CC BY
143
УДК: 660.97 Половова Э. А.
Новое тонкодисперсное вяжущее - микродур
Аннотация
В статье рассматривается высокоэффективный вяжущий материал для реконструкции стен и фундаментов зданий без нарушения ихархитектурного облика.
PolovovaE.A. THE NEW KNITTING MATERIAL - MIKRODUR
In the article is the highly effective knittingmaterialforreconstruction ofwalls and the bases of buildings without infringement oftheir architectural shape considered.
Вяжущий материал, частица, суспензия, методика использования, смесители, добавки.
Половова
Эмилия Андреевна
канд.технических наук, профессор УралГАХА
С1995 года в Германии и относительно недавно в России применяется новое высокоэффективное минеральное вяжущее «М1кго<1иг» (Микродур)
- продукт воздушной сепарации пыли при помоле клинкерных цементов с марками до «600» (ООО «ВЕСТА ИНЖ», ООО «Гидро-спецстрой», ОАО ЦНИИС НИЦ «Тоннели и метрополитены»), [1]. «Микродур» отличается высокой степенью дисперсности и относится к особо тонкодисперсным вяжущим (ОТДВ). Выпускаются четыре марки «Микро-дура» (таблица 1).
Основное назначение «Микродура» - укрепление и гидроизоляция при реконструкции стен и фундаментов памятников архитектуры без нарушения их архитектурного облика, ремонт каменных и бетонных конструкций, улучшение свойств оснований (рис. 1). Особенности «Микродура» связаны с малым размером частиц и его рациональным гранулометрическим составом:
- широкая область применения (от весьма трещиноватых и крупнообломочных с коэффициентами фильтрации 80 м/сут до пылеватых грунтов с коэффициентами фильтрации 110'6 м/сут);
- высокая проникающая способность (в трещины и поры размером до 18 мкм и менее);
- седиментационная устойчивость (седимен-
тация суспензии Вода : Микродур =2:1
(по весу) не превышает 5%);
высокая прочность тампонажного камня;
сроки схватывания 3^4 часа;
быстрый набор прочности (70% марочной
за48час);
ущественное снижение коэффициента фильтрации ( с 1х10'4до 1х10'7 м/с).
Рисунок! Схемы применения суспензий «Микродура»:
а - укрепление основания фундамента; б - корневое укрепление свай;
в - реконструкция стен, ремонт бетонных и каменных конструкций.
По сравнению с бездисперсными материалами для двухрастворной и однорастворной силикатизации и полимерными композициями на основе эпоксидной, карбомидной, финолформальдегидной смол и др., суспен-
Таблица 1. Характеристики дисперсности «Микродура»
Марка Количество частиц с диаметром, % Удельная поверхность, см2/г
< 2 мкм < 4 мкм < 6 мкм < 9,5 мкм < 16мкм < 24 мкм
S 17 34 49 68 90 95 8000
F 19 45 60 80 95 - 12000
и 25 55 78 95 - - 16000
X 45 80 95 - - - 24000
Таблица 2. Результаты испытания «Микродура!
Марка Нормальная густота цементного теста, % Сроки схватывания, ч Прочность Р28, МПа: на изгиб/на сжатие
Начало Конец
1^ 40,75 1,96 5,20 8,63/46,0
ии 47,50 1,47 4,66 10,16/52,4
ИХ 58,75 0,18 0,26 10,37/57,0
Т= V =СІиІ(ІП
^l = tga
т = х + |а-V, V = ё.и!скп.
ч.
Рисунок 2. Характерные кривые течения (реологические кривые) ньютоновских и неньютоновских жидкостей: а - ньютоновские; б - неньютоновские суспензии.
зии «Микродура» характеризуются несомненными преимуществами: качество инъекции, долговечность, простая и удобная технология приготовления и инъектирования, экологическая чистота, однородность с цементами по составу, высокая адгезия к бетонным и каменным конструкциям.
