Составы и свойства поризованных мелкозернистых бетонов

Размещено на http://www.Allbest.ru/

Размещено на http://www.Allbest.ru/

05.23.05 - Строительные материалы и изделия

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Тема:

Составы и свойства поризованных мелкозернистых бетонов

Жаутиков Ергазы Жанабаевич

Республика Казахстан, Алматы, 2010

Работа выполнена в Научно-исследовательском и проектном институте строительных материалов ТОО «НИИСТРОМПРОЕКТ»

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор Садуакасов М.С.

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Мусаев Т.С.

кандидат технических наук Есельбаева А.Г.

Ведущая организация: Казахский национальный технический университет имени К.И. Сатпаева

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Научно-исследовательского и проектного института строительных материалов ТОО «НИИСТРОМПРОЕКТ» по адресу: 050060, г. Алматы, ул. В. Радостовца, 152/6.

Ученый секретарь диссертационного совета, д.т.н. А.К. Куатбаев

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность работы. В последние годы все большее применение в строительстве получают новые виды бетонов: особо высокопрочные, самоуплотняющиеся, порошковые, мелкозернистые. Необходимость применения мелкозернистых бетонов обусловлена тем, что они не содержат крупного заполнителя, незаменимы при изготовлении тонкостенных железобетонных конструкций, армоцементных изделий, кладочных и отделочных растворов и т.п.

Сдерживающим фактором более широкого использования мелкозернистых бетонов является большой расход вяжущего вещества, что в свою очередь предопределяет повышенные усадочные деформации, снижение модуля упругости, а также увеличивает стоимость 1 м³ бетона. Поэтому дальнейшее развитие технологии мелкозернистых бетонов связано с проведением работ по повышению их прочностных показателей, улучшению деформационных характеристик, снижению себестоимости продукции. В настоящее время наибольшее распространение в технологии бетонов получают способ применения поризации и способ дисперсного армирования смеси различными видами фибр.

В тонкостенных конструкциях применение обычных бетонов невозможно по двум причинам: из-за небольшой толщины материала (50-100 мм) нельзя использовать щебень даже самой мелкой фракции, т.е. фракции 5-10 мм, а также нельзя использовать стальную арматуру из-за невозможности обеспечить защитный слой.

ГОСТ 21520-89 ограничивает верхний предел по плотности ячеистые бетоны на уровне 1200 кг/м³. Далее до плотности 1800 кг/м³ бетоны относятся к легким бетонам на пористых заполнителях. Таким образом, область легких бетонов в интервале от 1200 до 1800 кг/м³, изготовленных без применения пористого заполнителя, а поризованных пеной или газом остается вне стандартов и малоизученным объектом.

Таким образом, проведение исследований по разработке технологии легких бетонов не содержащего в своем составе пористого заполнителя является актуальным и своевременным.

В настоящее время Комитет по делам строительства Республики Казахстан разработал Концепцию по форсированному индустриально-инновационному развитию, в которой значительное внимание уделено развитию строительства и промышленности строительных материалов.

Работа выполнена в соответствии с «Программой развития промышленности строительных материалов на 2005-2014 годы» и тематическим планом научных исследований ТОО «НИИСТРОМПРОЕКТ».

Целью настоящей работы является разработка технологии и составов и изучение свойств поризованных мелкозернистых фибробетонов со средней плотностью 1200-1600 кг/м³ и высокими физико-механическими и функциональными свойствами.

Для решения поставленной цели были реализованы следующие частные задачи:

проанализировано состояние производства в области поризованных бетонов, научно-технических решений по созданию новых технологий мелкозернистых бетонов, а также фибробетонов;

определена сырьевая база и исследованы основные физико-механические свойства портландцемента, золы, песка кварцевого и малокварцевого, поризаторов и других химических добавок использованных при выполнении работы;

разработан способ подготовки исходных сырьевых компонентов и технология приготовления поризованной бетонной массы предусматривающая литьевой способ производства материалов ячеисто-зернистой структуры;

- разработан двухстадийный способ дисперсного армирования поризованных мелкозернистых фибробетонов волокнами;

разработан состав высокоэффективного конструкционно-теплоизоляционного мелкозернистого фибробетона естественного твердения со средней плотностью 1200-1600 кг/м³, не содержащего пористых заполнителей.

Научная новизна работы:

- разработан двухстадийный способ дисперсного армирования мелкозернистой бетонной смеси, обеспечивающий резкое улучшение деформационно-прочностных характеристик, а также функциональных свойств материала. Способ заключается во введении 0,05-0,2% целлюлозных волокон «арбоцель» при приготовлении цементного теста и 0,2-0,5% полипропиленовых волокон при приготовлении бетонной смеси. Микроволокна арбоцель армируют цементное тесто, а полипропиленовые волокна - бетонную смесь;

- выявлено, что на прочность мелкозернистого бетона определяющее влияние оказывает величина адгезии наполнителя к цементному камню, а не его прочность. Наибольшая величина адгезии с цементным камнем достигается при применении кварцевого наполнителя по сравнению с применением мраморного наполнителя, что в конечном итоге предопределяет повышенную прочность бетона с наполнителем из тонкомолотого кварцевого песка;

- установлена возможность регулирования прочности мелкозернистого фибробетона изменением плотности и объемного содержания цементного камня;

- разработан и предложен трехфракционный состав мелкого заполнителя, при оптимальном соотношении между которыми формируется наиболее прочная структура бетона и одновременно замкнутое поровое пространство за счет воздухововлекающего действия ПАВ;

- определено влияние составов и технологических приемов на физико-механические и эксплуатационные свойства поризованного мелкозернистого фибробетона: предел прочности на сжатие увеличивается в 2-2,5 раза, прочность на растяжение при изгибе на 60-80%, теплопроводность составляет 0,31-0,47 Вт/(м·^оС).

