Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
31
КИЇВСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ
БУДІВНИЦТВА І АРХІТЕКТУРИ
ЩЕРБИНА лАРИСА ВОЛОДИМИРІВНА
УДК 666.972.5
ГЕНЕЗИС СТРУКТУРИ І ВЛАСТИВОСТЕЙ ШЛАКОЛУЖНИХ
ЦЕМЕНТІВ І БЕТОНІВ В УМОВАХ ЦИКЛІЧНИХ ЗМІН
ВОЛОГОСТІ І ТЕМПЕРАТУРИ
05.23.05 –Будівельні матеріали та вироби
Автореферат
дисертації на здобуття наукового ступеня
кандидата технічних наук
Київ –
Дисертацією є рукопис.
Робота виконана в Державному Науково-дослідному інституті в'яжучих речовин і матеріалів ім. В.Д. Глуховського Київського національного університету будівництва і архітектури.
|
Науковий керівник - |
доктор технічних наук, професор Павло Васильович Кривенко, Державний науково-дослідний інститут вяжучих речовин і матеріалів ім. В.Д. Глуховського при Київському національному університеті будівництва і архітектури, директор |
|
Офіційні опоненти - |
доктор технічних наук, професор Дерев’янко Віктор Миколайович Придніпровська державна академія будівництва та архітектури, професор кафедри технології будівельних матеріалів, виробів та конструкцій, м. Дніпропетровськ |
|
– |
кандидат технічних наук, старший науковий співробітник Червяков Юрій Миколайович, Український науково-дослідний і проектно-конструкторський інститут будівельних матеріалів та виробів, заступник директора з наукової роботи |
|
Провідна установа - |
Донбаська державна академія будівництва та архітектури, кафедра технологій будівельних матеріалів, виробів та автомобільних доріг, Міністерство освіти і науки України, м.Макіївка |
Захист відбудеться “ ”жовтня 2006 р. о год. на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.056.05 “Основи і фундаменти. Будівельні матеріали та вироби”Київського національного університету будівництва і архітектури за адресою: 03037, м. Київ-37, Повітрофлотський проспект, 31.
З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Київського національного університету будівництва і архітектури за адресою: 03037, м. Київ-37, Повітрофлотський проспект, 31.
Автореферат розіслано “______”вересня 2006 р.
Вчений секретар
спеціалізованої вченої ради
к. т. н. Г.Р. Блажіс
ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ
Актуальність теми. На сьогодні однією з найважливіших задач в галузі експлуатації виробів і конструкцій з бетону та залізобетону є підвищення їхньої надійності й довговічності. Одним зі шляхів вирішення цієї задачі повинно бути забезпечення проектних показників міцнісних характеристик і вимог щодо тріщіностійкості, забезпечення стабільності лінійних розмірів виробів і конструкцій на всіх етапах експлуатації незалежно від атмосферних впливів. Тому вирішення питання стабільності властивостей бетонів у період експлуатації є актуальною задачею.
Фундаментальні дослідження вчених НДІВМ в галузі направленого формування структури і властивостей шлаколужних цементів і бетонів дозволили значно розширити зону застосування цих матеріалів у різних галузях будівництва і промисловості. Найбільш переконливим доказом ефективності та перспективності бетонів на основі шлаколужних цементів є більш ніж 45 річний досвід їх застосування й експлуатації в конструкціях та спорудах різного призначення. Особливо наочно підтвердилася висока довговічність таких виробів і конструкцій при експлуатації їх в екстремальних умовах.
Однак, незважаючи на позитивні результати спостережень за численними конструкціями зі шлаколужного бетону, одним зі стримуючих факторів більш широкого їх впровадження у виробництво є недостатня і суперечлива інформація про зміну міцності на розтяг при згині, і деформаційних характеристик шлаколужного штучного каменю у часі, при змінних повітряно-вологих умовах експлуатації.
Тому розробка методів, що дозволяють одержувати шлаколужні бетони з високими і стабільними експлуатаційними характеристиками, особливо в умовах змінного вологопереносу, є актуальною і вимагає обов'язкового вирішення для широкомасштабного їх виробництва й застосування.
Аналіз інформації про вплив структурних характеристик в'яжучих систем, що твердіють, на властивості штучного каменю, а також про способи направленого формування структури і властивостей шлаколужних цементів дозволяє висунути гіпотезу про можливість одержання шлаколужних бетонів з високою стабільністю властивостей при експлуатації у змінних температурно-вологісних умовах навколишнього середовища за рахунок оптимізації співвідношення в структурі штучного каменю гідратних фаз силікатного й алюмосилікатного складу і ступеня упорядкування їх структури, а також оптимізації характеру розподілу пор у поровому просторі шляхом введення у в'яжучу систему органо-мінеральної добавки на основі термоактивованого цеоліту й петролатуму.
Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Робота виконана відповідно до держбюджетних тем Міністерства освіти і науки України 31 ДБ-90 “Розробка і дослідно-промислове впровадження шлаколужних бетонів для корпусних деталей верстатів” (1990–р., № державної реєстрації 01900066101), 5 ДБ–“Розробка наукових основ направленого формування структури цементного каменю і бетону підвищеної вогнестійкості на основі лужного портландцементу” (2003–р., № державної реєстрації 0103U000988) і з госпдоговірною темою № 88–“Розробка шлаколужних бетонів для корпусних деталей верстатів” (1988–р.). У представлених роботах здобувач виконував експериментальну частину й обробку отриманих результатів.
Мета і задачі дослідження. Метою дисертаційної роботи є розробка методів направленого формування мікроструктури цементної матриці на основі шлаколужних в'яжучих систем для виробництва шлаколужних бетонів зі стабільними властивостями при експлуатації в умовах циклічних змін температури і вологості навколишнього середовища.
Для досягнення поставленої мети необхідно було вирішити наступні задачі:
–встановити взаємозв'язок між стабільністю властивостей і формуванням структури штучного каменю в умовах циклічних змін вологості та температури;
–дослідити закономірності процесів формування структури і властивостей шлаколужних в'яжучих у присутності модифікуючих добавок на основі природного й термоактивованого цеоліту та петролатуму;
–розробити й оптимізувати склади модифікованих шлаколужних цементів і бетонів на їх основі з заданими характеристиками у змінних температурно-вологісних умовах;
дослідити зміну властивостей розроблених бетонів у часі;
здійснити дослідно-промислову перевірку технологічності розроблених бетонів і визначити їхні властивості й ефективність при експлуатації.
Об'єктом досліджень є процеси направленого формування мікроструктури шлаколужних в'яжучих систем і бетонів при зміні вологісних умов.
Предметом досліджень є бетони зі стабільними властивостями в умовах циклічних змін температури і вологості навколишнього середовища.
Методи досліджень. Експериментальні дослідження виконано з застосуванням сучасних методів фізико-хімічного аналізу: диференційно-термічного, рентгенофазового й електронної мікроскопії. Визначення фізикомеханічних і деформаційних характеристик проведено за традиційними методиками згідно з діючими нормативними документами. Розрахунок і оптимізацію складів в'яжучих і бетонів проведено з застосуванням математичних методів планування експерименту.
Наукова новизна отриманих результатів:
–встановлено механізм стабілізації фізико–механічних властивостей шлаколужного цементного каменю в умовах перемінного зволоження та висушування, який полягає в направленому перерозподілі співвідношення гелєвидних та кристалічних новоутворень при формуванні структури твердіючих в'яжучих в напрямку підвищення ступеня кристалізації гідратних фаз цеолітової структури та зміни порового простору в напрямку формування пор з ефективним радіусом 2– нм;
–розроблено спосіб регулювання деформацій усадки–набухання шлаколужного цементного каменю шляхом введення у в'яжучу систему добавки емульсії петролатуму, що забезпечує кольматацію капілярних пор за рахунок синтезу в поровому просторі органомінеральних сполук та зміни морфології синтезованих гідратних силікатних фаз в напрямку формування гольчастих структур;
–розроблено принципи стабілізації структури і властивостей штучного каменю на основі шлаколужних в'яжучих систем у змінних повітряно-вологих умовах шляхом введення до складу в'яжучих комплексної органомінеральної добавки на основі термоактивованої цеолітової породи та емульсії петролатуму, що забезпечує синтез дрібнокристалічних новоутворень, які щільно заповнюють цементну матрицю, фазовий склад якої представлено поряд з низькоосновними гідросилікатами кальцію, анальцимом, натролітом, ватерітом і змішаними натрій–кальцієвими сполуками складу (Na,Ca)AlSiO6HO, а поровий простір характеризується ромбоедричними порами з високою регулярністю розподілу їх в об'ємі.
