Мелкозернистый бетон из экструдированных смесей с повышенными эксплуатационными свойствами

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

Мелкозернистый бетон из экструдированных смесей с повышенными эксплуатационными свойствами

05.23.05 - Строительные материалы и изделия

кандидата технических наук

Чан Минь Дык

Москва 2009

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении

высшего профессионального образования

Московском государственном строительном университете

Научный руководитель:- Доктор технических наук, профессор Сахаров Григорий Петрович.

Официальные оппоненты:

Доктор технических наук, профессор Магдеев Усман Хасанович

Кандидат технических наук Седых Юрий Ростиславович

Ведущая организация: Государственное унитарное предприятие «Научно-исследовательский институт московского строительства»

Защита состоится “30” июня 2009 г. в 14-00 часов на заседании диссертационного совета Д.212.138.02 при ГОУ ВПО Московском государственном строительном университете по адресу: Москва, Ярославское шоссе, д. 26, ауд…………………….

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУ ВПО Московского государственного строительного университета.

Автореферат разослан “29” мая 2009 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Алимов Л.А.

цементирующий песок бетонный мелкозернистый

Общая характеристика работы

Актуальность. Мелкозернистые бетоны (МЗБ) наряду с известными достоинствами (неограниченной сырьевой базой, высокой однородностью, прочностью, технологической вариантностью, транспортабельностью и др.), имеют: повышенные на 15 … 25 % расходы цемента и воды, усадку и ползучесть. Новые виды вяжущих и модификаторов различной природы, позволяют во многом снизить указанные недостатки, однако конструктивное влияние этих факторов, определяется без достаточно учета поверхностных явлений и контактных взаимодействий, цементного (теста) камня с поверхностью песка. Между тем песок, имея в бетоне высокоразвитую поверхность, располагает большим запасом свободной энергии, недоиспользуемой в технологии мелкозернистых бетонов. Возможность её использования для повышения прочности и улучшения других свойств мелкозернистого бетона, на рядовых материалах представляет актуальную научно-техническую задачу. Для максимального проявления сил адсорбционно-адгезионного взаимодействия цементирующей связки с поверхностью песка в работе предусматривается экструдирование исходных смесей, что обеспечит максимальное сближение частиц цемента и песка, очистку их поверхности от газовоздушной фазы и дисперсных примесей; улучшит смачивание и отжатие излишней воды из смеси и другие эффекты.

Диссертационная работа выполнена в соответствии с тематическим планом научно-исследовательских работ МГСУ по программе «Архитектура и Строительство».

Цель и задачи. Цель диссертационной работы заключается в получении мелкозернистого бетона повышенной прочности и жёсткости на рядовых цементах и заполнителях путем приготовления и использования экструдированных смесей. Для достижения цели диссертации требовалось решить следующие задачи:

- обосновать возможность усиления адгезионного взаимодействия цементирующей связки с поверхностью зёрен песка путем экструдирования исходной бетонной смеси;

- произвести выбор и анализ сырьевых материалов, подбор оптимизированных составов МЗБ; методов и средств измерений и исследований;

- выявить и количественно оценить эффект взаимодействия цементного (теста) камня с поверхностью зерен песка;

- провести исследование реологических свойств мелкозернистых экструдированных и обычных бетонных смесей;

- исследовать динамику изменения свойств МЗБ (прочности, плотности, пористости, деформаций усадки и ползучести) из экструдированных и обычных смесей;

- провести микроскопические, рентгенофазовые и термогравиметрические исследования контактной зоны цементного камня и песка и степени гидратации цемента МЗБ из экструдированных и обычных смесей;

- разработать примерную технологическую схему производства изделий из экстркдированных мелкозернистых бетонных смесей;

- произвести технико-экономическую оценку производства изделий из мелкозернистого бетона из экструдированных и обычных смесей.