Практическое значение работы:

- разработан состав поризованного мелкозернистого фибробетона, включающий цемент, заполнитель, кварцевый наполнитель, двухкомпонентную фибру и ПАВ, обеспечивающий получение бетонов классов по прочности В20, В30;

- разработана технология приготовления поризованной смеси, предусматривающая двухстадийное введение волокон различной длины и воздухововлекающую добавку в процессе перемешивания компонентов смеси;

- в производственных условиях ТОО «АСТ» проведено опробование составов и технологии и выпущена опытная партия конструкционно-теплоизоляционных блоков;

- экономический эффект от внедрения результатов исследований составляет порядка 450 тенге на 1 м³ бетона.

Основные положения, выносимые на защиту:

- способ дисперсного армирования мелкозернистой бетонной смеси, обеспечивающий резкое улучшение деформационно-прочностных характеристик, а также функциональных свойств материала;

- фракционный состав мелкого заполнителя, при оптимальном соотношении между которыми формируется наиболее прочная структура бетона и одновременно замкнутое поровое пространство за счет воздухововлекающего действия ПАВ;

- минералогический состав наполнителя, при применении которого обеспечивается наибольшая прочность сцепления с цементным камнем и, соответственно, достигается большая прочность бетона;

- теоретическое и экспериментальное обоснование регулирования основных физико-механических свойств мелкозернистого фибробетона путем изменения степени поризации и объемного содержания цементного камня;

- влияние составов и технологических приемов на физико-механические и эксплуатационные свойства поризованного мелкозернистого фибробетона.

Апробация работы и публикации:

Основные результаты диссертации доложены на международных конференциях: «Новые энерго- и ресурсосберегающие технологии в производстве строительных материалов» (Пенза, 2009), «Наука и инженерное образование без границ» (Алматы, 2010), «Композиционные строительные материалы. Теория и практика» (Пенза, 2010), «Современные проблемы геотехники, механики и строительства транспортных сооружений» (Алматы, 2010), «Прогрессивные технологии в современном машиностроении» (Пенза, 2010).

Основные положения диссертационной работы опубликованы в 8 печатных работах, в том числе 3 статьи в изданиях, рекомендуемых комитетом по контролю в сфере образования и науки МОН РК.

Структура и объем работы

Диссертация состоит из введения, четырех разделов, заключения и приложений, содержит 107 страниц машинописного текста, 19 рисунков, 22 таблицы, список использованных источников из 105 наименований.

Результаты работы получены автором самостоятельно.

Достоверность основных положений, выводов и рекомендаций гарантирована статистическими данными, применением современных методов исследований и лабораторного оборудования, обеспечивающего необходимый уровень надежности измерений.

ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ

1. Научно-технический анализ в области технологии и применения мелкозернистых фибробетонов

В последние годы в странах СНГ, в т.ч. в Казахстане, в сфере строительства значительно увеличился интерес к новым видам бетонов, что обусловлено возрастающими требованиями строительства, связанных с необходимостью получения конструкций разнообразной формы, пониженной массы, улучшенными физико-механическими и эксплуатационными свойствами.

В этом плане мелкозернистые бетонные изделия и конструкции отвечают самым высоким требованиям, предъявляемым к бетонным материалам в строительстве. Применение их особенно целесообразно в регионах, в которых отсутствует крупный заполнитель, например в Казахстане в западных областях, в случаях необходимости изготовления тонкостенных конструкций и изделий (например, фасадных сложных конструкций для архитектурной выразительности зданий или отделочных плит и т.п.), сухих строительных смесей. Кроме того, развитие технологии бетонов на современном этапе строительства потребовало применения бетонов, которые сочетают высокие прочностные показатели с пониженной плотностью и, соответственно, меньшей массой и меньшим коэффициентом теплопроводности, высокой прочностью не только на сжатие, но и на изгиб и растяжение. Этим требованиям могут соответствовать поризованные мелкозернистые фибробетоны.

За рубежом находят применение в основном высокопрочные мелкозернистые бетоны плотной структуры для получения пространственных несущих конструкций, в странах СНГ в большей степени изготавливаются и применяются мелкоразмерные изделия, как тротуарные плиты, получаемые путем прессования полусухой мелкозернистой смеси, а также сухие строительные смеси.

Наряду с заводским производством мелкозернистых бетонов в России и Казахстане проводятся научные изыскания по технологии данных видов бетона, о чем свидетельствуют монографии и учебные пособия, выпущенные в частности известными учеными в области технологии бетонов Ю.М. Баженовым, Л.А. Алимовым, В.В. Ворониным, Р.Б. Ергешевым, В.И. Соловьевым и некоторыми другими. Основы технологии, изложенные в известных трудах, могут служить основой для дальнейшего развития учения о мелкозернистых бетонах в направлении расширения их номенклатуры и повышения функциональных возможностей изделий и конструкций на их основе.

2. Сырьевые материалы и методика проведения исследований

При проведении исследований в качестве сырьевых компонентов были использованы:

- портландцемент М400 завода АО «Бухтарминская цементная компания», соответствующий требованиям ГОСТ 10178-85;

- кварцево-полевошпатовый песок Капшагайского месторождения Алматинской области, модуль крупности песка - 1,48, содержание кремнезема - 35%, полевых шпатов - 58,2%, слюды - 1%, пылевидных и глинистых частиц - 0,9%;

- наполнители, полученные путем помола кварцевого песка и мраморной крошки;

- зола гидроудаления Алматинской ТЭС, содержание SiO₂ - 90%;

- поризующая добавка ПБ-2000;

- целлюлозное волокно «арбоцель»;

- полипропиленовые волокна;

- химические добавки: гиперпластификатор «Глениум», формиат кальция. Все добавки соответствовали требованиям соответствующих стандартов.

