Бетоны на мелком песке и наполненном цементе тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.23.05, кандидат технических наук Гаврилов, Александр Витальевич

Оглавление диссертации кандидат технических наук Гаврилов, Александр Витальевич

Глава 1. Научное обоснование цели и задач исследований 9 Глава 2. Анализ прочностных показателей бетонов на мелких песках,

выпускаемых на заводах Ростовской области

2.1 Характеристика материалов применяемых на заводах

2.2 Определение расхода цементов при подборе состава бетонов

2.3 Статистический анализ прочности бетона по контрольным образцам

2.4 Выводы по главе 2 58 Глава 3. Материалы, образцы и методы лабораторных испытаний

3.1 Мелкодисперсные минеральные добавки

3.2 Вяжущее, заполнители и образцы

3.3 Стандарты, методы и оборудование 72 Глава 4. Исследование свойств цементного теста и цементного камня с мелкодисперсными минеральными добавками

4.1 Расчет соотношения размеров частиц в полидисперсных структурах, как первый шаг к оптимизации вяжущего

4.2 Водотвердое и водоцементое отношение в цементном тесте с дисперсными минеральными добавками

4.3 Прочность цементного камня, содержащего минеральные добавки

4.4 Выводы по главе 4 118 Глава 5. Исследование свойств бетонов на мелком песке и наполненном 120 цементе

5.1 Подбор состава равноподвижных бетонных смесей

5.2 Физико-механические свойства бетонов на цементе, содержащем минеральные добавки

5.2.1 Прочность и трещиностойкость бетона

5.2.2 Структура бетона

5.2.3 Водонепронецаемость бетона

5.2.4 Морозостойкость бетона

5.3 Выводы по главе 5 136 Глава 6. Рекомендации по технологии изготовления бетона на мелких

песках и наполненном цементе

6.1 Общие рекомендации

6.2 Свойства бетонов на наполненном цементе, полученных в производственных условиях 139 Общие выводы 141 Литература 143 Приложения - акт внедрения

Рекомендованный список диссертаций по специальности «Строительные материалы и изделия», 05.23.05 шифр ВАК

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Бетоны на мелком песке и наполненном цементе»

Качество бетона в большей степени зависит от используемых материалов, свойства которых должны удовлетворять соответствующим государственным стандартам и техническим условиям, обеспечивать заданный класс прочности, морозостойкости и другие физико-механические характеристики бетона.

В тоже время среди общих геологических запасов песка в России достаточно большое количество месторождений мелких песков.

Использование мелкого песка приводит к уменьшению подвижности и удобоукладываемости бетонной смеси вследствие большой удельной поверхности мелких зерен. Мелкие пески ухудшают структуру бетона и снижают его долговечность. В связи с этим для получения бетонной смеси заданной подвижности и бетона заданного класса требуется повышенный расход цемента. Степень перерасхода цемента изменяется в достаточно широких пределах и может достигать 30-40%. Увеличение расхода цемента неизбежно приводит к росту цен на бетонные и железобетонные изделия и конструкции.

Проведенный в данной работе анализ показал, что на большинстве заводов Ростовской области используется песок с модулем крупности 1.0-1.3, что не позволяет получать бетон заданного класса при нормативном расходе цемента и требуется значительно увеличивать расход вяжущего для получения необходимой прочности бетонов.

Проблеме применения мелких песков в бетоне посвящены глубокие исследования ведущих научных школ России И.Н. Ахвердова, Ю.М. Баженова, О.В. Кунцевича, Н.В. Михайлова, В.М. Москвина, О.П. Мчедлова-Петросяна, П.Г. Комохова, П.А. Ребиндера, Б.Г. Скрамтаева, Б.Д. Тринкера, Ю.Д. Чистова, C.B. Шестоперова, А.Е. Шейкина и других российских ученых.

В результате выполненных исследований разработаны как методический подход к решению этой проблемы, так и конкретные рекомендации по применению мелких песков в бетоне и методам подбора состава бетона.

С целью уменьшения расхода цемента и повышения качества бетона при использовании мелких песков рекомендован ряд технологических приемов.

Мелкий песок может быть обогащен более крупными фракциями песка или высевками от дробления щебня. При этом повышается плотность упаковки его зерен и расход цемента может быть понижен. Весьма эффективным является введение в бетонную смесь на мелких песках поверхностно активных пластифицирующих добавок, снижающих расход воды и повышающих плотность бетона.