Для определения параметров «Микродура»: плотности, консистенции, дисперсности, седиментации, прочности и др., исключая характеристики текучести, следует использовать действующие стандартизированные методики практического материаловедения, например по ГОСТ 310.3-76, 310.481.
Результаты стандартных испытаний марок «Микродура ¥, и, X» повышенной сульфатостойкости (разновидность «И»), выполненных для проверки сертификата фирмы-производителя, приведены в таблице 2.
Текучесть суспензий «Микродура» в опубликованных работах [1 ^ 4] оценивается показателем «условная вязкость», определяемым по времени истечения смеси В : М = 2 : 1 через выпускную трубку в дне мерного цилиндра. Между тем, этот показатель служит относительной оценкой для бездисперсных ньютоновских жидкостей и, разумеется, не может охарактеризовать поведение концентрированных структурированных суспензий, являющихся аномальными неньютоновскими
Рисунок 3. Реовискометр Хеплера.
вязко-пластичными жидкостями (рисунок 2). Поэтому для получения достоверных и представительных выборочных данных, определяющих текучесть суспензий «Микродура», разработана принципиально новая методика с использованием реовискометра Хеплера (рисунок 3).
Из рисунка 2-6, следует, что характер течения неньютоновских структурных суспензий определяется двумя параметрами: т0 - динамическим напряжением сдвига, цс - динамической структурной вязкостью. При малых напряжениях сдвига структурная жидкость находится в статическом состоянии и не течет. С возрастанием напряжения сдвига происходит разрушение структуры суспензии и начинается медленное течение. Дальнейшее увеличение напряжений сдвига приводит к повышению скорости течения и интенсификации разрушений структуры суспензий, которое никогда не бывает полным, поскольку некоторая доля структурных связей обратимо восстанавливается. В аналитической форме течение структурных неньютоновских суспензий описывается уравнением Шведова-Бингама: т = т0 + цс ^Шп, где т- напряжение сдвига; ^Шп -градиент скорости, обозначаемый в дальнейшем как V .
Определение числовых значений реологической зависимости (1) выполнено в следующем порядке:
Рисунок4. Схема определения кажущейся вязкости структурной суспензии:
т1 = гд а1; т2 = гд а2; т3 = гд а3; т4 = гд а4
1 - по формуле (1) для различных значений х(/), задаваемых сменными грузами, находятся единичные динамические вязкости структурных суспензий, называемые «кажущаяся вязкость» цк(/) (рисунок 4);
2 - для каждой пары значений напряжения сдвига и кажущейся вязкости вычисляется градиент скорости Vg(i) по формуле:
^,(0 = <0 1 цк0');
3 - на основе метода наименьших квадратов устанавливаются средние выборочные и стандарты динамического напряжения сдвига и структурной вязкости:
п п
х<> = (Ех,- - МсЕ V) 1 п;
1=\ 1=1
Цс = Q„ I Ш *,= * (1 I п + V 2/ Qv);
0,5
Таблица 3
Динамические напряжения сдвига и вязкости суспензий «Микродура;
Состав, В:М по весу Динамическое напряжение сдвига, Н/м2 Динамическая вязкость, Нс/м2 (спз) Средние квадратичные отклонения