Практичне значення отриманих результатів:
–розроблено й оптимізовано склади модифікованих шлаколужних в'яжучих, котрі характеризуються високою стабільністю властивостей у змінних повітряновологісних умовах: максимальне падіння міцності на розтяг при згині становить не більше 18–% від проектної (з 10,5 до 8,7 МПа), в той час як у бездобавочних в'яжучих цей показник досягає 60% (з 11,0 до 6,2 МПа); відносні деформації усадки знижуються в два рази з 1,6.10-4 відн. од. у бездобавочних складів до 0,8.10-4 відн. од. у складів з комплексною органо-мінеральною добавкою;
розроблено високоміцні шлаколужні бетони (Rm = 90100 МПа) з низькими значеннями вологісної усадки (sh.10 = 25,63 32,5 відн. од.);
досліджено основні характеристики бетонів і визначена ефективність їх використання в дорожньому будівництві та конструкціях, які піддаються циклічному впливу вологи, у тому числі для гідротехнічних споруд.
Розроблені шлаколужні бетони пройшли експлуатаційну перевірку при виробництві бетонних станин гнучкого технологічного модуля для обробки прецизійних поверхонь і верстатів для прецизійного різання які експлуатувались в умовах НДІЕПМ КНПО “Маяк”, а також при виготовленні елементів зміцнення конусу шафової стінки підвалини при проведенні ремонтновідбудовних робіт на об'єкті “Арковий металевий міст”(р. Старий Дніпро, м.Запоріжжя) та ділянки підпірної стіни при реконструкції вул. Космічної в м.Запоріжжі. Отримані у виробничих умовах бетони характеризувалися міцністю при стиску 98,0 МПа, призмовою міцністю 90,6 МПа, міцністю на розтяг при згині 7,8 МПа і модулем пружності 36,9·10МПа відразу після ТВО (пропарювання). Після 2х років спостереження характеристики зразків, що зберігалися в умовах роботи конструкцій, показали такі зміни властивостей: міцність при стиску 110,2 МПа, призмова міцність 93,8 МПа, міцність на розтяг при згині 7,3 МПа і модуль пружності 37,8·10МПа. Економічний ефект, що очікується від впровадження розробки, з урахуванням подовження терміну служби до першого капітального ремонту за рахунок поліпшення експлуатаційних показників, склав 181,29 грн. на 1м виробів.
Особистий внесок здобувача в наукові праці полягає у виконанні експериментальних досліджень, обробці отриманих результатів і впровадженні результатів роботи у виробництво. Особистий внесок здобувача в наукові праці:
–досліджено можливість використання полімерів (олігомерів) для просочення шлаколужних бетонів з метою підвищення стабільності їх властивостей [1];
–встановлено й досліджено ефект стабілізації характеристик міцності та деформування шлаколужних в'яжучих, модифікованих органічними добавками (емульсією петролатуму) [2];
–встановлено і досліджено підвищення довговічності шлаколужних бетонів шляхом введення добавки термоактивованого цеоліту та петролатуму [3];
–на підставі аналізу кінетики зміни характеристик міцності й деформування шлаколужних в'яжучих, модифікованих емульсією петролатуму, розглянуто можливість їхнього використання для виготовлення корпусних деталей верстатів [4];
–досліджено можливість комплексного використання цеолітової породи й емульсії петролатуму як добавки до шлаколужної в'яжучої речовини з метою підвищення стабільності фізико-механічних характеристик штучного каменю в умовах циклічного впливу вологи [5];
– експериментально підтверджено можливість використання модифікованих шлаколужних в'яжучих і бетонів для виготовлення корпусних деталей верстатів [6];
–досліджено взаємозв'язок між видом і кількістю органічної добавки у складі шлаколужних в'яжучих і бетонів та фізико-технічними властивостями отриманих модифікованих матеріалів [7];
–досліджено підвищення стабільності фізико-механічних і гідрофізичних властивостей композиційних матеріалів на основі високоміцних шлаколужних в'яжучих і органічних добавок [8];
–досліджено процеси управління мікропоровою структурою високоміцного шлаколужного в'яжучого шляхом введення до його складу цеолітової породи й органічної добавки петролатума [9];
–досліджено ефект стабілізації фізико-механічних і деформаційних характеристик шлаколужних бетонів при їх експлуатації в різних повітряно-вологісних умовах [10];
–досліджено шляхи зміни порової структури високоміцних шлаколужних в'яжучих і бетонів з метою підвищення атмосферостійкості штучного каменю [11];
–розглянуто процеси гідратаційно-дегідраційного структуроутворення шлаколужних в'яжучих, модифікованих цеолітовою породою й емульсією петролатуму [12];
–розглянуто взаємозв'язок між складом важкого шлаколужного бетону на основі модифікованих в'яжучих і кінетикою зміни характеристик міцності й деформування матеріалу при зміні повітряно-вологісних умов експлуатації [13];
–з використанням математичних методів планування експерименту проведено оптимізацію складу важкого шлаколужного модифікованого бетону з урахуванням ущільнення заповнювачів і визначення їхнього оптимального співвідношення, що дає мінімальну пустотність [14].
Апробація результатів дисертації
Основні положення дисертаційної роботи були висвітлені на 51 і 52 науковопрактичних конференціях професорськовикладацького складу, аспірантів і студентів КІБІ (1990, 1991р.), 3й Всесоюзній науковопрактичній конференції “Шлаколужні цементи, бетони і конструкції” (Київ, КІБІ, 1989р.), XXII Міжнародній конференції в області бетону і залізобетону (Іркутськ, НДІЗБ, 1990р.), XXIII Міжнародній конференції в області бетону і залізобетону (ВолгБалт, НДІЗБ, 1991р.), 6й національній конференції “Механіка і технологія композиційних матеріалів (Софія, 1991р.), науковотехнічній конференції “Прогресивні будівельні матеріали і вироби на основі використання природної і техногенної сировини” (СанктПетербург, 1992р.), I міжнародній конференції “Alkaline Cements and Concretes” (Київ, ДНДІВМ, 1994р.), науковопрактичній конференції “Новітні технології діагностики, ремонту і відновлення об'єктів будівництва і транспорту” (Крим 2003р.), науковопрактичному семінарі “Структура, властивості і склад бетону” (Рівне, 2003р.).
Публікації
З теми дисертації опубліковано 16 друкованих праць, у тому числі 3 публікації –у наукових фахових виданнях, 6 –у збірниках і журналах, 5 –тези доповідей на вітчизняних і міжнародних конференціях і семінарах і 2 –у бюллетнях відкриттів і винаходів.
Структура і обсяг дисертації. Повний обсяг дисертації становить 177 сторінок. Основна частина роботи викладена на 125 сторінках та складається зі вступу, п'яти розділів, висновків і містить 22 таблиці та 37 рисунків. Крім основної частини дисертація включає список використаних літературних джерел зі 159 найменувань та 9 додатків.
ЗМІСТ РОБОТИ
В вступі обґрунтовано актуальність дисертації, сформульовані основна мета і задачі досліджень, зазначено найбільш важливі положення, закономірності, що отримані автором і мають наукову і практичну цінність.
