Свойства и технология бетона на модифицированном железом цементе в условиях зимнего бетонирования по предмету Строительс.

Свойства и технология бетона на модифицированном железом цементе в условиях зимнего бетонирования по предмету Строительс.

Защита состоится "15.12.2005 года в 1300 часов на заседании диссертационного совета Д 12.085.01 при Донбасской национальной академии строительства и архитектуры Министерства образования и науки Украины, по адресу: 86123, Донецкая обл. Г. Макеевка, ул. Державина, 2. С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Донбасской национальной академии строительства и архитектуры Министерства образования и науки Украины, по адресу: 86123, Донецкая обл. Г. Макеевка, ул. Державина, 2. Актуальность темы. В процессе выполнения работ по восстановлению эксплуатационных свойств строительных конструкций промышленных зданий и сооружений, на бетон ремонтных элементов, твердеет, влияет температура окружающей среды. Особенно это влияние проявляется при проведении бетонных работ в осенне-зимний период, когда на свойства бетона влияет смена температур, снижая его качество. Одним из эффективных видов бетонов, предназначенных для ремонта строительных конструкций, является бетон, модифицированный добавками на основе железа. Однако, влияние знакопеременных температур окружающей среды при твердении бетона на прочность при сжатии и сцепление с материалами конструкций, ремонтируемых в настоящее время практически не изучено. В связи с этим задача управления свойствами бетона в условиях его твердения при воздействии знакопеременных температурных воздействий окружающей среды является актуальной. Связь работы с научными программами, планами, темами. Диссертация выполнялась в соответствии с приоритетного направления развития науки и техники в Украине "Создание новых эффективных строительных материалов, изделий и конструкций на основе веществ органического и неорганического происхождения", п. 05.2005 № 76) и хоздоговорной темы № 24-463-04 (0104U007061) "Общее обследование строительных строительных конструкций, оценка технического состояния конструктивных элементов помещений. Разработка рабочей документации на ремонтно-восстановительные работы". Целью исследования ерозроблення оптимальной технологии бетона, предназначенного для изготовления и ремонта бетонных и железобетонных строительных изделий и конструкций, твердеет в условиях знакопеременных температурных воздействий окружающей среды, путем совершенствования его структуры и свойств. изучить свойства бетона, модифицированного комплексной добавкой на основе железосодержащего вещества и смеси натриевых солей высшей жирной и кремниевой кислот.

Свойства и технология бетона на модифицированном железом цементе в условиях зимнего бетонирования по предмету Строительс.

портландцемента комплексной добавкой, которая представляет собой систему "железосодержащая минеральное вещество - олеат натрия - силикат натрия" для получения бетонов, имеющих высокую прочность при сжатии, сцепления с бетоном строительных конструкций и способным тужавиты и набирать прочность в условиях действия низких положительных и знакопеременных температур. Исследовано влияние комплексной добавки на свойства бетонов, твердеют, и параметры интенсивности его твердения. Для оценки эффективности комплексной добавки использовались экспериментально-статистическим моделям экспериментальных и относительных показателей свойств цементного теста, растворов и бетонов. Введение в состав портландцемента комплексной добавки приводит к повышению пластической прочности цементного теста и прочности полученного цементного камня, а также к снижению деформативности как цементного теста, так и цементного камня и бетона в условиях действия знакопеременных температур. Мельниченко Н.П. Свойства и технология бетона, модифицированного железом цементе в условиях зимнего бетонирования. - Рукопись. Диссертация на Соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.23.05 - "Строительные материалы и изделия». - Донбасская национальная академия строительства и архитектуры, Макеевка, 2005. Исследований влияние комплексной добавки на гидратацию портландцемента, пластическую прочность цементного теста, а также на состав продуктов гидратации цемента и его активность. Установлено, что введение данной добавки в портландцемент приводит к ускорению гидратации трехкальциевого силикат портландцемента с образованием натриево-кальциевых цеолитоподобных минералов и четырехкальциевого гидрокарбоферрита. Доказано, что введение данной добавки несколько замедляет гидратацию цемента в начальной фазе. Затем, после начала схватывания, эти процессы ускоряются. Влияние данной комплексной добавки приводит к снижению влияния на свойства цементного теста низких положительных и знакопеременных температур. При оттаивании цементной тесто с данной добавкой восстанавливает свои реологические свойства. На основе экспериментально-теоретических исследований получена математическая модель прочности цементного камня, содержащего данную комплексную добавку, учитывающая состав системы и ее возраст, что дает возможность прогнозирования прочностных свойств цементного камня в зависимости от водоцементного отношения и количества добавки. Показано, что бетоны, модифицированные железосодержащей комплексной добавкой, обладают достаточно высокими эксплуатационными свойствами, позволяющими их использовать, как для изготовления, так и для ремонта строительных изделий и конструкций, в условиях действия низких температур и знакопеременных температур. Melnichenko NP Properties and technology of concrete on modified iron cement in conditions of winter concreting. - Manuscript. Thesis on competition of a scientific degree of the candidate of engineering science on a speciality 05.23.05 - "Building stuffs and items". - Donbass national academy of construction and architecture, Makeyvka, в 2005. The expediency of modification of portland cement by the complex component is established, that represents a system "of coarse-dispersion ferruginous - oleate of natrium - silicate of natrium" for obtaining concretes.