В работе в основном использовали стандартные методы исследований.

3. Оптимизация составов и технологии конструкционно-теплоизоляционного поризованного мелкозернистого фибробетона

В диссертационной работе в соответствии с целью и задачами исследований были изучены и разработаны технологические мероприятия по оптимизации составов мелкозернистых бетонов в области значений средней плотности 1200-1600 кг/м³. Традиционно, в указанной области средней плотности, получают легкие бетоны на пористых заполнителях, в которых пониженная плотность обеспечивается за счет пористости зерен заполнителя. При применении в качестве заполнителя песка с плотной структурой, что имеет место в технологии мелкозернистых бетонов, снижение плотности до заданных значений может быть достигнуто только за счет поризации растворной составляющей и регулирования соотношения объемов заполнителя и поризованного цементного теста в бетоне.

В случае получения бетона со 100%-ным наполнением его объема заполнителем, цементное тесто заполнит только объем межзерновой пустотности песка и по объему составит около 40%. Остальные 60% объема бетона займет мелкий заполнитель, в частности песок. При этом теоретически зерна песка будут соприкасаться меду собой и при его практической реализации прочность бетона должна равняться нулю. Плотность такого мелкозернистого бетона при В/Ц = 0,5 составит более 2100 кг/м³ и согласно классификации бетонов по плотности будет соответствовать классу тяжелых бетонов (таблица 1). При снижении содержания песка и, соответственно, увеличения доли цементного теста плотность бетона уменьшится, но в пределах нерациональных с технологической и экономической позиции.

Для получения мелкозернистых бетонов с высокими физико-механическими показателями в работе выполнены расчеты по соотношению доли цементного теста и заполнителя и проведены экспериментальные исследования по повышению прочности поризованного цементного камня. Установлено, что для получения мелкозернистых бетонов с плотностью 1200-1600 кг/м³ необходимо поризовать растворную составляющую мелкозернистого бетона. Даже при снижении содержания песка до 20% от объема бетона, что с технико-экономической точки зрения совершенно нецелесообразно, при В/Ц = 0,4 плотность бетона снижается с 2165 кг/м³ до 1830 кг/м³, а при повышении В/Ц до 0,6 удается снизить плотность бетона всего до 1550 кг/м³.

Таблица 1

Расчетная средняя плотность мелкозернистого бетона при различном объемном соотношении песка и цементного теста при В/Ц = 0,4*

Содержание песка, %	60**	50	40	30	20
Содержание цементного теста, %	40	50	60	70	80
Средняя плотность бетона в высушенном состоянии, кг/м3	2165	2080	2000	1910	1830
- *Расчетная плотность цементного теста в высушенном до постоянной массы состоянии составляет 1660 кг/м3; - **60% содержания песка соответствует его 100%-му наполнению формы, остальные 40% - это межзерновая пустотность песка, заполненная цементным тестом.

В цементных бетонах, независимо от их вида, необходимо стремиться к максимальному снижению расхода цемента. Это необходимо даже не столько с экономической точки зрения, а в не меньшей степени - с технологической, поскольку в бетонах с повышенным содержанием цемента в процессе эксплуатации будут наблюдаться повышенные усадочные деформации, склонность к трещинообразованию, снижение морозостойкости. Поэтому при проектировании составов мелкозернистых бетонов на первом этапе был определен интервал варьирования содержания мелкого заполнителя для каждой плотности, а на втором этапе степень поризации растворной части.

Для обеспечения мелкозернистому бетону достаточно высоких прочностных показателей были проанализированы различные варианты содержания цемента в сочетании с плотностью цементного камня в бетоне, при которых возможно наиболее оптимальное соотношение сочетания заполнителя с вяжущим в проектируемой смеси. При проведении расчетов расход цемента варьировали от 350 до 700 кг на 1 м³ бетона. Согласно расчетным данным (таблица 2) для каждой плотности мелкозернистого бетона при одинаковом расходе цемента на 1 м³ материала требуется введение различного количества мелкого заполнителя, как по объему, так и по массовому содержанию.

Для относительно легких мелкозернистых бетонов (с = 1200 кг/м³) расход заполнителя составляет 395-795 кг на 1 м³, а для мелкозернистого бетона плотностью 1600 кг/м³ -795-1140 кг.

Таблица 2

Расчетное содержание мелкого заполнителя и цемента для получения мелкозернистого бетона с плотностью 1200-1600 кг/м³

Показатель	Содержание компонентов, при плотности мелкозернистого бетона, кг/ м3 и расходе цемента, кг
	1200	1400	1600
	350	500	600	700	400	500	600	700	400	500	600	700
Объемная доля песка с учетом межзерновой пустотности, %	53	41,6	34	26,3	62,6	55	47,3	39,6	76	68,3	60,6	53
Массовая доля песка, кг	795	625	510	395	940	825	710	595	1140	1025	910	795
Расчетная плотность поризованного цементного камня, кг/м3	580	755	860	950	720	845	950	1045	820	950	1060	1160

В области значений плотности бетона 1200-1600 кг/м³ на плотном заполнителе, прочность материала определяется прочностью затвердевшего цементного камня и величиной сцепления продуктов новообразований цемента с заполнителем. Экспериментально установлено, что максимально возможные прочностные показатели для мелкозернистых бетонов в зависимости от плотности обеспечиваются при следующих значениях плотности цементного камня:

- при плотности бетона 1200 кг/м³ - плотность цементного камня 900 кг/м³;

- при плотности бетона 1400 кг/м³ - плотность цементного камня 1000 кг/м³;

- при плотности бетона 1600 кг/м³ - плотность цементного камня 1100 кг/м³;

Для обеспечения повышенной прочности поризованному цементному камню разработан состав вяжущего, включающий цемент, золу-гидроудаления ТЭС, гиперпластификатор и технологический прием активации вяжущего, заключающийся в его тонком помоле до достижения удельной поверхности 4000 см²/г.