У першому розділі на основі аналізу відомих праць О.Е. Шейкіна, Ю.М. Баженова, О.Я. Берга, Т.К. Пауерса, показано, що основним фактором, який дозволяє регулювати міцнісні характеристики штучного каменю, і особливо деформаційні властивості цементів і бетонів, є фактор направленого регулювання мікроструктури штучного каменю на стадії коагуляційно-кристалізаційних процесів, що забезпечують направлений синтез і швидкість кристалізації, а також морфологію гідратних фаз, обсяг порового простору, розмір пор і ступінь їхньої рівномірності в об'ємі штучного каменю.
Управління властивостями цементного каменю може реалізуватись у напрямку регулювання фазового складу продуктів гідратації, зміни співвідношення кристалічної і гелєвидної фаз, коригування порової структури. При цьому морфологія, пористість, щільність і хімічний склад –це взаємозалежні фактори, що визначають характер структури та властивості матеріалу.
У свою чергу будова і взаємозв'язок елементів мікроструктури цементного каменю, розмір і характер пор, співвідношення між фазовими складовими залежать від складу продуктів гідратації, що визначаються хіміко-мінералогічним складом вихідних в'яжучих речовин і кількістю води замішування, за умови дотримання оптимальної технології приготування й укладання бетонної суміші, часу і режиму тверднення.
Ці підходи дозволяють отримати цементи і бетони з високими експлуатаційними характеристиками. Однак для шлаколужних систем ці положення не знайшли реалізації в достатній мірі, що є стримуючим фактором більш широкого впровадження їх у виробництво. Недостатня і суперечлива інформація про зміну міцності на розтяг при згині і деформаційних характеристиках шлаколужного штучного каменю в часі, залежно від вологозмінних та температурних навантажень, не дозволяє належним чином прогнозувати стабільність властивостей шлаколужних бетонів.
Виходячи з аналізу інформації про вплив структурних характеристик в'яжучих систем, що твердіють, на властивості штучного каменю, а також про способи управління мікро- і макроструктурою цементів, у тому числі шлаколужних в'яжучих систем, дозволили висунути гіпотезу про можливість одержання шлаколужних в'яжучих і бетонів на їх основі з високою стабільністю властивостей в умовах циклічних змін вологості і температури навколишнього середовища за рахунок забезпечення в складі штучного каменю, що синтезується, оптимального співвідношення гідратних фаз гідросилікатного та гідроалюмосилікатного складу і ступеня упорядкованості їх структури за рахунок введення кристалічних затравок, а також оптимізації характеру і розміру пор у поровому просторі шляхом введення органічної добавки, що кольматує пори.
В другому розділі наведено характеристики сировинних матеріалів, використаних для виготовлення модифікованих шлаколужних в'яжучих і бетонів.
Як алюмосилікатний компонент шлаколужної в'яжучої речовини використовували доменний гранульований шлак Запорізького металургійного заводу (Мо=1,19).
Як лужний компонент в'яжучого використовували силікат натрію розчинний із силікатним модулем Мс=(1; 1,5; 2; 2,5), густиною ρ=1250; 1270; 1300кг/м.
Модифікування і коригування складів здійснювалися введенням до складу шлаколужної в'яжучої речовини мінеральної й органічної добавок.
Як мінеральну добавку використовували цеолітову породу Сокирницького родовища, представлену в основному анальцимом.
Як органічну добавку обрано петролатум, оскільки він має високу поверхневу активність та гідрофобні властивості.
Органічну добавку вводили до складу в'яжучих у вигляді емульсії, що являє собою систему “ олія-вода ”.
Для регулювання строків тужавлення шлаколужних в'яжучих застосовували уповільнювач –натрій щавелевокислий.
Для дослідження пористої структури цементного каменю на рівні мікро-і капілярних пор було використано метод ізотерм десорбції води.
Визначення фазового складу вихідних речовин і продуктів гідратації здійснювали за допомогою комплексу фізико-хімічних методів дослідження: рентгенофазового аналізу, ІЧС, ДТА, електронномікроскопічного та хімічного аналізів.
Стабільність властивостей в'яжучих і бетонів на їх основі оцінювали за динамікою та величиною змін фізико-механічних і деформаційних характеристик отриманих матеріалів при твердінні в перемінних температурних і вологісних умовах.
У третьому розділі представлено дослідження механізму стабілізації фізико–механічних властивостей шлаколужного цементного каменю в умовах змінного зволоження та висушування, який полягає в направленому перерозподілі співвідношення гелевидних та кристалічних новоутворень при формуванні структури твердіючих в'яжучих в напрямку підвищення закристалізованості синтезованих гідратних фаз цеолітової структури та зміни характеру порового простору з розвитком пор з ефективним радіусом 2– нм.
Дослідження шлаколужних в'яжучих показали, що чим вищі проектні міцнісні показники штучного каменю, тим більш значні їх коливання можуть спостерігатися при зміні умов експлуатації.
Для вивчення впливу вологості середовища експлуатації на міцнісні й деформаційні характеристики шлаколужного цементного каменю за базовий склад було прийнято склад в'яжучої речовини, що включає основний доменний гранульований шлак і рідинне натрієве скло.
Дослідження впливу цеолітової породи на процеси структуроутворення шлаколужного цементного каменю здійснювали на оптимізованих за міцнісними характеристиками складах в'яжучих композицій.
Дослідженнями встановлено, що оптимальна кількість цеолітової породи у складі в'яжучої речовини складає 10-12% від маси шлаку, при цьому найбільший ефект проявляється при термічній обробці цеолітів при температурі 750°С. Максимальні міцнісні характеристики в'яжучих отримані при використанні в якості лужного компонента розчинного силікату натрію з модулем Мс=2.
Аналіз впливу термоактивованої цеолітової породи на властивості в'яжучих проводили за результатами порівняння фізико-механічних і деформаційних характеристик модифікованого шлаколужного в'яжучого і в'яжучого без добавок.
Фізико-хімічні дослідження процесів структуроутворення шлаколужних цементів показали, що у присутності термоактивованої цеолітової породи склад новоутворень штучного каменю представлено підвищеним, порівняно з бездобавочним складом в'яжучих, вмістом гідратних сполук кристалічної структури, ідентифікованих як CSH(I), анальцимом, а також змішаними натрієво-кальцієвими гідроалюмосилікатами складу (Na,Ca)AlSiO6HO.
Такий напрямок процесів структуроутворення підтверджується результатами диференційно-термічного аналізу систем, що тверднуть. Про перерозподіл в гідратованій системі гелевидної та кристалічної фаз CSH складу, зміну морфології структуроутворюючих сполук гідросилікатного складу, яка пов'язана з підвищенням співвідношення Ca/Si, свідчать: переміщення в область знижених температур (з 143°C для бездобавочного складу на 120°C для складів з термоактивованою цеолітовою породою) на ДТА кривій ендотермічного максимуму, а також зміщення екзоефекту на ДТА кривій, який пов'язаний з утворенням волостаниту, в область підвищених температур (з 772°C для бездобавочного цементу на 790°C для модифікованого складу).
Наявність у системі, що твердне, кристалічних фаз цеолітного складу підтверджується ендоефектами на ДТА кривій в області температур 430°С та 600°С, характерних видаленню кристалізаційної і цеолітної води з натрієвих і змішаних натрієво-кальцієвих гідроалюмосилікатів.
Данні ІЧ-спектроскопії також підтверджують наявність у складі продуктів гідратації досліджуваної в'яжучої системи вищеописаних гідратних фаз. При цьому відзначене підвищення інтенсивності смуг поглинання при 870 см-1 в модифікованій в'яжучій системі, що характеризують утворення в продуктах твердіння підвищеної кількості натрієво-кальцієвих гідроалюмосилікатів субмікрокристалічної і кристалічної структури.
Характер зміни і загальне зменшення втрати маси на ТГ кривій гідратованої модифікованої системи, порівняно з бездобавочним цементом, свідчить про підвищення в складі штучного каменю кристалічних структуроутворюючих сполук і зниження в системі, що твердне, вільної кристалізаційної води, характерної для гідросилікатів кальцію. При цьому характер розвитку ТГ кривих свідчить про підвищення в модифікованих цементах кількості кристалізаційної і цеолітної води, характерних для цеолітових складових, що визначає підвищення ступеня упорядкування структури штучного каменю, щільності й міцності.