Свойства и технология бетона на модифицированном железом цементе в условиях зимнего бетонирования по предмету Строительс.

Определено, что при понижении температуры системы степень влияния на величину адгезии цементного камня к бетонному основанию комплекса "ЖОСН" повышается. С уменьшением температуры основания меньше 5оС, особенно при охлаждении ее до отрицательных температур, а также уменьшением разницы температур основы и цементного теста минимальное снижение прочности сцепления с основанием имеет цементный камень, содержащий комплексную добавку "ЖОСН". Очевидно, что эта добавка за счет повышенной водоудерживающей способности препятствует миграции влаги из цементного теста к основанию, тем самым не увеличивается водоцементное отношение в зоне контакта "цементное тесто - основа", что и обеспечивает повышенную адгезию этого цементного камня. В четвертом разделе приведены результаты исследований бетонной смеси и бетонов, полученных на основе портландцемента с комплексной добавки "ЖОСН". В условиях эксперимента введение в состав цемента комплексной добавки "ЖОСН" приводит к увеличению оптимального количества мелкого заполнителя в смеси заполнителей. Введение добавки "ЖОСН" снижает потерю подвижности бетонной смесью как при положительной температуре, так и при ее охлаждении. Обработка результатов экспериментов позволило получить математическую модель изменения зручноукладности бетонной смеси во времени Оптимальное содержание добавки "ЖОСН" по прочности бетона при сжатии так же, как и предыдущих исследованиях, составил 21,2% от массы цемента. При этом содержание компонентов добавки составляет: железистой минеральной вещества - 20%, силиката натрия - 1%, олеата натрия - 0,2% от массы цемента. Установлено, что при смешивании компонентов бетонной смеси в следующем порядке: смешивания сухих заполнителей и цемента с последующим добавлением водной суспензии комплексной добавки и окончательного перемешивания компонентов обеспечивается наибольшая водоудерживающая способность, лучшая зручноукладнисть бетонной смеси, наибольшая прочность и наименьшая деформативность бетона твердел при действии знакопеременной температуры. Увеличение времени перемешивания бетонной смеси до 4 мин. приводит к улучшению технологических свойств бетонной смеси и физико-механических свойств бетона. Итак, введение добавки "ЖОСН" в бетонную смесь в условиях действия низких знакопеременных температур приводит к необходимости збильшування времени перемешивания бетонной смеси. Разработанные бетоны были использованы ООО "Будсантехмонтаж" при выполнении отделочных работ при строительстве кафе "Украинский шинок" в г. Кривой Рог. Для производства отделочного раствора применяли портландцемент М400 Криворожского цементного комбината, олеат натрия и силикат натрия, а также тонкозернистую фракцию отходов Ингулецкого горно-обогатительного комбината. В качестве мелкого заполнителя использовали Днепровский речной песок. За счет того, что данные мелкозернистые бетоны (растворы) позволили проводить отделочные работы в осенне-зимний период, это привело к сокращению времени ввода объекта в эксплуатацию и обусловило получение экономического эффекта в размере 38 000 грн. 1. Теоретически и экспериментально доказана целесообразность введения в бетон, предназначенный для строительства в условиях действия негативных и знакопеременных температур, комплексной минерально-органической добавки, составляет систему "железосодержащая минеральное вещество - натриевая соль высшей жирной кислоты - натриевая соль кремниевой кислоты.