Простое увеличение содержания цемента в составе бетона с поризованной растворной составляющей не обеспечивает адекватное увеличение прочности. В поризованных системах это обусловлено тем, что образующийся при гидролизе алита свободная Са(ОН)₂ не способствует увеличению прочности цементного камня, а при его связывании с активным кремнеземом, образуются прочные водостойкие гидросиликатные соединения.

Оптимальный состав вяжущего включает, %: портландцемент - 75-85; зола-гидроудаления - 14,6-24,3; гиперпластификатор - 0,4-0,7.

Учитывая большие возможности, которые открывают математико-статистические методы при изучении технологических процессов, для выявления области оптимальных составов поризованных мелкозернистых фибробетонов был использован метод активного планирования эксперимента. В качестве определяющей характеристики мелкозернистого фибробетона взят гранулометрический состав заполнителя, как фактор, оказывающий решающее влияние на расход вяжущего, среднюю плотность, прочность и проницаемость материала. С этой целью песок был разделен на фракции 0,14-0,63 мм; 0,63-2,5 мм и 2,5-5 мм и составлена матрица планирования эксперимента (таблица 3).

Таблица 3

Матрица планирования эксперимента

Х1	Х2	Х3	Содержание компонентов, %, фракций, мм	Насыпная масса фракций, кг/м3
			0,14-0,63	0,63-2,5	2,5-5
1	0	0	100	-	-	1600
0	1	0	-	100	-	1580
0	0	1	-	-	100	1500
0,5	0,5	0	50	50	-	1520
0,5	0	0,5	50	-	50	1490
0	0,5	0,5	-	50	50	1530
0,33	0,33	0,33	33,3	33,3	33,3	1540

В качестве контролируемых параметров мелкозернистого бетона, определяющих его оптимальные физико-механические характеристики, были взяты средняя плотность и прочность на сжатие.

Задача определения оптимального состава мелкозернистого бетона была сформулирована следующим образом: нахождение составов при заданной плотности обеспечивающей максимальную прочность материала. Исследованию подвергалась вся область диаграммы «состав-свойство» с соотношением компонентов

Х₁ + Х₂ + Х₃ = 1,

где Х₁, Х₂, Х₃ соответственно песок фракций 0,14-0,63; 0,63-2,5 и 2,5-5 мм.

Известно, что поверхности свойств материалов, подобных рассматриваемым, могут быть аппроксимированы полиномами невысоких порядков и поэтому оно выполнено полиномами второго порядка. Адекватность моделей проверялась по центральной проверочной точке 7 (Х₁ = Х₂ = Х₃ = 0,33).

Для мелкозернистого фибробетона были изготовлены и испытаны соответствующие образцы, результаты испытаний которых представлены в таблице 4. В этих исследованиях фибробетоны с плотностью 1200-1600 кг/м³ изготовлены на активированном цементе с дисперсным армированием смеси, а мелкозернистый бетон с плотностью 2000 кг/м³ на рядовом портландцементе марки М400 и без дисперсного армирования микроволокнами.

Таблица 4

Прочность при сжатии мелкозернистого фибробетона в зависимости от плотности и фракционного состава заполнителя

Фактор варьирования	Фактор отклика (оптимизации)
грансостав, мм	предел прочности при сжатии, МПа
Х1 0,14-0,63	Х2 0,63-2,5	Х3 2,5-5	Х1 с = 2000 кг/м3	Х2 с = 1600 кг/м3	Х3 с = 1400 кг/м3	Х4 с = 1200 кг/м3
100	-	-	6	18.5	12,2	16,1
-	100	-	16	25,8	24,5	12,5
-	-	100	22	31,7	20,8	8,7
50	50	-	14,1	22,1	20,5	18,2
50	-	50	20,8	27,8	27,6	10,6
-	50	50	24,4	35,4	25,8	7,5
33.3	33,3	33,4	18,8	26,2	20,7	12,1

При плотности мелкозернистого фибробетона 2000; 1600; 1400; 1200 кг/м³ уравнения регрессии в зависимости от гранулометрического состава заполнителя имеют следующий вид:

Х₁ = 6х₁ + 16х₂ + 22х₃ + 12,4х₁х₂ + 27,2х₁х₃ + 24х₂х₃

Х₂ = 18,5х₁ + 25,8х₂ + 31,7х₃ - 0,2 х₁х₂ + 10,8х₁х₃ + 26,6х₂х₃

Х₃ = 12,2х₁ + 24,5х₂ + 20,8х₃ + 8,6 х₁х₂ + 44,4х₁х₃ + 12,6х₂х₃

Х₄ = 16,1х₁ + 12,5х₂ + 8,7х₃ + 15,6,4 х₁х₂ - 7,2х₁х₃ - 12,4х₂х₃

литьевой поризованный мелкозернистый фибробетон

Проверка адекватности уравнений по центральной проверочной точке 7 показала, что уравнения адекватны. По полученным данным были построены диаграммы «состав-свойство» с построением линий равных значений (рисунок 1).