При введенні до складу шлаколужного в'яжучого термоактивованої цеолітової породи значно зменшується кількість пор з радіусом близько 1 нм, переважають пори з радіусом 2…11 нм. При цьому зі збільшенням радіуса пор розходження між їх розподілом у бездобавочному складі й у складі з добавкою термоактивованого цеоліту підсилюється, середній радіус часток глобулярної форми збільшується з 21 нм у бездобавочних складів до 32 нм у в'яжучих системах з добавкою цеоліту, що обумовлює зменшення питомої поверхні новоутворень штучного каменю з 58 м/г до 38 м/г, тобто підтверджує підвищення ступеня кристалізації.
Це дозволяє відзначити формування в штучному камені щільної регулярної структури. Про це також свідчить збіг значень середнього ефективного радіуса пор, отриманого сорбційним методом (13 нм) і методом капілярного просочення (7 нм). Щільність пакування гідратних новоутворень на мікрорівні відповідає гексогональній структурі порового простору з деформованими ромбоедричними порами. Це пов'язано з тим, що вода, адсорбована в тонких порах цеолітів, утримується досить міцно, і в той же час енергія зв'язку цієї води менше енергії гідратації. Інакше кажучи, наявність цеолітів відіграє роль “депо” води і забезпечує продовження гідратації і додаткового структуроутворення на пізніх стадіях, що призводить до організації більш мікропористої структури зі збільшеною кількістю контактів між частками.
Позитивний ефект введення термоактивованої цеолітової породи пояснюється її кристалохімічними особливостями. Зокрема, при гідратації досліджуваної в'яжучої композиції спостерігається редегідратація добавки, тобто майже повне відновлення структури тривимірних каркасних цеолітів NaO·AlO·(6÷10)·SiO· nHO, що ініціюють за рахунок прискорення катіонно–обмінних процесів кристалізацію з гелевої фази новоутворень каркасної структури. Отже, при введенні до складу в'яжучого термоактивованої цеолітової породи, прискорюється завершення гідратаційних і кристалізаційних процесів, підвищується щільність структури цементного каменю, який твердне, що й обумовлює відносну стабільність у часі його міцнісних і деформаційних характеристик порівняно з аналогічними показниками бездобавочної шлаколужної в'яжучої речовини.
Введення до складу цементу емульсії петролатуму також сприяє підвищенню упорядкування кристалізаційної структури, зменшенню в штучному камені кількості слабозв'язаної води в структурі гідросилікатів кальцію і перерозподілу пор за розмірами у напрямку підвищення кількості дрібних (менш 1 нм) пор.
Дослідження структуроутворюючих процесів шлаколужного цементу, модифікованого петролатумом, при його гідратації та твердненні в умовах ТВО показує, що, на відміну від бездобавочного цементу, у фазовому складі продуктів тверднення має місце синтез додаткової кількості кристалічної фази, ідентифікованої як CaCO, структура якого подібна до структури ватеріту. Причиною появи останньої є, очевидно, блокування найбільш активних граней гідросилікатів кальцію хемосорбуючими органічними молекулами, що у свою чергу призводить до зміни морфології гідросилікатів кальцію і розмірів їх кристалів. Це підтверджується зменшенням у модифікованих емульсією петролатуму цементах дифракційних характеристик, що характерні для гідросилікатів кальцію, і зміщенням їх в область підвищених міжплощинних відстаней на кривих РФА, а також зміщенням на кривій ДТА ендотермічних ефектів, характерних для гідросилікатів кальцію, в область знижених температур (140°C і 220°C для модифікованих петролатумом складів та 143°C і 230°C для бездобавочного цементу) і більш плавним характером екзотермічного ефекту при 780°C, характерного для псевдоволастоніту.
Введення до складу щлаколужного цементу добавки емульсії петролатуму сприяє підвищенню ступеня кристалізації цеолітних складових і змішаних натрієво-кальцієвих сполук, про що свідчить поява додаткових дифракційних максимумів на кривій РФА, характерних для сполук складу (Na,Ca)AlSiO6HO, d = (0,594; 0,425; 0,330; 0,287; 0,241; 0,165; 0,155 нм), а також максимумів, що відносяться до анальциму, d = (0,370; 0,359; 0,330; 0,273 нм).
На наявність вищеописаних сполук у структурі штучного каменю і підвищення ступеня їх кристалізації вказують також характеристики кривих ДТА і ТГ. Відзначено зміщення ендотермічного ефекту (t = 553°C та t = 720°C) в область підвищених температур, а на ТГ кривій відзначено значне зменшення втрати маси зразків в інтервалі температур 100–°C. Також на ІЧ-спектрі в'яжучого, модифікованого петролатумом, на відміну від спектра в'яжучого, що містить термоактивований цеоліт, відзначена поява смуги поглинання при 1419 см-1, що характеризує наявність карбонату кальцію волокнистої структури, ідентифікованого як ватеріт.
Зміщення на кривих ІЧС смуги поглинання, що характеризує наявність молекулярної води, в область підвищених частот (1633 см-1) свідчить про знижений вміст у досліджуваній системі адсорбованої води, а поява дуплету смуг поглинання при 2950 см-1 и 2850 см-1, відповідає коливанням –СН–груп, що свідчить про синтез у продуктах твердіння органосилікатных сполук, утворених внаслідок взаємодії петролатуму та гідратних мінеральних фаз.
Такий напрямок структуроутворення призводить до звуження функції розподілу пор за розмірами, що виявляється в значному зростанні кількості дрібних гелевих пор радіусом близько 1 нм за рахунок зменшення об'єму капілярів радіусом 2...5 нм і зменшення розподілу пор з радіусом 3...10 нм. Це можна пояснити адсорбцією полімеру на зернах шлаку та у поровом просторі.
При цьому у в'яжучому з добавкою петролатуму при твердненні в нормальних умовах транспорт вологи із системи гелевих пор радіусом 1 нм істотно ускладнений, що сприяє зменшенню вологісної усадки в два рази порівняно зі штучним каменем на основі бездобавочного складу.
Ефект дії емульсії петролатуму в такий спосіб можна пояснити протіканням фізико-механічних процесів, зокрема утворенням нерозчинних кальцієво-органічних сполук, і хімічною адсорбцією ізомеру на поверхні зерен шлаку й гідратних новоутворень. Це у свою чергу обумовлює створення дрібнокристалічної та тонкокапілярної бездефектної структури, що обумовлює високі фізико-механічні властивості й більш однорідну структуру шлаколужного в'яжучого з рівномірним розподілом внутрішніх напружень і, відповідно, гарантує стабільність міцнісних характеристик при зволоженні і висушуванні, а також зниження усадочних деформацій.
Найбільший ефект стабілізації міцнісних і деформаційних властивостей високоміцного штучного каменю досягається при одночасному введенні до складу шлаколужної в'яжучої речовини термоактивованої цеолітової породи й емульсії петролатуму.
За результатами проведених досліджень визначено, що оптимальний вміст мінеральної й органічної добавок відповідно складає: термоактивованої цеолітової породи –% від маси шлаку; емульсії петролатуму –% від маси шлаку.
Виявлено, що введення до складу шлаколужного цементу комплексної добавки сприяє поглибленню процесів гідратації шлаку, підвищенню ступеня кристалізації структуроутворюючих сполук і підвищенню основних будівельно-технічних характеристик штучного каменю.