Научная новизна

- обосновано и экспериментально подтверждено повышение технико-технологических свойств МЗБ за счет усиления адгезионного взаимодействия цементирующей связки с поверхностью зёрен песка путём экструдирования исходной цементно-песчаной смеси через отверстия мундштука червячного экструдера с одновременным сдвигом микрообъёмов смеси в момент прохождения её через отверстия мундштука, что обеспечивает удаление газовоздушной фазы и примесей с поверхности зёрен цемента и песка, обнажение их активных центров, гидрофилизацию и смачивание; ускорение образования повышенного количества гидратных соединений и прочных, в т.ч. химических, контактов между частицами;

- выявлен и количественно оценён эффект адгезионного взаимодействия цементного (теста) камня с поверхностью зерен песка, выражающийся в устойчивом приращении прочности МЗБ на сжатие и изгиб из экструдированных смесей над прочностью эталонного бетона независимо от состава бетона и В/Ц;

- обнаружено значительное ускорение твердения МЗБ из экструдированных смесей, особенно в начальные сроки 3…28 дней, в которые прочность его на изгиб и сжатие превышает эталон в среднем на 30…40 %, что обусловлено активационными процессами сближения, гидрофилизации и смачивания частиц цемента и песка; повышенной на 8…10 % степенью гидратации цемента и частичным образованием химических и иных контактов между частицами;

- установлена статистическим анализом результатов испытаний повышенная однородность прочности МЗБ из экструдированных смесей по сравнению с эталоном (по сниженным значениям коэффициентов вариации на 14,5…16,7 %), позволяющая дополнительно снижать среднюю прочность бетона заданного класса;

- установлено по результатам экспериментальных исследований и построения регрессионных моделей снижение деформаций усадки на 12…14 %, ползучести - на 35…40 % и повышение модуля упругости МЗБ на 66 % из экструдированных смесей по сравнению с эталоном, что устраняет один из главных недостатков МЗБ - недостаточную жесткость.

Практическая значимость.

- разработаны рекомендации по выбору сырьевых материалов, составов и технологии приготовления экструдированных мелкозернистых бетонных смесей, обеспечивающие получение мелкозернистого бетона и изделий на его основе с повышенными технико-экономическими показателями;

- ускоряется твердение мелкозернистого бетона из экструдированных смесей: систематически увеличивается его прочность во времени, позволяющая дополнительно уменьшить расход цемента на 18…20 % с учетом условий твердения и сроков введения объектов в эксплуатацию;

- технологический и конструкционный эффекты МЗБ из экструдированных смесей достигаются на рядовых цементах и заполнителях при обычных В/Ц без помола цемента, введения пластификаторов и модификаторов, что значительно упрощает и удешевляет технологию и снижает себестоимость изделий.

Внедрение результатов исследований.

Разработана технологическая схема и рекомендации по производству изделий из экструдированных МЗБ смесей и сделан расчет технико-экономической эффективности в сравнении с аналогичным производством изделий из обычных смесей. Технология позволяет производить армированные стеновые перегородочные панели из экструдированных мелкозернистых смесей. Годовой экономический эффект за счет снижения расхода цемента на 18…20 % составляет 100 тыс. долларов при мощности производства 18678 м³/год.

Апробация работы.

Результаты исследований представлены и доложены на Всероссийском смотре научных и творческих работ иностранных студентов и аспирантов (г. Томск) 2007 г., на XII-ой международной межвузовской научно-практической конференции молодых учёных, аспирантов и докторантов "Строительство-формирование среды жизнедеятельности" (М., 15-22 Апреля 2009 г.) и на кафедре Строительных материалов МГСУ.

На защиту выносятся:

- обоснование и экспериментальное подтверждение усиления адгезионного взаимодействия цементирующей связки с поверхностью зёрен мелкого заполнителя для улучшения технологических и технических свойств МЗБ;

- подобранные сырьевые материалы и составы МЗБ; методы и средства измерений и исследований;

- количественная оценка адгезионного взаимодействия цементного (теста) камня с поверхностью зерен песка;

- реологические исследования свойств экструдированных и обычных мелкозернистых бетонных смесей;

- физико-механические кратковременные и длительные свойства мелкозернистых бетонов из экструдированных и обычных смесей;

- микроскопические, рентгенофазовые и термогравиметрические исследования структуры, продуктов твердения и степени гидратации цемента МЗБ из экструдированных и обычных смесей;

- технологическая схема и рекомендации по производству изделий из мелкозернистого бетона на основе экструдированных смесей;

- технико-экономическая оценка эффективности производства мелкозернистого бетона из экструдированных смесей.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, шести глав, основных выводов, списка использованной литературы, включающего 109 наименований, в т.ч. 18 иностранных источников и приложений. Она изложения на 174 страницах машинописного текста и содержит 40 рисунков, 57 таблиц и 15 приложений.

