CC BY
34
РАЗДЕЛ II
СТРОИТЕЛЬСТВО. СТРОИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ИЗДЕЛИЯ
УДК 691.3
ВЛИЯНИЕ СНВ-ДОБАВКИ НА СВОЙСТВА МЕЛКОЗЕРНИСТОГО БЕТОНА
А. Ф. Косач, Н. А. Гутарева, И. Н. Кузнецова, П. Ю. Шары п ов
Аннотация. В статье, исследованы закономерности влияния СНВ-добавки и ультразвукового воздействия на физико-механические свойства мелкозернистого бетона на портландцементе. Представлена раздельная технология производства бетона.
Ключевые слова: мелкозернистые
производства бетона, СНВ-добавка.
Введение
Добавки к бетону с п особствуют п оявлению новых видов бетона (фибрин и фибробетон, сталефибробетон), новых инновационных технологий, реализовать которые без добавок к бетону поп росту невозможно. Сп ектр п редлагаемых добавок в бетон широк и п остоянно п о п олняется все новыми и новыми позициями, а технология их п риготовления, точность добавления и дозировки остается в узком п онимании.
Основная часть
С целью создания более совершенной технологии п олучения модифицированных бетонов, проводились экспериментальные исследования, рассматривалась технология п риготовления водных растворов различной консистенции СНВ-добавки и оп ределение
о п тимального значения содержания добавки в водном растворе, для получения максимальных физико-механических
показателей бетона.
Гидратационные процессы клинкерных минералов также в значительной степени зависят от темп ературы и времени твердения, тонкости п омола цемента, щелочности жидкой фазы цементного камня, вида и количества добавок и др. Физико-химические процессы образования продуктов гидратации, создание структуры и ее разрушение с п оследующим «залечиванием» - это типичные формы п роцессов, п роходящие на атомномолекулярном уровне [3].
бетонные смеси, раздельная технология
В данной работе о п ределены п оказатели прочности п ри изгиб и сжатии, средней плотности и морозостойкость. Физикомеханические п оказатели определялись в соответствии со стандартной методикой, установленной ГОСТ.
Для исследования в работе были использованы традиционные материалы, применяемые в п роизводстве мелкозернистых бетонов (п ортландцемент; песок кварцевый; вода, СНВ-добавка; СНВ-смола
нейтрализованная воздухововлекающая)
Смола нейтрализованная
воздухововлекающая (СНВ) широко применяется в строительной индустрии в качестве добавки в бетон при строительстве конструкций и сооружений с особыми требованиями по долговечности и морозостойкости.
СНВ вводится в бетонную смесь в виде заранее п риготовленного водного раствора, концентрация которого, как п равило не должна п ревышать 5 %. Вовлеченный с помощью смолы нейтрализованной
воздухововлекающей воздух формирует в структуре бетона систему мелких,
геометрически правильных, замкнутых пор и исключающих возможность образования кап илляров, в цементном камне.
Характеристика п ор п редставлена в таблице 1.
Таблица 1 - Классификация цементного камня п о размерам [5]
Радиус пор, мкм Автор
10 1 0,1 0,01 0,001
Макрокапилляры Микрокапилляры А. В. Шейкин
Кру п ные поры Средние поры Микро п оры М. М. Дубинин
Капиллярные макропоры Переходные поры Микропоры А. В. Волженский
Крупные п оры Ка п иллярные п оры Микрокапилляры Гелевые п оры Ю. М. Бутт
Капиллярные п оры Контракционные поры Поры геля Г. И. Горчаков
Предлагаемая технология п риготовления бетонной смеси осуществляется в 3 стадии: На первой стадии отдозированные ком п оненты воды, цемента, п еска и водного раствора добавки поступает в смеситель-активатор, п еремешивается до однородной массы цементно-п есчаной суспензии. На второй стадии технологической схемы активированная цементно- песчаная суспензии поступает в горизонтальный смеситель п ринудительного перемешивания. Третья стадия включает в себя укладку бетонной смеси в стандартные формы.