При аналізі дифракційних характеристик штучного каменю на кривій РФА відзначається наявність чітко виражених дифракційних максимумів, характерних для кристалічних сполук з високим ступенем досконалості структури. При цьому ідентифікування новоутворень показує, що їх мінералогічний склад, переважно, представлений сполуками складу і структури анальциму (d = 0,389; 0,334; 0,291; 0,287; 0,248; 0,217 нм), натроліту (d = 0,655, 0,427, 0,389, 0,313, 0,268, 0,217 нм), змішаних натрієво-кальцієвих сполук складу (Na,Ca)AlSiO6HO (d = 0,594; 0,427; 330; 0,287; 0,164; 0,156 нм), карбонатом кальцію структури ватеріту (d = 0,359; 0,330; 0,273; 0,222; 0,1820; 0,156 нм), а гідросилікатна фаза представлена тоберморитоподібним гелем і слабко закристалізованими гідросилікатами складу СSH(II) (рис.1).
Це підтверджується даними ДТА і ТГ. Так, на кривій ДТА відзначено чіткі ендоефекти, що характерні для лужних і лужно-лужноземельних гідроалюмосилікатів, і ендоефект, що підтверджує утворення ватеріту, структура якого характеризується волокнистою будовою або скелетними формами агрегатів, які нагадують сніжинки. Про підвищений ступінь кристалізації структуроутворюючих сполук свідчить також характер кривої ТГ і низька загальна втрата маси штучного каменю в інтервалі температур 100-950°С.
Характер ІЧ-спектру і мікроскопічні дослідження також підтверджують формування в модифікованій комплексною добавкою в'яжучій системі, що твердне, зазначених гідратних фаз, а дослідження сорбційних характеристик шлаколужного цементного каменю показують наявність новоутворень щільної структури з високим ступенем регулярності та упорядкування (ефективний радіус пор визначений методом капілярного просочення та сорбційним методом практично співпадають і складають відповідно 12 та 11 нм).
Рис. 1 Рентгенограма штучного каменю на основі шлаколужного в'яжучого: 1 –без добавок; 2 –модифікованого термоактивованою цеолітовою породою й емульсією петролатуму.
При дослідженні порової структури цементного каменю на основі в'яжучого, що містить комплексну органо-мінеральну добавку, спостерігається деяке превалювання пор радіусами 5...10 нм порівняно з порами радіусом 1 нм і 2...5 нм. Для цього складу характерна відносно розширена функція розподілу пор за розмірами (рис.2).
Введення до складу шлаколужного в'яжучого добавок цеоліту й емульсії петролатуму дозволяє створити усередині самої системи, яка формується, більш “комфортні” умови гідратації і формування структури на мікро і макрорівнях, що забезпечують стабільність властивостей штучного каменю і високу стійкість до атмосферних впливів.
Четвертий розділ присвячено розробці складів і дослідженню властивостей важкого бетону на основі модифікованих в'яжучих речовин.
У дослідженнях при підборі складу бетону ставилося завдання одержати такі показники: міцність, яка дорівнює проектному класу бетону; жорсткість бетонної суміші, що створює належне ущільнення виробів або конструкцій; економічність, що полягає в можливо меншій витраті шлаку на одиницю об'єму бетону.
Рис. 2 Диференційні криві розподілу пор за розмірами у штучному камені на основі шлаколужного в'яжучого: а) без добавок; б) з добавкою термоактивованої цеолітової породи й емульсії петролатуму.
Оптимальне вирішення поставленого завдання можливе при підборі складу бетону з урахуванням ущільненості заповнювачів і визначення їх оптимального співвідношення, що створює мінімальну пустотність.
У даній роботі проектування складу важкого бетону здійснювали з урахуванням гранулометрії компонентів бетонної суміші відповідно до методики, розробленої І.О. Кириєнко.
Експериментальним шляхом визначали співвідношення щебеню двох фракцій і піску, що дає максимальне значення середньої густини в ущільненому стані й отже мінімальну пустотність суміші заповнювачів.
Для вивчення впливу розчинно-шлакового відношення в'яжучого і жорсткості бетонної суміші на міцнісні й деформаційні властивості досліджуваних бетонів було обрано трирівневий двофакторний план постановки експерименту.
Як змінні фактори було обрано розчинно–шлакове відношення цементного тіста для бетонної суміші та її жорсткість, яка регулюється зміною вмісту в'жучого в бетоні.
Проведений аналіз отриманих у результаті реалізації плану залежностей основних міцнісних і деформаційних характеристик шлаколужного бетону показує, що досягти максимальної міцності й мінімальної деформативності важкого бетону можна призначенням жорсткості бетонної суміші у межах 2730 с при розчинно-шлаковому відношенні цементного тіста 0,27.
Для подальших досліджень було виготовлено серії зразків з використанням бездобавочного та модифікованого шлаколужного в'яжучого.
Для першої серії зразків використовували в'яжуче без добавок. Друга серія включала в'яжучі з добавкою термоактивованої цеолітової породи, а третя серія —комплексну добавку на основі термоактивованої цеолітової породи і емульсії петролатуму (табл.1).
Таблиця 1
Характеристика складів в'яжучого для важкого бетону
|
№ складу |
Шлак Запорізький, мас.% |
Щавлево- кислий натрій, мас.% |
Цеолітова термоактивована порода, мас.% |
Емульсія петролатуму, мас.% |
Лужний компонент |
Розчинно-шлакове відношення |
|
I |
98,5 |
,5 |
— |
— |
NaO 2SiО, ρ=1300 кг/м |
0,27 |
|
II |
88,5 |
,5 |
— |
0,27 |
||
|
III |
86,5 |
,5 |
0,27 |
Результати випробувань основних міцнісних і деформаційних характеристик досліджуваних бетонів наведено в табл. 2.
Прийнята методика підбору складу бетонів, а також технологія виготовлення дослідних зразків дозволяє одержати досить однорідні результати. Максимальний коефіцієнт варіації становить 7,5 %, що майже в два рази менше закладеного в нормах.
Стабілізуючий ефект модифікуючих добавок в бетонах, як і для в'яжучих композицій, спостерігається незалежно від умов твердіння випробуваних зразків.
Найбільш стабільними є показники для бетонних сумішей, модифікованих термоактивованою цеолітовою породою й емульсією петролатуму.
Усі деструктивні процеси, пов'язані зі зміною умов експлуатації бетонів, відбуваються в контактній зоні між заповнювачами, де простір між зернами піску і щебеню заповнений цементним каменем. Характер зміни міцнісних характеристик бетону практично цілком залежить від властивостей шлаколужного в'яжучого, що входить до його складу.
Як характеристики для вивчення деформативності бетону було прийнято такі властивості матеріалу, як усадка і повзучість.
Таблиця 2
Міцнісні і деформаційні характеристики важкого бетону після ТВО
|
Номер складу бетону |
Шифр зразка |
Початковий модуль пружності, Eb·10–, МПа |
Міцність при стиску (кубикова), Rm, МПа |
Міцність при стиску (призмова), Rb, МПа |
|
I |
1 |
,0 ,0 ,0 |
,6 ,2 ,5 |
,8 ,4 ,8 |
|
Середнє значення і коефіцієнт варіації |
35,0 ,5% |
,4 ,7% |
,3 ,8% |
|
|
II |
1 |
,0 ,0 ,0 |
,6 ,6 ,3 |
,2 ,3 ,3 |
|
Середнє значення і коефіцієнт варіації |
31,7 ,8% |
,5 ,8% |
,6 ,6% |
|
|
III |
1 |
,0 ,0 ,0 |
,8 ,2 ,4 |
,4 ,2 ,1 |
|
Середнє значення і коефіцієнт варіації |
35,0 ,9% |
,8 ,0% |
,9 ,0% |
Аналіз результатів досліджень усадки і повзучості бетонів говорить про те, що за показниками усадки і повзучості зразки всіх серій бетонів близькі між собою. Відмінність спостерігається тільки в строках досліджуваних процесів.
Так, на початковій стадії випробувань у віці бетону 60 діб після тепловологісної обробки, коли вологість навколишнього середовища складала 90-95%, у всіх складах спостерігався процес набухання. Однак для третьої серії бетонів, модифікованих термоактивованою цеолітовою породою і емульсією петролатуму, цей процес закінчився до 20-ї доби, і при цьому величина деформацій набухання склала 4·10- 5 відн. од., у той час як набухання бетону немодифікованого складу закінчилося до 60 доби при максимальній величині деформацій 10·10- 5 відн. од.