Область составов мелкозернистого фибробетона в зависимости от заданной плотности и прочности ограничивается следующими значениями Х:

- для плотности 2000 кг/м³ - R_сж = 20 МПа; Х₁ = 0-0,53; Х₂ = 0-0,87; Х₃ = 0,15-0,45;

- для плотности 2000 кг/м³ - R_сж = 15 МПа; Х₁ = 0,53-0,76; Х₂ = 0-0,81; Х₃ = 0-0,24;

- для плотности 1600 кг/м³ - R_сж = 30 МПа; Х₁ = 0-0,31; Х₂ = 0-0,89; Х₃ = 0,02-0,68;

- для плотности 1600 кг/м³ - R_сж = 25 МПа Х₁ = 0.31-0,68; Х₂ = 0-0,96; Х₃ = 0-0,32;

- для плотности 1400 кг/м³ - R_сж = 20 МПа Х₁ = 0-0,77; Х₂ = 0-0,5; Х₃ = 0-0,22;

- для плотности 1200 кг/м³ - R_сж = 15 МПа Х₁ = 0,32-0,92; Х₂ = 0-0,85; Х₃ = 0-0,71;

- для плотности 1200 кг/м³ - R_сж = 10 МПа Х₁ = 0-0,32; Х₂ = 0-0,83; Х₃ = 0,17-0,32.

Рисунок 1 - Диаграммы «состав-свойство» мелкозернистых поризованных фибробетонов со средней плотностью 2000 кг/м³ (а), 1600 кг/м³ (б), 1400 кг/м³ (в) и 1200 кг/м³ (г)

При разработке технологии мелкозернистого бетона особое внимание было уделено способу приготовления формовочной смеси, включающей способы поризации и дисперсного армирования цементного теста и бетонной смеси. Исследования показали особую чувствительность поризованных минеральных систем к однородности формируемой структуры материала, которая достигается на стадии приготовления смеси. Опробование известных схем поризации цементных растворных смесей показало, что для фибробетонов оптимальным является двухстадийное перемешивание, согласно которому на первой стадии готовится цементное тесто с целлюлозным волокном, на второй стадии - бетонная смесь с полипропиленовым волокном и добавкой поризующего компонента. Перемешивание необходимо осуществлять в турбулентном смесителе с высокооборотным перемешивающим органом. Одновременно с перемешиванием идет процесс активации вяжущего, заключающийся в обнажении поверхности цементных зерен при соударении с песком, рабочим органом и стенкой мешалки.

По результатам исследований разработана технологическая схема производства мелкозернистого поризованного фибробетона (рисунок 2).

Рисунок 2 - Технологическая схема производства поризованных мелкозернистых фибробетонов

В работе представлены результаты исследований физико-механических и эксплуатационных свойств мелкозернистых фибробетонов со средней плотностью 1200-1600 кг/м³. Класс по прочности на сжатие бетона при плотности 1200; 1400 и 1600 кг/м³ составляет соответственно В10, В15 и В20. Испытания образцов на морозостойкость выявили высокую стойкость бетонов, при которой они выдерживают не менее 100 циклов попеременного замораживания и оттаивания без потери массы и снижения прочности.

4. Производственное опробование технологии поризованного мелкозернистого фибробетона

Производственное опробование технологии поризованного мелкозернистого фибробетона было проведено путем изготовления блоков размером 20х20х40 см на предприятии ТОО «АСТ».

В качестве сырьевых материалов были использованы портландцемент М400 цементного завода АО «Бухтарминская цементная компания», зола-гидроудаления Алматинской ТЭС, порообразователь ПБ-2000, гиперпластификатор «Глениум», целлюлозные волокна «арбоцель», полипропиленовые волок на и песок местного карьера, разделенный на три фракции: 0,14-0,63 мм; 0,63-2,5 мм и 2,5-5 мм.

Активацию вяжущего проводили на предприятии ТОО «POLIMIN KZ» путем помола цемента, золы и гиперпластификатора.

В результате опытно-производственного опробования была изготовлена партия конструкционно-теплоизоляционных блоков размером 20х20х40 см. Испытания блоков показали следующие результаты: плотность - 1220 кг/м³; прочность на сжатие через 28 суток твердения - 12,5 МПа, коэффициент теплопроводности - 0,31 Вт/(м·^оС). Расчетный экономический эффект от применения блоков на основе поризованного мелкозернистого фибробетона ориентировочно составит 450 тенге на 1 м³; от использования 10 000 м³ бетона эффект составит 4,5 млн. тенге в год.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Проанализировано состояние производства и применения, а также научных исследований в области мелкозернистых бетонов в строительстве Республики Казахстан и странах СНГ.

2. Выполнены расчеты по составам легких бетонов в области плотностей 1200-1600 кг/м³ не содержащих пористый заполнитель. Показано, что для получения мелкозернистых бетонов с плотностью 1200-1600 кг/м³ необходимо цементное тесто поризовать, а количество мелкого заполнителя назначать исходя из требуемой прочности и плотности бетона.

3. Исследовано влияние плотности и объемного содержания цементного камня на прочность мелкозернистого бетона. Установлено, что для получения мелкозернистого бетона с плотностью 1200 кг/м³ необходимо использовать цементное тесто с плотностью 900 кг/м³; для получения бетона с плотностью 1400 кг/м³ - 1000 кг/м³; для получения бетона с плотностью 1600 кг/м³ - 1100 кг/м³.