Содержание работы

Отсутствие крупного заполнителя и большая поверхность песка в мелкозернистом бетоне вызывают повышенный на 15…25 % расход цемента и воды и, как следствие, большую усадку и ползучесть, требующих для уменьшения их негативного влияния дополнительных недешёвых мероприятий (механоактивации, введения эффективных суперпластификаторов, высодисперных органо-минеральных добавок и интенсивного уплотнения).

Большая удельная поверхность песка предопределяет наличие у него свободной поверхностной энергии, как и у цементных частиц, которая может быть использована для существенного уменьшения отмеченных недостатков мелкозернистого бетона за счет усиления адгезионного взаимодействия цементного (теста) камня с поверхности песка.

Возможность использования этого естественного резерва улучшения свойств мелкозернистого бетона на рядовых материалах представляется весьма актуальной и экономически оправданной задачей.

Адгезионное взаимодействие, зависит от многих факторов: химико-минерального состава и дисперсности контактирующих фаз; структуры и топологии поверхностного слоя заполнителей; адсорбции газовоздушной фазы и различных дисперсных примесей на их поверхности; толщины водной или растворной прослойки между цементным (тестом) камнем и поверхностью заполнителей; толщины и прочности цементирующей прослойки между зёрнами заполнителей; температуры и влажности окружающей среды.

Имеющиеся исследования касаются в основном взаимодействия цементного камня с природными крупными заполнителями и минералами. Наблюдается большой разброс данных, особенно касающихся прямых измерений прочности сцепления контактирующих фаз. В убывающем порядке прочность сцепления цементного камня с природными заполнителями уменьшается в ряду: известняк, мрамор, гранит, песчаник, а в ряду минералов - полевые шатки, кальцит, кварц, опал, халцедон и может составлять 30…60 % от прочности цементного камня на растяжение.

Применительно к производственным и горно-климатическим условиям Вьетнама результаты этих исследований представляют практический интерес в связи с большими запасами карбонатных пород в горной части страны и песков - рек Вьетнама, а также отходов энергетической металлургической и горнодобывающей промышленности.

Различие в структуре цементных бетонов на крупном и мелком заполнителях не позволяет однако полностью перенести установленные особенности контактного взаимодействия цементного (теста) камня с крупным заполнителем на взаимодействие с мелкими частицами песка природного или техногенного происхождения, тем более, что крупный заполнитель в тяжелом бетоне взаимодействует не с «чистым» цементным (тестом) камнем, как это представлено в проведенных исследованиях, а с цементно-песчаным раствором. Прямые же исследования и измерения прочности сцепления цементного (теста) камня с мелкими зёрнами заполнителей отсутствуют.

Важным фактором, влияющим на прочность сцепления цементного (теста) камня с поверхностным слоем заполнителей, является качество цементной прослойки между зёрнами заполнителей, зависящее от её толщины. Тонкая прослойка более гомогенна, в ней меньше дефектов, выше В/Ц и степень гидратации цемента, а также степень ориентации и кристаллизации портландита, эттрингита, и гидросиликатов кальция (CSH); выше вероятность возникновения водородных связей при дипольном взаимодействии молекул воды с полярной поверхностью кварцевого песка и частично химических связей с наиболее активными ёе центрами, находящимися в местах дефектов кристаллической решетки кварца. Под влиянием высокого pH среды, кварц в этих местах растворяется и вступает во взаимодействие с портландитом с образованием волокнистых гидросиликатов калция в поверхностном слое песка и контактной зоне с цементным камнем, что и обеспечивает образование прочных контактов между цементным камнем и песком. Очевидно, что в толстой прослойке, особенно из цементно-песчаного раствора, будет больше пористость и, следовательно, меньше прочность и упорядоченность кристаллизации и ориентации гидратных соединений, меньше конденсационных контактов и их прочность. На адгезионное взаимодействие цементного (теста) камня с песком больше влияние оказывают адсорбционные слои газовоздушной фазы, водные и воднорастворные плёнки и высокодисперсные примеси на поверхности частиц песка и цемента. Пески природных месторождений, как известно, содержат некоторое количество пылевидных примесей разного минерального состава карбонатных, сульфатных, железистых, глинистых и других. Не всегда адсорбция примесей ослабляет прочность сцепления цементного (теста) камня с песком. В случае использования, например, микро- и ультрадисперсного кремнезёма, примеси играют положительную роль, является центрами зародышеобразования, уплотнения и упрочнения структуры бетона.