При зниженні вологості повітря нижче ніж 85% процеси усадки превалюють над процесами набухання. Аналогічна картина спостерігається і при вивченні повзучості. При вологості повітря 90-95% процеси набухання і повзучості практично рівні між собою. Як усадка, так і повзучість усіх складів стабілізуються до 260 доби після ТВО, та їхні величини для різних складів до часу їхньої стабілізації досить близькі між собою.
Проведені дослідження дозволяють прогнозувати поведінку бетону при перемінних повітряно–вологісних умовах.
У п'ятому розділі наведено результати дослідно-промислового впровадження розроблених складів шлаколужних в'яжучих і бетонів з підвищеною стабільністю властивостей у перемінних температурно-вологісних умовах, які були використані при виготовленні станин гнучкого технологічного модуля для обробки прецизійних поверхонь і верстатів для прецизійного різання, а також елементів зміцнення конусу шафової стінки підвалини при проведенні ремонтновідбудовних робіт на об'єкті “Арковий металевий міст”(р. Старий Дніпро, м.Запоріжжя) та ділянки підпірної стіни при реконструкції вул. Космічної в м.Запоріжжі. Економічний ефект, що очікується від впровадження розробки, з урахуванням продовження терміну служби до першого капітального ремонту за рахунок поліпшення експлуатаційних показників, склав 181,29 грн. на 1м виробів.
На підставі експериментальних досліджень, виконаних на кафедрі будівельних матеріалів КНУБА, і з урахуванням особливостей експлуатації виробів, було розроблено “Технологічний регламент на виготовлення бетонних сумішей для виробництва важких шлаколужних бетонів з підвищеною стабільністю властивостей у змінних температурно-вологісних умовах”.
ЗАГАЛЬНІ ВИСНОВКИ
1. Теоретично обґрунтована і практично підтверджена можливість одержання шлаколужних бетонів з підвищеною стабільністю властивостей у змінних температурно-вологісних умовах навколишнього середовища за рахунок формування мікроструктури матеріалу в напрямку оптимізації співвідношення гідратних фаз гідросилікатного й алюмосилікатного складу і ступеня упорядкування їх структури, а також оптимізації характеру і розміру пор у поровому просторі штучного каменю, що твердне, шляхом введення у в'яжучу систему органо-мінеральної добавки на основі термоактивованого цеоліту і петролатуму.
2. Вивчено закономірності впливу добавки термоактивованої цеолітової породи на формування фазового складу і структури шлаколужних в'яжучих. Встановлено, що процеси структуроутворення в такій системі, на відміну від бездобавочних в'яжучих, обумовлені формуванням на початкових стадіях тверднення поряд з низькоосновними гідросилікатами кальцію, гідроалюмосилікатів цеолітового ряду з підвищеним ступенем закристалізованості структури. Це забезпечує формування штучного каменю з щільною регулярно розподіленною кристалоподібною структурою та підвищення міцності штучного каменю і зниження власних деформацій.
. Досліджено взаємозв'язок структури і властивостей штучного каменю, що формується на основі шлаколужного в'яжучого з добавкою емульсії петролатуму. Відзначено, що за наявності органічної добавки підвищується питома поверхня структуроутворюючих гідратних фаз і має місце перерозподіл пор за розмірами у поровому просторі штучного каменю. Так, у складі порового простору штучного каменю на основі в'яжучого з добавкою емульсії петролатуму, на відміну від бездобавочних систем і систем, модифікованих добавкою цеолітового ряду, переважають гелеві пори з ефективним радіусом менше 1 нм. Це забезпечує синтез штучного каменю з підвищеною щільністю і стабільними показниками власних деформацій (усадки-набухання) при поперемінному зволоженні і висушуванні.
4. Встановлено основні принципи композиційної побудови шлаколужних в'яжучих зі стабільними деформаційними характеристиками в умовах змінної вологості і температури шляхом їх модифікації комплексною добавкою складу “термоактивований цеоліт + петролатум”. Такий склад в'яжучої композиції забезпечує формування мікроструктури цементуючої матриці з підвищеною щільністю і однорідністю, що визначає високі експлуатаційні характеристики бетонів, у тому числі й стабільність деформацій у повітряновологісних умовах, що змінюються. При цьому фазовий склад продуктів тверднення в таких системах представлений анальцимом, натролітом і змішаними натрієво-кальцієвими гідроалюмосилікатами складу (Na,Ca)AlSiO6HO з високим ступенем питомої поверхні й упорядкування структури, карбонатом кальцію зі структурою ватеріту, гідросилікатними сполуками тоберморитового ряду і СSH(II), а поровий простір характеризується перевагою ромбоедричних пор з ефективним радіусом 211 нм і високою регулярністю їх розподілу.
. Методом математичного планування експерименту оптимізовано склади модифікованих в'яжучих систем. Встановлено, що максимальні міцнісні характеристики в'яжучих композицій відповідають складам, що включають 10% від маси шлакового компонента термоактивованої при t = 750°C цеолітової породи і 2% емульсії петролатуму від маси шлаку. Такі композиції, залежно від виду лужного компоненту, характеризуються міцністю при стиску 80-110 МПа, міцністю на розтяг при згині 7,5-11,5 МПа, власними деформаціями усадки 0,4-0,72 мм/м.
6. Розроблено й оптимізовано склади і технологію одержання важких бетонів на основі модифікованих комплексною добавкою шлаколужних в'яжучих із застосуванням як лужного компоненту дисилікату натрію. Отримані бетони характеризуються міцністю при стиску 90102 МПа, призмовою міцністю 76,3-89,2 МПа, початковим модулем пружності (Еb.10) 31,737,0 МПа, вологісною усадкою (εsh·10) 25,2530,48 відн. од. і високою однорідністю (коефіцієнт варіації 7,5%).
. Встановлено, що динаміка зміни міцності при стиску важкого бетону на основі модифікованого шлаколужного цементу при експлуатації в різних повітряно-вологісних умовах не супроводжується спадами міцності у часі. Відзначено, що в період 1-360 діб такі бетони характеризуються підвищенням міцності при стиску на 17–% , яка після 360 діб твердіння бетонів становить 117–МПа.
. Досліджено вплив температурно-вологісного режиму експлуатації та циклічності його впливу на стабільність міцнісних характеристик, деформації усадки-набухання і повзучості бетонів. Показано, що розроблені склади бетонів, на відміну від бездобавочних складів, характеризуються стабільністю властивостей при циклічній дії температурновологісних умов. Так, міцність при стиску розроблених бетонів незалежно від умов тверднення (вода, повітряно-сухі умови) не має спадів у період 28360 діб спостереження, величина спадів міцності на розтяг при згині при поперемінному зволоженні й висушуванні бетонних зразків на основі модифікованих бетонів зменшується в 2,5-4 рази. При цьому відзначено, що величина деформації набухання при вологісному (W = 90100%) зберіганні зразків модифікованих складів характеризується значеннями (34)·10–відн.од. і стабілізацією цього процесу на 20 добу твердіння, у той час як набухання немодифікованих бетонів досягає значення 10·10–відн.од, а процес стабілізації фіксується тільки після 60-ї доби твердіння у вологих умовах. Розвиток повзучості бетонів, модифікованих і немодифікованих складів, розвивається аналогічно характеристиці набухання.