4. Исследовано влияние способа поризации цементного теста на основные свойства мелкозернистого бетона. Установлено, что для мелкозернистых фибробетонов оптимальным способом поризации является введение воздухововлекающих ПАВ с частью воды затворения на второй стадии перемешивания при приготовлении мелкозернистой смеси.

5. Разработан двухстадийный способ дисперсного армирования мелкозернистой бетонной смеси, обеспечивающий резкое улучшение деформационно-прочностных характеристик, а также функциональных свойств материала. Способ заключается во введении 0,05-0,2% целлюлозных волокон «арбоцель» при приготовлении цементного теста и 0,2-0,5% полипропиленовых волокон при приготовлении бетонной смеси. Микроволокна арбоцель армируют цементное тесто, а полипропиленовые волокна - бетонную смесь.

6. Определен оптимальный зерновой состав заполнителя для каждого из значений плотности мелкозернистого бетона: для плотности бетона 1200 кг/м³ содержание фракции 0,14-0,63 мм составляет 32-92%; фракции 0,63-2,5 мм - 0-85%; фракции 2,5-5 мм - 0-71%; для плотности бетона 1400 кг/м³ содержание фракции 0,14-0,63 мм составляет 0-77%; фракции 0,63-2,5 мм - 0-50%; фракции 2,5-5 мм - 0-22%; для плотности бетона 1600 кг/м³ содержание фракции 0,14-0,63 мм составляет 0-31%; фракции 0,63-2,5 мм - 0-89%; фракции 2,5-5 мм - 2-68%.

7. Разработаны технологические режимы приготовления поризованной мелкозернистой фибробетонной смеси. Экспериментально установлена технологическая целесообразность приготовления вначале цементного теста с целлюлозным волокном в турбулентном смесителе с высокооборотным перемешивающим органом, затем подачу трехфракционного заполнителя с частью воды затворения содержащего воздухововлекающее ПАВ и полипропиленовое волокно в тесто и продолжение перемешивания до получения однородной поризованной смеси.

8. Изучены физико-механические и деформационные свойства поризованных мелкозернистых фибробетонов. Класс по прочности на сжатие при плотности 1200; 1400 и 1600 кг/м³ составляет соответственно В10; В15 и В20, морозостойкость соответствует марке F100, теплопроводность - 0,31-0,47 Вт/(м·^оС).

9. Разработана технологическая схема производства поризованного мелкозернистого фибробетона и даны рекомендации по основному технологическому оборудованию.

10. Опытно-производственные испытания по опробованию технологии и составов подтвердили достоверность результатов лабораторных исследований и возможность получения в производственных условиях изделий из мелкозернистого фибробетона для применения при устройстве наружных стен строящихся зданий и сооружений.

11. Выполнен расчёт технико-экономической эффективности получения и применения поризованных мелкозернистых фибробетонов. Показано, что за счет комплексных технологических мероприятий и исключения процесса тепловой обработки достигается экономия в размере 450 тенге на 1 м³ бетона.

Оценка полноты решения поставленных задач. Поставленная цель, включая разработку технологии и составов, а также исследование свойств поризованного мелкозернистого фибробетона, проведение опытно-промышленных испытаний характеризуется полнотой решения данной проблемы.

Разработка рекомендаций и исходных данных по конкретному использованию результатов. Полученные результаты, научные положения и выводы могут быть использованы специалистами строительной индустрии, работниками ВУЗов, НИИ, представителями малого и среднего бизнеса при организации производства по выпуску изделий, а также при проведении работ по изготовлению конструкций по монолитной технологии на основе на основе поризованного мелкозернистого фибробетона.

Оценка технико-экономической эффективности внедрения. Результаты исследований можно использовать непосредственно для внедрения в производство. Опытно-производственное опробование технологии подтвердило технико-экономическую эффективность применения поризованного мелкозернистого фибробетона.

Оценка научного уровня выполненной работы в сравнении с лучшими достижениями в данной области. Научная новизна диссертации, обзор литературы, а также полученные научно-технические результаты свидетельствуют о соответствии выполненной работы современному уровню. Основным результатом является установление возможности получения и применения изделий, а также монолитных конструкций на основе поризованного мелкозернистого фибробетона.

СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Жаутиков Е.Ж., Садуакасов М.С. Дисперсное армирование при получении поризованных цементных материалов // Вестник НИИстромпроекта.- 2010.- №1-2 (21).- С. 161-164.

2. Жаутиков Е.Ж., Садуакасов М.С. Оптимизация состава мелкозернистого фибробетона // Вестник НИИстромпроекта.- 2010.- №3-4 (22).- С. 145-147.

3. Жаутиков Е.Ж., Садуакасов М.С., Нурмаганбет Е.К. Поризованные мелкозернистые бетоны для сейсмостойкого строительства // Композиционные строительные материалы. Теория и практика: материалы Междунар. научно-техн. конф.- Пенза, май 2010.- С.57-61.

4. Жаутиков Е.Ж. Применение зол ТЭС в технологии мелкозернистых бетонов // Прогрессивные технологии в современном машиностроении: материалы Междунар. научно-техн. конф.- Пенза, июнь 2010. - С.57-59.

5. Садуакасов М.С., Жаутиков Е.Ж. Снижение толщины изоляционного слоя при применении для утепления керамзитобетонной и пенобетонной стены минераловатной плиты // Наука и инженерное образование без границ: материалы Междунар. форума.- Алматы: КазНТУ им. К. Сатпаева, 2010.- Т.2.- С. 203-205.