динамическое напряжение сдвига, Н/м2 динамическая вязкость, Нс/м2 (спз)
1 2 3 4 5
RF
0,75:1 2,08-10-3 19,0 -10-3 (19,0) 4,72-10-4 2,51 Ю3 (2,51)
1 :1 0,25-10-3 5,7-Ю-3 (5,7) 2,68-10-4 0,80-10-3 (0,80)
1,5:1 о,озю-3 4,0Ю3 (4,0) 2,31 Ю4 0,43-10-3 (0,43)
2:1 0,01Ю3 2,2-Ю 3 (2,2) 1,7710-4 0,29-10-3 (0,29)
RU
0,75:1 2,68-10-3 27,ЭЮ 3 (27,9) 1,89-10-4 1.79-10-3 (1,79)
1 :1 1,13Ю3 9,1 Ю-3 (9,1) 0,78-10-4 0,35-10-3 (0,35)
1,5:1 0,18-10-3 5,9-10-3 (5,9) 1,60-10-4 0.40-10-3 (0,40)
2:1 0,05-10-3 3,1 Ю3 (3,1) 1.74-10-4 0,22-10-3 (0,22)
RX
0,75:1 9,56-10-3 267,7-Ю-3 (267,7) 3,9710-4 27,06-Ю-3 (27,06)
1 :1 1,58-10-3 43,8-10"3 (43,8) 0,65-10-4 1.74-10-3 (1,74)
1,5:1 0,81Ю3 7,2-Ю 3 (7,2) 1,08Ю4 0,35-10-3 (0,35)
2:1 0,42-10-3 3,9-10-3 (3,9) 0,60-10-4 0.14-10-3 (0,14)
Примечание. 1 - динамическая вязкость воды составляет 1 спз (сантипуаз); 2 - динамическая вязкость суспензий «Микродура» концентрации В:М > 3: 1 может быть принята равной динамической вязкости воды; динамическое напряжение сдвига равно нулю. Седиментация этих суспензий без проведения дополнительных мероприятий превышает 5%; 3- расчетные радиусы инъекции высококонцентрированныхсуспензий «Микродура» могут превышать радиусы инъекции бездисперсных жидкостей при равной динамической вязкости в5и более раз; 4 - удельная поверхность «Микродура» RX, измеренная методом низкотемпературной адсорбции азота (с использованием аппаратуры Sortby-1750 фирмы Carlo Erba, Италия), составила 39000 см2/г, т.е. в 1,625 раз больше гарантированной фирмой-производителем.
Таблица 4
Характеристика взаимосвязей между напряжением сдвига и градиентом скорости суспензий «Микродура»
Состав, В:М,по весу Зависимость т-т0 + ^c-vg Коэффициент корреляции
RF
0,75: 1 т = 2,08-10-3+ 19-10-3 цс 0,903
1 : 1 т = 0,25-10-3 + 5,710-3 цс 0,913
1,5:1 т = 0,03-10-3 + 4,0Ю-3цс 0,931
2: 1 т = 0,01-10-3 + 2,2Ю-3цс 0,932
RU
0,75: 1 т = 2,68-10-3 + 27,9Ю-3цс 0,971
1 : 1 1,13-10-3 + 9,1-10-3цс 0,993
1,5:1 т = 0,18-10-3 + 5,9-10-3цс 0,976
2: 1 т = 0,05-10-3 + 3,1Ю-3цс 0,913
RX
0,75: 1 т = 9,56-10-3 + 267,7Ю-3цс 0,948
1 : 1 т = 1,58-10-3 + 43,8-10-3 цс 0,992
1,5:1 т = 0,81-10-3 + 7,2-10-3цс 0,986
2: 1 т = 0,42-10-3 + 3,9-10-3 цс 0,990
где х0, цс - средние выборочные значения динамического напряжения сдвига и структурной вязкости; п - измерений (объем выборки); х. = х(г'), V. = V (¡) - измеренные значения напряжения сдвига и градиента скорости, I е 1, п; я *
-стандарты х0, цс, х
п п п
= ^ V. х. - (£ V. Е т.) I п;
1=1 1=1 1=1
п п
= Е V,2 - (Е V)2 I п; г=1 г=1
п п
Qv = Ъ т.2 - (£ т.)2 I п; г=1 г=1
* = (( - ц й„) I (п - 2)) ;
— п V = (£ V.) I п.
.=1
Результаты реологических исследований приведены в таблице 3.
В таблице 4 приведены данные, позволяющие сделать заключение
о высокой статистической надежности полученных результатов.
В таблице 5 приведены коэффициенты вариации и доверительные границы т0 + цс, вычисленные с односторонней доверительной вероятностью 0,975.