9. Розроблені шлаколужні бетони пройшли виробничу й експлуатаційну перевірку при виробництві бетонних станин гнучкого технологічного модуля для обробки прецизійних поверхонь і верстатів для прецизійного різання, що експлуатувалися в НДІЕПМ КНПО “Маяк”, а також виготовленні елементів зміцнення конуса шафової стінки підвалини при проведенні ремонтновідбудовних робіт на об'єкті “Арковий металевий міст”(р. Старий Дніпро, м.Запоріжжя) та ділянки підпірної стіни при реконструкції вул. Космічної в м.Запоріжжі. Отримані у виробничих умовах бетони характеризувалися міцністю при стиску 98,0 МПа, призмовою міцністю 90,6 МПа, міцністю на розтяг при згині 7,8 МПа і модулем пружності 36,9·10 МПа відразу після ТВО (пропарювання). Після 2х років спостереження характеристики зразків, що зберігалися в умовах роботи конструкцій, показали наступні зміни властивостей: міцність при стиску 110,2 МПа, призмова міцність 93,8 МПа, міцність на розтяг при згині 7,3МПа і модуль пружності 37,8 10МПа. Економічний ефект від впровадження розробки, з урахуванням подовження терміну служби до першого капітального ремонту за рахунок поліпшення експлуатаційних показників, склав 181,29 грн. на 1м виробів.
СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ
1. Кривенко П.В., Константиновский Б.Я., Щербина Л.В. Шлакощелочные бетоны модифицированные полимерами // Труды 3-й Всесоюз. науч.-практ.-конф. “Шлакощелочные цементы, бетоны и конструкции”. Том 2. –К.: КИСИ. 1989. С. 39–.
Досліджено можливість використання полімерів (олігомерів) для просочення шлаколужних бетонів з метою підвищення стабільності його властивостей.
2. Кривенко П.В., Щербина Л.В. Повышение стабильности свойств шлакощелочного цементного камня при циклическом воздействии влаги // Труды XXII Междунар. конф. в области бетона и железобетона (Иркутск-90). –М. : Стройиздат. –. –С. 80–.
Встановлено і досліджено ефект стабілізації характеристик міцності і деформування шлаколужних в'яжучих модифікованих, органічними добавками (емульсією петролатуму).
3. Кривенко П.В., Щербина Л.В. Работоспособность шлакощелочных бетонов под действием переменных факторов // Работоспособность строительных материалов на основе и с применением местного сырья и отходов промышленности. –Казань. –. –С. 100–.
Приведено результати досліджень підвищення довговічності шлаколужних бетонів шляхом введення добавки термоактивованого цеоліту і петролатуму.
4. Кривенко П.В., Щербина Л.В. Шлакощелочные бетоны для корпусных деталей станков // Труды XXIII Междунар. конф. в области бетона и железобетона (Волг-Балт-91). –М. : Стройиздат. –. –С. 97–.
На підставі аналізу кінетики зміни характеристик міцності і деформування шлаколужних в'яжучих, модифікованих емульсією петролатуму, розглянута можливість їхнього використання для виготовлення корпусних деталей верстатів.
5. Кривенко П.В., Пушкарева Е.К., Щербина Л.В. Повышение стабильности физико-механических характеристик шлакощелочных вяжущих в условиях попеременного увлажнения и высушивания // Цемент. –. –№ 11-12. –С. 9–.
Досліджено можливість комплексного використання цеолітової породи й емульсії петролатуму як добавки до шлаколужної в'яжучої речовини з метою підвищення стабільності фізико-механічних характеристик штучного каменю в умовах циклічного впливу вологи.
. Кривенко П.В., Константиновский Б.Я., Ракша В.А., Клименко В.А., Щербина Л.В. Шлакощелочные вяжущие и бетоны для корпусных деталей станков // Цемент. –. –№ 11-12. –С. 34–.
Експериментально підтверджена можливість використання модифікованих шлаколужних в'яжучих і бетонів для виготовлення корпусних деталей верстатів.
7. Кривенко П.В., Константиновский Б.Я., Щербина Л.В. Физико-технические свойства шлакощелочных бетонов модифицированных полимерами // Комплексное использование минерального сырья и попутных продуктов при производстве строительных материалов: Сб. науч. тр. –Киев.: УМЛ ВО, 1991. –С. 18-27.
Досліджено взаємозв'язок між видом і кількістю органічної добавки у складі шлаколужних в'яжучих і бетонів і фізико-технічними властивостями отриманих модифікованих матеріалів.
8. Ракша В.А., Щербина Л.В. Повышение стабильности свойств композиционных материалов на основе шлакощелочного вяжущего // Труды 6-й национальной конф. “Механика и технология композиционных материалов”. –София. –. –С. 294–.
Досліджено підвищення стабільності фізико-механічних і гідрофізичних властивостей композиційних матеріалів на основі високоміцних шлаколужних в'яжучих і органічних добавок.
9. Кривенко П.В., Казанский В.М., Клименко В.А., Щербина Л.В. Управление микропоровой структурой высокопрочного шлакощелочного вяжущего // Труды научн.–техн. конф. “Прогрессивные строительные материалы и изделия на основе использования природного и техногенного сырья”. –Ленинград. –. –С. 22–.
Досліджено процеси управління мікропоровою структурою високоміцного шлаколужного в'яжучого шляхом введення до його складу цеолітової породи й органічної добавки петролатуму.
10. Кривенко П.В., Щербина Л.В. Повышение стабильности прочностных и деформативных характеристик шлакощелочных бетонов при влагопеременных условиях эксплуатации // Новейшие технологии диагностики, ремонта и восстановления объектов строительства и транспорта: Сб. науч. тр. –Днепропетровск: ПГАСА, 2003. –№ 25. –С. 25–.
Досліджено ефект стабілізації фізико-механічних і деформаційних характеристик шлаколужних бетонів при їхній експлуатації в різних повітряно-вологісних умовах.
11. Кривенко П.В., Клапченко В.И., Щербина Л.В., Петропавловский О.Н. Влияние поровой структуры на атмосферостойкость высокопрочных шлакощелочных вяжущих и бетонов // Вісник Одеської державної академіі будівництва та архітектури. –Одеса. –. –№ 12. –С. 149–.
Досліджено шляхи зміни порової структури високоміцних шлаколужних в'яжучих і бетонів з метою підвищення атмосферостійкості штучного каменю.
. Кривенко П.В., Щербина Л.В., Петропавловський О.Н. Влияние процессов структурообразования шлакощелочного цемента на стабильность его свойств // Труды III научн.-практ. семинара “Структура, свойства и состав бетона”. –Ровно. –. –С. 95-102.
Розглянуто процеси гідратаційно-дегідраційного структуроутворення шлаколужних в'яжучих, модифікованих цеолітовою породою й емульсією петролатуму.
13. Щербина Л.В. Повышение стабильности физико-механических характеристик высокопрочных шлакощелочных бетонов при эксплуатации в различных воздушно-влажностных условиях // Новини науки Придніпров'я. – 2004. –№ 2. –С. 53–.
Розглянуто взаємозв'язок між складом важкого шлаколужного бетону на основі модифікованих в'яжучих і кінетикою зміни характеристик міцності та деформування матеріалу при зміні повітряно-вологісних умов експлуатації.
14. Larisa V. Scherbina Serviceability of high strength slag alkaline concretes in variable air –moisture conditions // Proс. First Intern. Conf. “Alkaline Cements and Concretes”. Vol. 1 Kyiv (Ukraine). 1994. –P. 879–.
З використанням математичних методів планування експерименту проведено оптимізацію складу важкого шлаколужного модифікованого бетону з урахуванням ущільнення заповнювачів і визначення їхнього оптимального співвідношення, що дає мінімальну пустотність.
15. Вяжущее для изготовления бетонных корпусных деталей станков: А. с. 1721034 СССР, МИК С 04 В 7/153. / П.В. Кривенко, Е.К. Пушкарева, О.А. Бродко, Б.Я. Константиновский, Л.В. Щербина. –№ 4721693; Заявл. 17.07. 89; Опубл. 23. 03. 92, Бюл. –№ 11. –с.
. Вяжущее: А. с. № 1733418 СССР, МИК С 04 В 7/153. / П.В. Кривенко, Е.К. Пушкарева, О.А. Бродко, Б.Я. Константиновский, Л.В. Щербина. –№ 4814263; Заявл. 16.04. 90; Опубл. 15. 05. 92, Бюл. –№ 18. –с.