С учетом процессов, п ротекающих в твердеющей бетонной смеси многими исследователями отмечалось изменение конечных показателей за счет различных физико-химических и механических воздействий на бетонную смесь. в п ериод перехода от формирования к упрочнению структуры бетона необходимо осуществлять механические воздействия на бетонную смесь [1,3,4,6,7].
За счет уменьшения степ ени отрицательного влияния процессов контракции, седиментации, те п ловыделения и миграции влаги п роисходит оптимальный прирост прочности, вследствие частичного устранения дефектов структуры.
Результаты исследования процессов структурообразования мелкозернистой
бетонной смеси, п олученные ультразвуковым сп особом показали, что п реимущество данного сп особа заключается в том, что он более чувствителен к п ротекающим п роцессам, и можно исследовать кинетику формирования структуры любой цементной системы: цементного теста, мелкозернистой бетонной смеси.
Определяя начало и конец
коагуляционного п ериода исп ользовалось два сп особа: изменения скорости ультразвука Уу/3 и пластической прочности Рт . Скорость п рохождения ультразвука в мелкозернистой смеси определялась по методике,
п редложенной Г. И. Горчаковым, Л. А. Алимовым, В. В. Ворониным, А. В.
Весь комплекс физико-механических п роцессов, протекающих п ри
структурообразовании бетонов, может быть наиболее полно охарактеризован кинетикой нарастания пластической прочности и п рохождения ультразвуковых импульсов (рис. 1.).
Рис. 1. Кинетика изменения скорости ультразвука Уу/3, п ластической п рочности РП1 и температуры № в период структурообразования цементного теста(бетона)
Рассмотрено 2 варианта п риготовления мелкозернистого бетона с п рименением смесителя - активатора (СБ-50Ц), кавитатора-активатора, горизонтального смесителя п ринудительного п еремешивания и ультразвуковых воздействий:
1 Вариант (активация) -от дозированных
осуществляется в 4 стадии:
На первой стадии компоненты воды, цемента, поступает в
Перемешивание
п еремешивание компонентов
отдозированные песка и добавки смеситель-активатор. осуществляется до
однородной массы цементно-п есчанои сусп ензии в течении 90 с.
На второ- стадии приготовление цементно-песчаноИ суспензии производиться в кавитаторе-активатор, где п роисходят п роцессы обогащения зерен п еска и цемента. В зависимости от расстояния между решетчатым ротором и статором п олучаем 4 различных варианта акгивации (без активации; 1,0-1,5мм; 0,5-1,0мм; 0,1-0,5мм).
На третеИ стадии технологической схемы активированная цементно- песчаная суспензии поступает в горизонтальны-смеситель п ринудительного п еремешивания с частотой вращения 40 мин-1.
Четверная стадия включает уплотнение продуктов гидратация под воздействием ультразвукового воздействия в начале и конце коагуляционного п ериода.
2 Вариант (сухая активация) -п еремешивание от дозированных
компонентов осуществляется в 3 стадии:
На п ервой стадии цемент и п есок п оступ ают в кавитатор-активатор для получения активированной цементно-
песчаной суспензии. В зависимости от расстояния между решетчатым ротором и статором получаем 4 различных продукта активации(без активации; 1,0-1,5мм; 0,51,0мм; 0,1-0,5мм).
На второй стадии технологической схемы активированные продукты, вода и добавка п оступ ают в горизонтальный смеситель принудительного п еремешивания.
Третья стадия включает у п лотнение продуктов гидратация п од воздействием ультразвукового воздействия в начале и конце коагуляционного п ериода.
В результате приведенная оптимизация технологических п араметров цементных и цементно-п есчаных суспензий в
гидродинамических и ультразвуковых установках в период гидратации и структурообразования цементных систем, приводит к увеличению объема химически активной коагуляционной среды и её уплотнению.
Оптимальное содержание СНВ- добавки при ультразвуковых воздействиях снизилось с
0,04 % до 0,025 %, без потерь в физикомеханических п оказателях. При п овышенных дозировках более 0,05 % концентрации
водного раствора наблюдалось понижение прочности бетона. График о п тимального содержания добавки п редставлен на рис. 2.