Свойства и технология бетона на модифицированном железом цементе в условиях зимнего бетонирования по предмету Строительс.

знакопеременных температур окружающей среды за счет образования комплексных соединений на основе железа, содержащих значительное количество химически связанной воды, низкоосновных гидросиликатов и микроармирования структуры углеводородными радикалами высших жирных кислот. 4. Установлено состав комплексной минерально-органической добавки и ее содержание в дисперсной системе "портландцемент - комплексная добавка - вода", что обеспечивает максимальное снижение влияния негативных и знакопеременных температур на прочностные и деформативные свойства этой системы. Прежде всего это сказывается на реологических свойствах цементного теста, прочности и величине адгезии к бетонной поверхности основы, на которой происходит затвердевание этой системы. Оптимальный состав комплексной минерально-органической добавки характеризуется соотношением "железосодержащая минеральное вещество: силикат натрия: олеат натрия" = 100: 5: 1, оптимальное содержание добавки в системе составляет 25% от массы цемента. 6. Установлено, что введение комплексной добавки в оптимальном количестве за счет роста степени гидратации цемента, уменьшение миграции влаги и степени водовыделения повышает прочность бетона как при сжатии, так и сцепление с бетоном конструкции на 10. 15% и снижает потери прочности при твердении в условиях действия негативных и знакопеременных температур. 7. С помощью планирования эксперимента получены математические модели: величины температуры потери пластичности и адгезии к бетонному основанию дисперсной системы "портландцемент - комплексная добавка - вода", прочности при сжатии и адгезии к бетонному основанию композиционного материала, образуется в процессе затвердевания этой системы, зручноукладности бетонной смеси от состава, водоцементного отношения в бетонной смеси и времени ее хранения, а также прочности цементного камня от состава комплексной добавки, прочности бетона при сжатые, растяжении, изгибе и сцеплении с основанием от его состава, модуля открытой поверхности бетонного элемента и возраста бетона. Это позволяет управлять их структурообразовании путем изменения исходного содержания ингредиентов системы. 8. Определены основные параметры технологии изготовления бетонной смеси, содержащей комплексную добавку, в том числе порядок и необходимую минимальную продолжительность смешивания компонентов, а также минимальную продолжительность уплотнения бетонной смеси. Это позволяет получать бетонные смеси заданных свойств и учитывать их состав и содержание в них комплексной добавки. 1. Шишкин А.А. Мельниченко Н.П. Свойства и технология бетона на модифицированном железом цементе в условиях зимнего бетонирования: Монография. - Кривой Рог: Изд-во "Минерал", 2004. - 162 с. 2. Шишкин А.А. Мельниченко Н.П. Влияние знакопеременных нагрузок на адгезию ремонтного бетона в строительных конструкций в условиях зимнего бетонирования // Строительные конструкции. Межведомственный научно - технический сборник, вып. 60 "Строительство в сейсмических районах Украины", Киев: НИИСК - 2004 - С. 607-613. 3. Мельниченко Н.П. Свойства бетона в условиях действия знакопеременных температур // Сб. научных мая. Строительство. Материаловедение. Машиностроение; Вып. 29 - Дн-ск: ПГАСА - 2004 - с.45-49 4. Мельниченко Н.П. Технология приготовления бетонной смеси на модифицированном железом цементе // Сб. научн. Май. Строительство. Материаловедение. Машиностроение, вып. № 30. - Дн-ск: ПГАСА - 2004 - С. 52-56 5. Шишкин А.А. Мельниченко Н.П. Влияние знакопеременных температур на свойства бетона, предназначенного для ремонта фундаментов // Строительные конструкции. Межведомственный научно - технический сборник, вип.61 "Механика грунтов, геотехника, фундаментобудування", том 2, Киев: НИИСК - 2004 - С. 162-167. 6. Шишкин А.А. Мельниченко Н.П. Шишкина А.А. Снижение влияния отрицательных температур на адгезии ремонтного бетона к бетона ремонтируемых фундаментов // Строительные конструкции. Межведомственный научно - технический сборник, вип.61 "Механика грунтов, геотехника, фундаментобудування" том 2, Киев: НИИСК - 2004 - С. 168-173. 7. Шишкин А.А. Мельниченко Н.П. Шишкина А.А. Пути снижения влияния отрицательных температур на свойства бетона / "Разработка рудных месторождений" Межведомственный науч.-техн. сб. вып. 85, Кривой Рог: КТУ- 2004 - С. 66-70. 8. А.А. Шишкина, А.А. Шишкин, Н.П. Мельниченко Снижение влияния отрицательных температур на свойства бетона для ремонта строительных конструкций // Материалы научно-технической конференции КТУ, Кривой Рог: КТУ, в 2004, С. 109-112. 9. Мельниченко Н.П. Шишкин А.А. Специальный бетон для зимнего бетонирования // III Международной научно-практической конференции "Динамика научных исследований '2004", том. 65 "Строительство и архитектура", Днепропетровск: "Наука и образование", 2004, С.