6. Жаутиков Е.Ж., Садуакасов М.С. Сравнительная эффективность устройства наружных и внутренних стен из различных материалов // Современные проблемы геотехники, механики и строительства транспортных сооружений: материалы Междунар. научно-техн. конф.- Алматы, 2010. - С. 271-275.

7. Садуакасов М.С., Жаутиков Е.Ж. Технология подготовки керамзита для получения высокопрочного бетона // Новые энерго- и ресурсосберегающие технологии в производстве строительных материалов: материалы Междунар. научно-техн. конф.- Пенза, 2009. - С. 58-59.

8. Садуакасов М.С., Жаутиков Е.Ж. Мелкозернистый поризованный фибробетон - перспективный материал для получения архитектурных конструкций сложной формы // Промышленный Казахстан. - 2010.- №8.- С.16.

Т?ЙІН

Жаутиков Ер?азы Жанабай?лы. Кеуектелінген майдат?йікшікті бетондарды? ??рамдары мен ?асиеттері

Зерттеу нысаны. Кеуектелінген майдат?йікшікті фибробетон.

Ж?мысты? ма?саты. Физика-механикалы? ж?не функциональды ?асиеттері жо?ары ж?не орташа ты?ызды?ы 1200-1600 кг/м3 кеуектелінген майдат?йікшікті фибробетондарды? технологиясын жасау, ??рамдарын тиімдеу ж?не ?асиеттерін зерттеу.

Зерттеу т?сілдері. Зерттеулерді ж?ргізу барысында негізінен зерттеуді? стандартты ?дістемелері ?олданылды.

Ж?мыс ?орытындылары. ?аза?стан Республикасы мен ТМД елдерінііндегі майдат?йікшікті бетондар аясында ж?ргізілген ?ылыми зерттеулер мен оларды ?ндіру ж?не ?олдануды? ?азіргі жа?дайы сараланды.

Кеуек толтыр?ышсыз, ты?ызды?ы 1200-1600 кг/м3 шамасында?ы же?іл бетонны? ??рамын есептеу орындалды. Ты?ызды?ы 1200-1600 кг/м3 майдат?йікшікті бетон алу ?шін цемент ?амырын кеуектендіру ?ажеттігі, ал майда толтыр?ышты? м?лшерін бетонны? та?айындал?ан беріктігі мен ты?ызды?ына с?йкес алу ?ажеттігі к?рсетілді.

Цемент тасыны? ты?ызды?ы мен к?лемдік ??рамыны? майдат?йікшікті бетонны? беріктігіне ы?палы зерттелді. Ты?ызды?ы 1200 кг/м³ майдат?йікшікті бетон алу ?шін ты?ызды?ы 900 кг/м³ болатын цемент ?амырын; ты?ызды?ы 1400 кг/м³ бетон ?шін - 1000 кг/м³; ты?ызды?ы 1400 кг/м³ бетон ?шін - 1100 кг/м³ цемент ?амырын алу ?ажеттілігі аны?талды.

Цемент ?амырын кеуектендіру т?сілдеріні? майдат?йікшікті бетонны? негізгі ?асиеттеріне ?сері зерттелді. Майдат?йікшікті араласпаны дайындау барысында екінші кезе?дегі араластыру мерзімінде ?осылатын суды? бір б?лігімен ?оса ауа енгізетін ББЗ ?оспасын енгізу, майдат?йікшікті фибробетондар ?шін е? тиімді т?сіл екені д?лелденді.

Материалды? деформациялы?-беріктік ж?не функциональды? ?асиеттеріні? едеуір жа?саруын ?амтамасыз ететін, майдат?йікшікті бетон араласпасын дайындауды? екі кезе?дік т?сілі жасалынды.Б?л т?сіл цемент ?амырын дайындау барысында 0,05-0,2% «арбоцель» целлюлоза талшы?тарын ж?не бетон араласпасын дайындау кезінде 0,2-0,5% полипропилен талшы?тарын ?осу?а негізделінген. Арбоцель микроталшы?тары цемент ?амырын. ал полипропилен талшы?тары бетон араласпасын шегендейді.

Негізгі конструктивтік, технологиялы? ж?не техникалы? пайдалану сипаттамалары. Майдат?йікшікті бетонныы? ?рбір ты?ызды? к?рсеткішіне арнал?ан толтыр?ышты? тиімді т?йіршіктік ??рамы аны?талды: ты?ызды?ы 1200 кг/м3 бетон?а 0,14-0,63 мм фракция 32-93%, 0,63-2,5 мм фракция 0-85%, 2,5-5 мм фракция -0-71%; ты?ызды?ы 1400 кг/м3 бетон?а 0,14-0,63 мм фракция 0-77%, 0,63-2,5 мм фракция 0-50%, 2,5-5 мм фракция - 0-22%; ты?ызды?ы 1600 кг/м3 бетон?а 0,14-0,63 мм фракция 0-31%, 0,63-2,5 мм фракция 0-89%, 2,5-5 мм фракция -2-68%.

Кеуектелінген майдат?йікшікті фибробетондарды дайындауды? технологиялы? т?ртібі жасалынды. Ал?аш?ыда жо?ары айналымды араластыру тетігі бар турбулентті араластыр?ышта цемент ?амыры мен целлюлоза талшы?ын араластыру, одан со? ?ш фракциялы? толтыр?ыш ж?не суды? бір б?лігімен ?оса ауа енгізетін ББЗ ?оспа ж?не полипропиленді талшы? ?осылып біркелкі кеуектелінген майдат?йікшікті бетон алын?анша араластырылады.