В большинстве же случаев загрязнённая поверхность заполнителей затрудняет образование прочих контактов между ними и связующими веществами.

Основным факторами, оказывающими решающее влияние на прочность сцепления (адгезионное взаимодействие) цементного (теста) камня с поверхностью заполнителей в бетоне, являются химико-минеральный состав, чистота и шероховатость поверхности заполнителей и максимально плотный контакт их с цементным (тестом) камнем. Выявить отдельно влияние каждого из них достаточно проблематично. Поэтому возникает задача выявить и количественно оценить в чистом виде их совокупное влияние на прочность и другие свойства бетона, т.е. ту ёе долю, которая непосредственно приходится на адгезионное взаимодействие цементного камня с песком.

Решение ёе предусматривает:

- разработку технологического способа, обеспечивающего повышение адгезионного взаимодействия между цементным (тестом) камнем и песком и критерия оценки этого взаимодействия;

- экспериментальное подтверждение и технико-экономическую оценку их эффективности.

Для обеспечения повышенного адгезионного взаимодействия цементного камня с песком в работе в качестве стартовом основы предложено применить экструдирование исходных смесей путем продавливания их через суженные отверстия мундштука экструдера с одновременным тангенциальным сдвигом их локальных объёмов вращающимся ножом в момент прохождения смеси через отверстия. Экструдер может быть одно или двухшенковым, одно- или двухкамерным с разноразмерными решетками мундштуков.

При атмосферном давлении на поверхности частиц цемента и песка обычно адсорбируется до 5,3 % различных газов из воздуха (O₂, N₂, CO₂). Присутствие их, а также утолщённых воднорастворных плёнок, препятствует сближению и образованию прочных контактов между частицами. Под влиянием давления, создающегося вращающимся шнековым валом экструдера из мелкозернистого бетонной смеси отжимается часть воды и происходит максимальное сближение частиц цемента и песка. Тангенциальный сдвиг (срез) смеси способствует удалению с поверхности частиц газовоздушной фазы и адсорбированных примесей и тем самым обеспечивает полную гидрофилизацию и смачивание их поверхности, что ускоряет гидратообразование, возникновение химических и других связей в контактной зоне, под влиянием Ван-дер-Ваальсовых сил.

Пропущенная через экструдер МЗБ смесь приобретает повышенную пластичность, однородность, подвижность и хорошую формуемость.

Для объективной количественной оценки интенсивности адгезионного взаимодействия цементного (теста) камня с песком в бетоне, предложена методика, основанная на сравнительной оценке технологических и технических свойств мелкозернистых бетонов на рядовых материалах, строго одинаковых составов, В/Ц, длительных условий твердения и методов испытания, изготовленных из бетонных смесей, перемешанных в бегунковой мелшаке в течение 3 мин. (эталон) и экструдированных.

В качестве критерия интенсивности адгезионного взаимодействия цементного (теста) камня с песком в мелкозернистом бетоне принят одинаковый, независимо от состава, В/Ц, и добавок, уровень превышения прочности мелкозернистого бетона из экструдировананых смесей над эталоном.

Для подтверждения достоверности эффекта адгезионного взаимодействия цементного камня с песком, имеющего общее значение, в работе проведены систематические исследования реологических и физико-механических свойств сравниваемых бетонов непосредственно на местных материалах и оборудовании в институте строительных наук и технологии Вьетнама.

В исследованиях использовали: портландцемент завода Бимшон, класса 32,5; нормальная густота 26,6 %; тонкость помола - остаток на сите 008 - 1,9 %. =33,3 МПа; =7,9 МПа; С₃S = 48,5 %, C₃A = 8,9 %; кварцевый песок реки Ло с модулем крупности 2,65; насыпная плотность 1,509 кг/м³; истинная - 2,65 кг/м³; пустотность - 0,431. В качестве суперпластификатора использовали местную добавку COSU, получаемую на основе сульфированных нафталинформальдегидных соединений.