Свойства и технология бетона на модифицированном железом цементе в условиях зимнего бетонирования по предмету Строительс.

бетона строительных конструкций и морозостойкости бетоном, предназначенным для изготовления и ремонта бетонных и железобетонных конструкций, твердеет в условиях знакопеременного температурного воздействия окружающей среды за счет его модификации комплексной добавкой, состоящей из железосодержащего минерального вещества и натриевых солей высшей жирной и кремниевой кислот; доказано, что обеспечение необходимых прочности, адгезии и морозостойкости модифицированного бетона при его твердении в условиях знакопеременных температур, достигается благодаря оптимизации его структуры продуктами взаимодействия комплексной добавки на основе смеси натриевых солей высшей жирной и кремниевой кислот и железосодержащего минерального вещества с продуктами гидратации цемента; установлены оптимальные параметры приготовления бетонной смеси и укладки бетона, которые содержат комплексную добавку, что позволило обеспечить необходимую прочность, адгезию и морозостойкость ремонтных бетонных элементов в условиях знакопеременного температурного воздействия окружающей среды; усовершенствована расчет состава бетона, модифицированного комплексной добавкой, в условиях знакопеременного температурного воздействия окружающей среды при его твердении, заключающийся в враховуванни наличие комплексной добавки. - Разработан состав, модифицирующей комплексной добавки к цементу, которая обеспечивает эффективное его использование в условиях знакопеременного температурного воздействия окружающей среды при его твердении, что позволяет выполнять бетонные работы независимо от климатических условий; - Разработаны составы бетона, модифицированного комплексной добавкой, для изготовления и ремонта бетонных и железобетонных строительных конструкций, обеспечивающих ему высокие эксплуатационные свойства, что позволяет повысить качество бетонных работ; - Разработаны технологические приемы изготовления и ухода за бетоном, модифицированного комплексной добавкой, твердеет в условиях знакопеременных температур окружающей среды. Апробация результатов диссертации. Теоретические положения диссертации и результаты исследования докладывались на: Международной конференции "Новейшие технологии диагностики, ремонта и восстановления объектов строительства и транспорта" (Алушта, 2003 г.), Научно-технической конференции Криворожского технического университета (Кривой Рог, 2004 г..), Международной конференции "Механика грунтов, геотехника и фундаментостроения" (Одесса, 2004 г.). Публикации. Материалы диссертационной работы отражены в 1 монографии и 9 статьях в научных изданиях, в том числе 5 в профессиональных изданиях. 2 работы без соавторов. Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка использованной литературы (140 наименований). Полный объем диссертации - 165 страниц, в том числе 139 страницы основного текста, 38 таблиц, 72 рисунков (занято под рисунки и таблицы отдельных 25 страниц), приложение на 1 странице. Во введении обоснована актуальность, показана связь работы с научными программами, планами, темами, цель и задачи исследований, методы исследований, научная новизна, а также практическое значение полученных результатов, личный вклад соискателя и апробация результатов диссертации. Значительный вклад в теорию бетона и бетонной смеси внесли отечественные ученые: Ахвердов И.М. Баженов Ю.М. Бутт Ю.М. Дворкин Л.И. Кривенко П.В. Невилль А.М. Сторк Ю. Чернявский В.Л. Ефремов А.Н. и др. Вопросам изучения свойств вяжущих веществ посвящены работы Бутта Ю.М. Веня М. Волженский А.В. Горчакова Г.И. Кривенко П.В. Пащенко А.А. и др. Вопросам исследования свойств бетонов при раннем замораживании посвящено значительное количество работ. С. А. Миронов и В. М. Сизов доказали, что вода, которая при замерзании увеличивается в объеме, существенно влияет на свойства бетона при раннем замораживании. Однако степень увеличения объема воды при замерзании зависит от состояния последней. Воду, находящуюся в бетоне, подразделяют на свободную, капиллярную, гелевые и связанную в гидратных образованиях. К воде, которая испаряется, принадлежит вода, находящаяся в капиллярах или содержится поверхностными силами в самом геле. Количество воды, не испаряется, увеличивается с продолжением гидратации. Замораживание уложенной бетонной смеси или бетона малой прочности приводит к нарушению структуры и сплошности бетона. Это можно охарактеризовать объема воды и ее миграцией в теле бетона. Степень этих нарушений зависит от содержания воды, плотности укладки заполнителей бетона, скорости и температуры замерзания.