Кеуектелінген майдат?йікшікті фибробетонны? физика-механикалы? ж?не деформациялы? ?асиеттері зерттелді. Ты?ызды?ы 1200; 1400 ж?не 1600 кг/м³ бетонны? сы?у?а беріктігі бойынша класы В10; В15 ж?не В20, аяз?а т?зімділігі F 100, жылу?ткізгіштігі - 0,31-0,47 Вт/(м·°С).

Кеуектелінген майдат?йікшікті фибробетон ?ндірісіні? технологиялы? схемасы жасалынды ж?не негізгі технологиялы? ?ондыр?ылар бойынша ке?ес берілді.

?ндіріске енгізілу д?режесі ж?не ?олданылу айма?ы. ?сыныл?ан технология мен бетон ??рамдарын т?жрибелік-?ндірістік бай?ау лабораториялы? зерттеу н?тижелеріні? д?рысты?ын ж?не гимататтарды? сырт?ы ?абыр?аларын т?р?ызу?а арнал?ан кеуектелінген майдат?йікшікті фибробетон б?йымдарын ?ндірістік жа?дайда алу м?мкіндігін д?лелдеді.

Экономикалы? ж?не экологиялы? тиімділігі. Кеуектелінген майдат?йікшікті фибробетонды ?ндіруді? ж?не ?олдануды? технико-эономикалы? тиімділігі есептелді. Кешенді технологиялы? шаралар енгізу ж?не жылумен ??деу процесін ?олданбау 1 м³ бетоннан 450 те?ге ?немдейді.

Зерттеу нысаныны? даму болаша?ы. Кеуектелінген майдат?йікшікті фибробетонды ?абыр?алы? ж?не ?рлі конструкцияларды монолитті т?сілмен дайындау?а немесе ??рылыс б?йымдарын жасау ?шін ?ндіріске енгізуге толы? болады.

RESUME

Zhautikov Yergazy Zhanabaiuly. Compositions and qualities of porous fine-grain concretes

The object of the research: Porous fine-grain fibre concretes.

Aim of the work. The development of technology, compositions and study of porous fine-grain fibre-concretes with mean density 1200-1600 kg/m³ and high physical-mechanical and functional qualities.

Methods of conducting of the work. In this work mainly the standard methods of investigation were used.

Main results of the work. The condition of production and using and also scientific investigations in sphere of fine-grained concrete in construction of Republic of Kazakhstan and CIS are analyzed.

Calculations on light concrete compositions (1200-100 kg/m³) not containing porous filler are conducted. It is shown that for preparing such concrete it is necessary to make cement paste porous and quantity of fine filler must be taken so that given strength and density may be got.

The effect of density and volume content of cement rock on fine-grain concrete strength is studied. It is stated that for preparing of fine-grain concrete with density 1200 kg/m³ it is necessary to use cement paste with density 900 kg/m³; for concrete with density 1400 kg/m³ -1000 kg/m³; for concrete with density 1600 kg/m³ - 1100 kg/m³.

Effect of method of cement paste porization on main qualities of fine-grained concrete is studied. It is stated that for fine-grained fibre-concretes the optimal method of porization is the introduction of air attracting PAV with part of water on the second stage of mixing in the process of fine-grained mixture preparing.

Double-stage method of dispersed arming of fine-grain concrete mixture supplying the sharp improvement of deformative-strength characteristics and functional qualities of material is investigated. The method include the introduction of 0,05-0,2% of cellulose fibers “arbotcel” in preparing of cement paste and 0,2-0,5% of poly-propene fibers in preparing of concrete mixture. Micro-fibers “arbotsel” are armouring the cement paste and poly-propene fibers - concrete mixture.

The optimal grain composition of filler for each density of fine-grained concrete is defined: for concrete with density 1200 kg/m³ the content of fraction 0,14-0,63 mm is 32-92%; fraction 0,63-2,5 mm - 0-85%; fraction 2,5-5 mm - 0-71%; for concrete with density 1400 kg/m³ - 0,14-0,63 mm - 0-77%; 0,63-2,5 mm - 0-50%, 2,5-5 mm -0-22%; for concrete with density 1600 kg/m³ - 0,14-0,63 mm - 0-31%, 0,63-2,5 mm -0-89%, 2,5-5 mm - 2-68%.

Technological regimes of porous fine-grain fiber-concrete mixture are developed. The technological practicability of firstly preparing of cement paste with cellulose fibers in turbulent mixer wit high circulating mixing organ and then the introduction of three fractional filler with part of water containing the air attracting PAV and poly-propene fibers in paste and continuation of mixing until preparing the homogeneous porous mixture is experimentally stated.

Physical-mechanical and deformative qualities of porous fine-grain fiber-concretes are studied. Mark of concrete on comprehensive strength with density 1200; 1400 and 1600 kg/m³ is B10; B15 and B20, frost resistance correlate to mark F100, heat conductivity is 0,31-0,47 Vt / (m. ^oC).

The technological scheme of porous fine-grain fiber-concrete is developed and recommendations on main technological equipment are given.

Introduction of work. Experimental-productive tests of technology and compositions confirmed validity of results of laboratory studies and the possibility of preparing in productive conditions of products from fine-grain fiber-concrete for external walls in construction of buildings and constructions.

Economical effect of the work. Technical-economical calculation of preparing and sing of porous fine-grain fiber-concretes is conducted. It is shown that due to complex technological actions and exclusion of process of heat treatment the economy on level 450 tenge for 1 m3 of concrete is got.

Level of readiness for introduction. The work is ready for introduction and may be realized by building production output on porous fine-grain fiber-concrete and also may be used in monolithic technology in preparing of wall and decorative constructions.

Размещено на Allbest.ru