Для улучшения качества бетона на мелких песках разработаны методы механоактивации бетонных смесей, заключающиеся в виброперемешивании компонентов, поличастотном виброуплотнении бетонных смесей и виброштамповании, дополнительном помоле цемента и др.

Структурообразующую способность мелких песков предлагается повышать методами: механической активизации, заключающейся в промывке песка с последующей обработкой в дезинтеграторах и на бегунах; химической активации путем добавления каталитических веществ, увеличивающих активность цемента; термические, электрические и гидроэлектрические способы активации бетонных смесей на мелких песках.

Однако указанные технологические приемы являются достаточно энергоемкими и зачастую дополнительные затраты на энергоносители превышают по стоимости перерасход цемента.

Наиболее перспективным научным направлением является модификация цементной матрицы путем замены избыточного количества цемента дисперсными минеральными добавками-наполнителями, представляющими собой порошки различной минеральной природы,

получаемые из природного или техногенного сырья - золы, молотых шлаков, микрокремнезема и др.

Ю.М. Баженовым показано, что дальнейшее развитие цементных бетонов будет происходить в направлении применения все более тонких компонентов бетона и перехода к строительным композитам гидратационного твердения на основе ультрадисперсных компонентов и специальной технологии. При этом одной из задач строительного материаловедения является разработка научно обоснованных способов получения качественных бетонов на мелких песках путем наполнения или «разбавления» цементного камня.

В диссертационной работе поставлена задача исследовать, и научно обосновать возможность наполнения цемента дисперсными добавками с целью получения качественных бетонов на мелких пеках с нормативным расходом цемента.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА РАБОТЫ ЗАКЛЮЧАЕТСЯ В СЛЕДУЮЩЕМ.

Математическим анализом моделей двух- и трехкомпонентных дисперсных структур установлено, что при изготовлении бетонных смесей на мелких песках, имеющих большую удельную поверхность, при нормативном расходе цемента остается незаполненным 15-25% ее поверхности. Это приводит к образованию «сухих» контактов между частицами песка и снижению прочности бетона.

Теоретически обоснована и экспериментально подтверждена возможность изготовления бетона заданной прочности на мелком песке и с нормативным расходом цемента путем использования добавок-уплотнителей, увеличивающих объем вяжущего. Установлено, что добавки-уплотнители из тонкодисперсных минеральных частиц кварцевого песка, силикатного кирпича, золы и сажи (в количестве 20% от массы вяжущего) способствуют формированию более плотной мелкопористой структуры цементного камня и бетона, увеличению прочности, водонепроницаемости и морозостойкости.

Предложена добавка-уплотнитель фулеренного действия, состоящая из тонкодисперсного кварцевого песка и сажи, которая наиболее эффективно влияет на улучшение физико-механических свойств цементного камня и бетона. Теоретически обоснован механизм действия этой добавки, обусловленний совокупностью физико-химических процессов:

- диссоциация воды на протоны Н* и гидроксилы ОН";

- взаимодействие фулеренов сажи Сбо с протонами Н* с образованием гидрированных фулеренов СбоН60 или протонирование с образованием катионов СбоН60+;

- углубление реакций гидратации за счет повышения концентрации гидроксилов ОН" в жидкой фазе;

- взаимодействие катионов СбоНб0+ с отрицательными активными центрами;

- осаждение фулеренов Сбо на поверхности БЮг с образованием микрокристаллических алмазных пленок.

Практическое значение диссертационной работы заключается в получении бетона заданной прочности на мелких песках (Мкр 1,0-1,2) при нормативном расходе цемента.

НА ЗАЩИТУ ВЫНОСЯТСЯ:

- модельно-математическое обоснование количественного наполнения цемента с тонкодисперсной добавкой для получения равноповерхностного соотношения между вяжущим и мелким песком, имеющим большую удельную поверхность;

- теоретическое обоснование выбора для модифицированного вяжущего тонкодисперсных минеральных добавок различного химико-минералогического состава по механизму их влиянию на структуру и свойства цементного камня;

- результаты исследования физико-механических свойств цементного камня и бетона, изготовленных на комплексном вяжущем из цемента и тонкодисперсной минеральной добавки;

- состав добавки уплотнителя фулеренного действия из тонкодисперсного песка и сажи с теоретическим обоснованием физико-химических процессов ее воздействия на структуру и прочность цементного камня;

- рекомендации по изготовлению бетонов заданной прочности на мелких песках с нормативным расходом цемента при условии его наполнения тонкодисперсными минеральными добавками-уплотнителями.