Свойства и технология бетона на модифицированном железом цементе в условиях зимнего бетонирования по предмету Строительс.

введение в его состав стеарата натрия, приводит к уменьшению миграции влаги в бетоне. При этом образуется мало растворим стеарат кальция, который, заполняя поры бетона, препятствует миграции воды. Однако стеарат натрия замедляют скорость твердения цемента, а система насыщается ионами натрия, которые могут негативно повлиять на формирование конечной прочности бетона. Некоторые добавки - комплексообразователи, связывающие большое количество молекул воды, приводят к сокращению сроков схватывания цемента. К таким добавкам относится комплексная добавка, состоящая из железосодержащего минерального вещества, введение которой в состав цемента обеспечивает замедление реакций гидратации в начальные сроки после изготовления бетона с их последующим ускорением. На основании изложенного сформулированы рабочую гипотезу исследований: обеспечение необходимых эксплуатационных свойств бетона, предназначенного для изготовления и ремонта бетонных и железобетонных строительных виробит и конструкций достигается путем управления его структурообразования за счет введения комплексной добавки на основе смеси натриевых солей высшей жирной и кремниевой кислот и железосодержащего минерального вещества. Это позволит снизить влияние знакопеременных и отрицательных температур окружающей среды на его свойства, а именно снизить его деформативность и повысить прочность при сжатии, прочность сцепления с бетоном ремонтируемой конструкции; повышение долговечности полученного бетона в условиях действия знакопеременных и отрицательных температур с заданным уровнем проектных параметров. Во втором разделе приведены данные о материалах, примененных в исследованиях, выбор которых обоснованно целью и задачами исследований, а также сформулированной рабочей гипотезой. Приведены методики проведения исследований и обработки их результатов, включающих как стандартные, так и специально разработанные методы. Обработка результатов экспериментов основана на математической статистике, что позволяет получать достоверные данные и делать обоснованные выводы на основании результатов исследований. Анализ изменения пластической прочности во времени показал, что использованы комплексные добавки приводят к увеличению срока начала схватывания системы. Однако введение в состав комплексной добавки "железосодержащая вещество - олеат натрия" (добавка "жен") силикатов натрия, практически не влияя на скорость увеличения пластической прочности системы до начала ее схватывания, резко увеличивает ее после начала схватывания системы и сокращает время между началом и концом схватывания. При этом система, которая содержит комплексные добавки "жен" и "железосодержащая вещество - олеат натрия - силикат -натрия" (добавка "ЖОСН"), набирает прочность быстрее. Итак, комплексная добавка "ЖОСН", больше всего влияет на реологические свойства цементного теста по сравнению с известными добавками. Увеличение содержания олеата натрия в системе более 0,6% и силиката натрия более 1,5% от массы цемента практически не приводит к уменьшению температуры, при которой цементное тесто теряет свою подвижность. Оптимальное содержание олеата и силиката натрия в данной системе, обеспечивающей минимальную температуру потери пластичности цементным тестом составляет: Х1opt = 0.15% и X2opt = 0.95%. При этом цементное тесто содержит комплексную добавку "ЖОСН", в наибольшей степени восстанавливает свои реологические свойства после оттаивания. Оптимальное содержание комплексной добавки "ЖОСН" определяется содержанием в ее составе 0,25% олеата натрия и 0,9% силиката натрия от массы цемента. В условиях эксперимента введение в цементное тесто комплексной добавки "ЖОСН", при положительных температурах цементного теста и основы приводит к увеличению прочности их сцепления, превышающей прочность сцепления с этой основой цементного теста, которая содержит другие использованы добавки.

