развития вертикальных и диагональных микро- и макротрещин. Интенсивность излучения стало резко падать до первых тысяч импульсов в секунду.

Выводы

Импульсное электромагнитное излучение является высокочувствительным фактором сложных процессов, происходящих по мере набора прочности бетона и последующего его разрушения под действием вертикальных нагрузок. Более полная информация может быть получена путем непрерывной регистрации электромагнитных сигналов. На стадии разрушения образцов бетона происходит резкое уменьшение интенсивности излучения с повышением дисперсии значений. Данные исследования, полученные результаты могут быть использованы при характеристике напряженно-деформированного состояния фундаментов, несущих конструкций зданий и сооружений.

Следует продолжить эксперименты с определенными типами цемента, характеристикой состава отдельных элементов бетонной смеси, влажности, температуры, структурных характеристик бетона и новообразований в процессе его твердения.

Список использованных источников

1. ГОСТ 16297-80. Материалы звукоизоляционные и звукопоглощающие

2. Ефименко А.З. Исследование прочности и упругих свойств виброгазобетона с помощью ультразвуковых методов. - Строительные материалы. Выпуск №6. -Москва:1966. - стр. 30-32

3. Патент РФ №2104517, Класс патента G01N29/00, Автор Бойко Г.П., Дата публикации 10.02.1998 «Резонансная установка для определения кинетики структурообразования вяжущих материалов типа цемента»

4. Технологический регламент ресурсосберегающей технологии бетонных работ и инструкция по оперативному определению ее временных параметров. А. К. Запольский, A.M. Звенигородский и др. - Киев: КИСИ. - 1989- 12стр

5. Журков С.Н., Куксенко В.С., Петров В.А. и др. О прогнозировании разрушения горных пород. Изв. АН СССР, сер. Физика Земли, 1977, № 6, с.11-18.

6. Саломатин В.Н. Многолетний опыт применения метода ЕИЭМПЗ при решении комплекса задач в Украине. Сб.трудов междунар. научной конф. «Становление и развитие научных исследований в высшей школе». Т 2.Изд.ТПУ, 2009, с.384-391.

УДК 666.9.022.3

ТЕХНОЛОГИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КИРПИЧА НА ОСНОВЕ ОТХОДОВ ГОРНЫХ ПОРОД С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ МЕХАНОАКТИВИРОВАННОГО СЫРЬЯ

Федоркин С.И., Макарова Е.С., Елькина И.И.

Национальная академия природоохранного и курортного строительства

Разработана технология и осуществлен подбор оборудования для изготовления пустотелого кирпича на основе отходов горных пород с использованием механоактивированного сырья. Проведена апробация технологии в условиях промышленного производства.

Технология производства, кирпич, механоактивация, горные породы, сырье, полусухое прессование