«Микродур» - дорогостоящий материал, тем не менее, его технологическая эффективность достигает 20 100 % по сравне-
нию с другими имеющимися технологиями реконструкции стен, фундаментов, ремонта бетонных и каменных конструкций и улучшения свойств грунтов. В целях снижения затрат приготовление суспензий «Микродура» должно осуществляться в высокоскоростных смесителях-диспергаторах с внесением тонкодисперсных минеральных добавок и суперпластификаторов. Применение последних в сочетании с высокоскоростными смесителями позволяют повысить текучесть концентрированных суспензий и резко снизить седиментацию смесей составов В : М (Вода : «Микродур», по весу) до 6 : 1 [5, 6]. Таким образом, при проектировании суспензии «Микродура» сВ:Мот1:1до6:1в отличие от
Таблица 5
Коэффициенты вариации и доверительные границы динамического напряжения сдвига и динамической вязкости суспензий «Микродура»
Состав, В:М по весу Коэффициенты Вариации Доверительные границы
то то
RF
0,75:1 0,227 0,132 29,086 24,168
1 : 1 0,107 0,140 7,374 7,116
1,5:1 - 0,108 3,746 4,716
2: 1 - 0,132 3,176 3,734
RU
0,75:1 0,070 0,064 30,108 31,074
1 : 1 0,069 0,038 12,750 9,766
1,5:1 - 0,068 4,654 6,584
2: 1 - 0,071 3,528 2,486
RX
0,75:1 0,041 0,101 102,706 316,364
1 : 1 0,041 0,040 16,948 46,933
1,5:1 0,133 0,049 10,023 7,792
2: 1 0,143 0,036 5,288 4,161
цементных суспензии того же состава следует рассматривать как стабильные структурированные вязко-пластичные жидкости.
Заключение
1. «Микродур» является высокоэффективным вяжущим материалом для реконструкции стен и фундаментов памятников архитектуры без нарушения их архитектурного облика, ремонта бетонных и каменных конструкций, улучшения свойств грунтов оснований.
2. Высокая стоимость «Микродура» компенсируется качеством производимых работ, внедрением высокоскоростных смесителей, тонкодисперсных минеральных добавок и суперпластификаторов.
3. При составлении проектов производства работ по реконструкции и ремонту зданий, бетонных и каменных конструкций, улучшению грунтов оснований следует руководствоваться установленными реологическими константами суспензий «Микродура», что позволит исключить или существенно снизить риски принятия ошибочных решений.
4. Найденные статистические характеристики реологичес-
ких констант «Микродура» являются исходной базой для оценки качества планируемых работ в современной вероятностной постановке.
Список использованной литературы
1 Алексеев С. В. «Микродур» - инъекционное минеральное вяжущее и опыт его применения / Международная научно-техническая конференция «Технологии, оборудование, материалы, нормативное обеспечение и мониторинг для тоннельного строительства и подземных частей высотных зданий». М.: Тоннельная ассоциация России, 2006. С. 198 -200.
2 Байдаков О. С. Применение материалов М1кго^г для инъекционных работ при укреплении грунтов и усилении конструкций // Метро и тон-нели,2005.№6. С. 34-38.
3 Панченко А. И., Харченко И. Я. Особо тонкодисперсное минеральное вяжущее «Микродур»: свойства, технология и перспективы использования // Строительные материалы, 2005. № 10. С. 76 -78.
4 http://GSS.STROYCA.RU/SEC. НТМЬ.
5 WWW.INTRABAU.RU
6 WWW.VESTAING.RU/NEWS.HTM
Жилой комплекс, г. Екатеринбург, ул. Шмидта
Авторский коллектив: А.Б. Кощеев,
A.B. Алендеев, Н.В. Рубанова, Р.Б. Ефимова,
Н.В. Костромина, Т.С. Тюрикова
Жилой дом, г. Екатеринбург, ул. Готвальда
Авторский коллектив: В.Г. Панцырев,
П.А. Ложкин