концентрация добавки
Рис. 2. График о птимального содержания добавки
----------традиционная технология
..........технология с активированной добавкой
На образцах бетона первоИ партии о п ределяли среднюю п лотность и прочность и на второ- партии образцов определяли физико- механические характеристики при
влияние ультразвуковых воздействия на водныИ раствор СНВ-добавки. Полученные результаты п риведены в таблице 2.
Таблица 2 - Физико-механические п оказатели мелкозернистого бетона
Показатель Без активаци и Кавитационная активация цементного теста (расстояние между решетчатыми ротором и статором, мм)
1,0-1,5 | 0,5-1,0 | 0,1-0,5
Период ультразвуковоИ активации цементного теста в коагуляционныИ п ериод( п родолжительностью 20 минут)
начало конец начало конец начало конец
Прочность п ри изгибе, ^изг (МПа) 4,55 5,07 5,34 5,38 5,52 5,6 5,89
Прочность при сжатии, Рсж(МПа) 38,1 42,4 45,3 44,8 46,5 46,7 49,6
Средняя плотность, Рср (кг/м3) 2300 2185 2249,4 2263,4 2323 2402,4 2398,9
Общая п ористость, П(%) 3,9 3,71 3,49 3,61 3,41 3,46 3,28
Приведенная прочность на сжатие, ^сж/ рср 1,69 1,7 1 1,55 1,6 1,47 1,44 1,37
Заключени е
Результаты проводимых исследовании показывают значительное увеличение прочности, морозостойкости, долговечности, водоне п роницаемости, со противления
агрессивным средам бетонов с п рименением смолы неИтрализованноИ
воздухововлекающеИ.
При концентрации 0,04 % водного
раствора и активации его в ультразвуковоИ установке, физико-механические
характеристики увеличились на 10-17 %, сокращает расход цемента на 15 %.
относительно показателеИ без активации добавки.
Ультразвуковая активация цементного теста в начале коагуляционного п ериода увеличивает физико-механические
показатели на 8-15 %, а ультразвуковая активация цементного теста в конце коагуляционного периода увеличивает физико-механические п оказатели до 20 %.
Кавитационная активация увеличивает прочностные характеристики при расстояние между решетчатым ротором и статором, мм: 1,0-1,5; 0,5-1,0; 0,1- 0,5 соответственно на 7 %; 15%; 20,1 %.
КавитационноИ и ультразвуковоИ активации цементно-п есчаных сусп ензиИ физико-механические показатели
увеличиваются на 15-30 %.
Б и бли ографи чески й сп и сок
1. Чернышев Е. М. У п равление п роцессами технологии, структуроИ и своИствами бетонов / Е. М. Чернышов, Е. И. Шмитько // Воронеж: ВГАСУ, 2002. -С.344.
2. К. А. Бисенов, С. С. Удербаев. Нанотехнология в технологии активации вяжущего вещества// ДеИствие электромагнитных п олеИ на пластичность и прочность материалов. - Мат-лы VII Межд. конф. - Воронеж: ГОУВПО «ВоронежскиИ государственныИ техническиИ университет», 2007. 4.1. С. 137-141
3. Алексеев, А. А. Химические и
электрофизические методы активации
минеральных вяжущих и цементных сус п ензиИ. / Д. В. Хонин, А. Н. Кузугашев, Д. В. Ромашкин, Д. С. Тимошина // Материалы 55-И научно-техническоИ конференции студентов и молодых ученых. Томск: Изд-во Том. гос. архит.- строит, ун-та, 2009. - С. 315.
4. Кондращенко В. И. Роль за п олнителеИ в
обесп ечении долговечности бетонов //
Комп озитные материалы для бетона: Донб.: ДАБА, 2004. -С.7.
5. Королев А. С. Управление
водонепроницаемостью цементных композитов путем на правленного уплотнения гидратноИ структуры цементного камня: монография / А. С. Королев Челябинск: Изд-во ЮРГГУ, 2008. - 148 с.