Свойства и технология бетона на модифицированном железом цементе в условиях зимнего бетонирования по предмету Строительс.

элементов системы. При этом введение в эту систему комплексной добавки "ЖОСН" снижает влияние температуры на величину адгезии, что объясняется снижением температуры потери подвижности цементным тестом и участием в формировании прочности контакта углеводородных радикалов олеиновой кислоты. За время, при низких положительных и отрицательных температурах формирования адгезионного сцепления во всех случаях продолжается. Однако увеличение прочности сцепления цементного теста с бетонным основанием происходит быстрее при использовании комплексной добавки "ЖОСН", что объясняется меньшим влиянием таких температур на структуру воды. Итак, комплексная добавка "ЖОСН" обеспечивает большую величину адгезии и снижает влияние на нее температуры системы. Следовательно, введение в цементное тесто комплексной добавки "ЖОСН", что составляет систему "железосодержащая минеральное вещество - олеат натрия - силикат натрия", приводит к увеличению абсолютной величины отрицательной температуры, при которой происходит потеря подвижности цементным тестом, пластической прочности и адгезии цементного теста в бетонного основания, а также уменьшению его усадки. Это объясняется увеличением водоудерживающей способности цементного теста за счет перевода значительного количества воды в связанное состояние, адсорбуванням ее железосодержащих веществом и временами силикагеля, который образуется при введении в систему силикат натрия. При твердении дисперсной системы "портландцемент - добавка" ЖОСН "- вода" в течение 28 суток в нормальных условиях увеличивается прочность цементного камня, как при сжатии, так и при растяжении (табл. 1). Для получения максимальной прочности цементного камня, оптимальным является содержание в системе "портландцемент - добавка ЖОСН - вода" 0,18% олеата натрия и 0,94% силиката натрия от массы цемента. Эти величины достаточно близки к ранее установленного оптимального содержания натриевых составляющих в добавке "ЖОСН" по величине пластической прочности цементного теста и его адгезии к бетонному основанию. Таким образом, использование дисперсной системы "портландцемент - железистая вещество - олеат натрия - силикат натрия - вода" приводит к повышению величины прочности цементного камня и скорости ее формирования. Это осуществляется за счет увеличения степени гидратации минералов портландцемента, в частности, трехкальциевого силиката и образования повышенного количества минералов, содержащих значительное количество химически связанной воды. Уменьшение времени от момента изготовления цементного теста до начала снижения температуры и увеличения скорости ее снижение приводит к снижению прочности цементного камня. При этом наибольшие потери прочности наблюдаются, тогда, когда в начале охлаждения не превышает времени начала схватывания цементного теста. Меньше влияет температура среды твердения на дисперсную систему "портландцемент - ЖОСН - вода". Наличие в этой системе железосодержащего минерального вещества снижает ее усадочные деформации, а углеводородные радикалы олеата натрия препятствуют расширению системы, выполняя роль микроанкерив. Это снижает температурные деформации системы и деструктивные процессы при формировании структуры цементного камня. Комплекс "железосодержащая минеральное вещество - олеат натрия - силикат натрия" превышает влияние известных противоморозных добавок на конечную прочность цементного камня при воздействии отрицательных температур.