АНОТАЦІЯ
Щербина Л.В. Генезис структури і властивостей шлаколужних цементів і бетонів в умовах циклічних змін вологості і температури. –Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.23.05 –Будівельні матеріали і вироби. –Київський національний університет будівництва й архітектури. Київ 2006.
Дисертація присвячена вирішенню проблеми підвищення стабільності бетонів до впливу температурно–і вологоперемінних навантажень за рахунок направленого формування структури цементуючої матриці в напрямку підвищення її щільності та міцності, забезпечених синтезом у продуктах гідратації і тверднення шлаколужного в'яжучого, поряд з дрібнокристалічними гідросилікатами кальцію, цеолітних сполук з високим ступенем упорядкованості структури й формуванням дрібнопористої, рівномірно розподіленої структури порового простору. Така направленість процесів структуроутворення обумовлена особливістю композиційної побудови шлаколужної в'яжучої системи, за рахунок введення комплексної органо-мінеральної добавки складу “термоактивований цеоліт + эмульсія петролатуму”. Розроблено і оптимізовано склади шлаколужних вяжучих і досліджено фізико-механічні та деформаційні властивості важких бетонів в різних температурновологісних умовах тверднення, у тому числі циклічно повторюваних. Розроблено основи технології виготовлення розроблених матеріалів. Результати роботи реалізовано в умовах виробництва.
Ключові слова: модифіковані шлаколужні вяжучі, цеолітоподібні новоутворення, поровий простір, стабілізація.
АННОТАЦИЯ
Щербина Л.В. Генезис структуры и свойств шлакощелочных цементов и бетонов в условиях циклического изменения влажности и температуры. –Рукопись.
Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.23.05 –Строительные материалы и изделия. –Киевский национальный университет строительства и архитектуры. Киев 2006.
Диссертация посвящена решению проблемы повышения стабильности шлакощелочных бетонов к воздействию температуро и влагопеременных нагрузок за счет направленного формирования структуры цементирующей матрицы в направлении повышения ее жесткости и плотности, обеспеченного синтезом в продуктах гидратации и твердения шлакощелочного вяжущего, наряду с мелкокристаллическими гидросиликатами кальция, цеолитных соединений с высокой степенью упорядочения структуры и формированием мелкопористой, равномерно распределенной структуры порового пространства. Такая направленность процессов структурообразования обусловлена особенностью композиционного построения щлакощелочного вяжущего, за счет введения комплексной органоминеральной добавки состава: “термоактивированный цеолит + эмульсия петролатума”.
Изучены закономерности влияния добавки термоактивированной цеолитовой породы на формирование фазового состава и структуры шлакощелочных вяжущих. Установлено, что процессы структурообразования в такой системе, в отличие от бездобавочных вяжущих, обусловлены формированием на начальных стадиях твердения, наряду с низкоосновными гидросиликатами кальция, гидроалюмосиликатов цеолитового ряда с повышенной степенью упорядочения структуры.
Исследована взаимосвязь структуры и свойств искусственного камня, формирующегося на основе шлакощелочного вяжущего с добавкой эмульсии петролатума. Отмечено, что в присутствии органической добавки повышается удельная поверхность структурообразующих гидратных фаз и имеет место перераспределение пор по размерам в поровом пространстве искусственного камня.
Установлено основные принципы композиционного построения шлакощелочных вяжущих со стабильными деформационными характеристиками в условиях переменной влажности и температуры путем их модификации комплексной добавкой состава “термоактивированный цеолит + петролатум”. Такой состав вяжущей композиции обеспечивает формирование микроструктуры цементирующей матрицы с повышенной жесткостью и плотностью, предопределяющей высокие эксплуатационные характеристики бетонов, в том числе и стабильность деформаций в изменяемых воздушновлажностных условиях. При этом фазовый состав продуктов твердения в таких системах представлен анальцимом, натролитом и смешанным натриево-кальциевым гидроалюмосиликатом состава (Na,Ca)AlSiO6HO с высокой степенью удельной поверхности и упорядочения структуры, карбонатом кальция структуры ватерита, гидросиликатными соединениями тоберморитового состава и СSH (II), а поровое пространство характеризуется преобладанием ромбоэдрических пор с эффективным радиусом 211 нм и высокой регулярностью их распределения.
Методом математического планирования эксперимента оптимизированы составы модифицированных вяжущих систем. Отмечено, что максимальные прочностные характеристики вяжущих композиций отвечают составам, включающим 10% от массы шлакового компонента термоактивированной при t = 750°C цеолитовой породы и 2% от массы шлака эмульсии петролатума.
Разработано и оптимизировано составы и технологию получения тяжелых бетонов на основе, модифицированных комплексной добавкой, шлакощелочных вяжущих, в качестве щелочного компонента которых использовали дисиликат натрия. Полученные бетоны характеризуются прочностью при сжатии 90102 МПа, призменной прочностью 76,3-89,2 МПа, начальным модулем упругости (Еb.10) 31,737,0 МПа, влажностной усадкой (εsh·10) 25,2530,48 отн. ед. и высокой однородностью (коэффициент вариации 7,5%).
Исследовано влияние температурно-влажностного режима эксплуатации и цикличности его воздействия на прочностные характеристики, деформации усадки-набухания и ползучесть бетонов. Показано, что разработанные составы бетонов, в отличие от бездобавочных составов, характеризуются повышенной сопротивляемостью действию температурновлажностных условий. Так, прочность при сжатии у разработанных бетонов, независимо от условий твердения (вода, воздушно-сухие условия), не имеет спадов в период 28360сут. наблюдения, величина спадов прочности на растяжение при изгибе при попеременном увлажнении и высушивании бетонных образцов у модифицированных бетонов уменьшается в 2,5-4 раза. При этом отмечено, что величина деформации набухания при влажностном (W = 90100%) хранении образцов модифицированных составов характеризуется значениями (34)·10–отн. ед. и стабилизацией этого процесса на 20 сутки твердения, в то время как набухание у немодифицированных бетонов достигает значения 10·10–отн. ед, а процесс стабилизации фиксируется только после 60 суток твердения во влажных условиях. Развитие ползучести у бетонов модифицированных и немодифицированных составов развиваются аналогично характеристике набухания.
Разработанные шлакощелочные бетоны прошли производственную и эксплуатационную проверку при производстве бетонных станин гибкого технологического модуля для обработки прецизионных поверхностей и станков для прецизионной резки, которые проходили эксплуатацию в НИИЭПМ КНПО “Маяк”, а также изготовлении элементов укрепления конуса шкафной стенки устоя при проведении ремонтновосстановительных работ на объекте “Арочный металлический мост”(р. Старый Днепр, г.Запорожье) и при реконструкции ул. Космической в г.Запорожье.
Ключевые слова: модифицированные шлакощелочные вяжущие, цеолитоподобные новообразования, поровое пространство, стабилизация.
ANNOTATION
Scherbina L.V. Genesis of structure and properties of slog alkaline cements and concretes conditioned to cyclic variations of humidity and temperature. –Manuscript.
Ph. D. Thesis in the speciality 05.23.05 Building Materials and Articles. –Kiev National University of Construction and Architecture, Kiev, 2006.
The research substantiates theoretically and in practice the possibility of enhancing the slag-alkaline concretes stability in the conditions of changeable temperature and wet-loads due to directed formation of cementing matrix structure with enhanced its stiff and density. It was realized by the synthesis of semi-crystalline calcium silicate hydrates alongside with wele-crystalized zeolite products which makes for homogenous and fine porous structure obtained.
So directed processes of structure-formation is achieved by compositional formation pecularities of slag-alkaline cementitious system due to complex organic-mineral additive “thermally activated zeolite + petrolatum emulsion” used. The compositions of slag-alkaline cementitious are developed and optimized. Ked results of the study were industrially applied.
Key words: modificated slag-alkaline cementitious, zeolite-like new-formations, porosity space, stabilization.