6. Косач А. Ф., Кузнецова И. Н., Ращу п кина М. А. Влияние минералогического состава цемента на те пло п роводность цементного камня // Известия вузов. Строительство. - 2009. - № 8.
7. Прокоп ец В. С., Галдина В. Д., Подрез Г. А. О птимизация реце птурных и технологических факторов при изготовлении битумоминеральных комп озициИ на п ористом за п олнителе // Вестник СибАДИ, вы п уск 2 (24), 2012. С 57-64.
INFLUENCE OF THE СНВ-ADDITIVE ON PROPERTIES OF FINE-GRAINED CONCRETE
A. F. Kosach, N. A. Gutareva,
I. N. Kuznetsova, P. Y. Sharypov
In clause, laws of influence of the CHB-additive and ultrasonic influence on physicomechanical properties of fine-grained concrete on портландцементе are investigated. The separate Manufactures technology of concrete is presented.
Косач Анатолий Федорович - доктор технических наук, профессор кафедры
«Строительные конструкции Югорского государственного университета (ЮГУ), г. Ханты-Мансийск. А_Козас8@идгази. ги
Гутарева Наталья Анатольевна -аспирантка Югорского государственного университета (ЮГУ), г. Ханты-Мансийск.
Кузнецова Ирина Николаевна - кандидат технических наук, доцент кафедры «Городское строительство и хозяйство? СибАдИ.
Шарыпов Павел Юрьевич - аспирант Югорского государственного университета (ЮГУ), г. Ханты-Мансийск.
УДК 691. 2
ПАРАМЕТРИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ПРОЧНОСТИ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ НА ПРИМЕРЕ ЦЕМЕНТОГРУНТА
В. С. Проко п ец, Е. Н. Дмитренко, Л. В. Поморова
Аннотация. В работе показан расчётный метод определения прочности получаемых на основе грунтов композиционных материалов. Приведён пример расчёта необходимой у цементогрунта степени дисперсности грунтового заполнителя и способ её регулирования.
Ключевые слова: прочность, пористость, однородность, активность вяжущего, удельная поверхность, измельчение в дезинтеграторе.
О качестве материалов, изготовленных на основе грунтов, судят п о их физикомеханическим своИствам, которые о п ределяются продолжительностью их сроков твердения. Сте п ень однородности материала по прочности является функциеИ многих п араллельно п ротекающих п роцессов,
которые и обуславливают образование структуры тоИ или иноИ сте п ени стабильности. К таким п роцессам относят [1]: начальную степень упаковки минерального остова; адгезионно-когезионные своИства
омоноличивающих фаз; скорость
отверждения вяжущего комп онента. В свою очередь, каждыИ из п еречисленных процессов зависит от многих рецептурнотехнологических факторов.
В то же время из работ [2, 3 и 4] можно заключить, что для материалов на основе грунтов наиболее важным является начальныИ порядок упаковки минерального остова, т.е. характер расп ределения пор и микроагрегатов, площади контактов и силы сце пления между грунтовыми частицами
Прочность R твёрдых тел в зависимости от их п ористости выражается зависимостью вида [1]
R=f(nn), (1)
где П - п ористость, а п оказатель сте п ени п может колебаться от 3 до 6.
Решение выражения (1) даёт математическое описание зависимости прочности R материала от размера грунтовых агрегатов в виде
R = R0d'1/m, (2)
где R 0 - п рочность укре плённых грунтов из агрегатов мельче 1 мм; 1 - диаметр агрегатов, мм; 1/т - п оказатель степ ени, характеризующий однородность
укреплённого грунта.
Из (2) видно, что чем меньше абсолютная величина 1/т, тем больше прочность укреплённого грунта, то есть прочность данного вида материалов в меньшей сте п ени зависит от размера агрегатов, а в большей -от его однородности. Следовательно зависимость (2) не отражает в полной мере сущности п роцесса формирования структуры этих материалов.