Определение прочности МЗБ при сжатии и изгибе производили на образцах 4х4х16 см на приборах CONTROL (Италия) и ELE (Англ.); микроскопический анализ выполнен на сканирующем электронном микроскопе JEOL JSM 5910 LV (Япония); рентгенофазовый анализ на германской установке ДТА Linseis L81. Исследования усадки и ползучести проведены в соответствии с требованиями ГОСТ - 24452-80 и 24544-81.

Продолжительность испытаний с целью достижения равновесного состояния изучаемых показателей бетонов и обеспечения их достоверности составляла 360 дней.

Состав бетонов на указанных материалах подобраны в соответствии с рекомендациями Ю.М. Баженова с соотношением цемент : песок (1:2; 1:2,5; 1;3) и В/Ц 0,5; 0,53; 0,56. Расход цемента в составах от 500 до 635 кг/м³. Изготовлено по 12 идентичных составов из разноизготовленных бетонных смесей, а с учётом 7-и сроков испытаний - 12х7х2=168. На этих составах определены сравнительные показатели мелкозернистых бетонов - подвижность смесей (по расплыву на встряхивающем столике), влажность в естественном и сухом состояниях, прочность и однородность прочности на сжатие и изгиб, степень гидратации цемента и пористость бетонов.

Подвижность мелкозернистых бетонных смесей резко возрастает при увеличении расхода цемента, В/Ц и введении суперпластификатора, особенно экструдированных, превышающая подвижность эталонных на 10…12 и 13…15 % соответственно без и с добавкой COSU. Этому способствует удаление с поверхности частиц адсорбированного воздуха и твердых частиц, выделение части свободной воды, отжатой из экструдируемой смеси, полная гидрофилизация и смачивание поверхности частиц.

Влажность и плотность МЗБ изучали периодически в течение года. Влажность их достаточно однообразно изменялась от 6,1…9,7 % до 3,2…4 % в конце года у эталонного бетона и от 5,6…9 % до 3,1…4 % - у бетона из экструдированных смесей. Средняя плотность в тот же период изменялась от 2239…2295 во влажном состоянии до 2100…2130 кг/м³ - в сухом с небольшим (до 1%) превышением её у бетона из экструдированных смесей.

На тех же образцах в аналогичные сроки определяли прочность и однородность прочности МЗБ сжатие и изгиб (табл. 1, 2). На рис. 1 и 2 представлена их графическая интерпретация. Такие подробные испытания были предприняты для устойчивого выявления в «чистом» виде эффекта приращения прочности МЗБ за счет усиления адгезионного взаимодействия цементного камня с поверхностью зерён песка. В каждый срок испытывали по три образца. До испытания образцы твердели в нормальных условиях. Во все сроки испытаний прочность МЗБ из экструдированных смесей, как видно из данных табл. 1 и 2, превышает прочность эталонного бетона (принятую за 100 %), независимо от составов и В/Ц, на одну и ту же величину. Это превышение, постоянное в каждом сроке испытания, постепенно уменьшается во времени и стабилизируется через год на уровне примерно 18…19 %. Превышение неодинаково для прочности бетона на изгиб и сжатие и в промежуточные сроки. Наибольших значений оно достигает в начальные сроки, что свидетельствует о значительном ускорении твёрдения бетона из экструдированных смесей. Через 3 дня прочность бетона из экструдированных смесей на сжатие превышает прочность эталонного на 44 %, а через 28 дней - на 32 %. В те же сроки на изгиб - на 30 % и 14 % соответственно. Несколько меньшее превышение прочности МЗБ из экструдированных смесей над эталоном наблюдается при введении суперпластификатора COSU, которое в те же сроки составляет 38 % и 28 % на сжатие и 15 % и 10 % -

Таблица 1. Прочность мелкозернистого бетона разного изготовления при изгибе

№	Вид бетона	Состав бетона	Прочность при изгибе через сут., МПа / %
		Ц : П : В : Д	3	7	14	21	28	180	360
1	Обычный МЗБ, уплотнённый вибрированием	1:3,0:0,50	6,3	7,1	7,6	7,9	8,0	8,6	8,8
2		1:3,0:0,53	5,9	6,8	7,3	7,6	7,8	8,3	8,6
3		1:3,0:0,56	5,6	6,6	7,0	7,2	7,3	8,0	8,2
4		1:2,5:0,50	6,4	7,2	7,8	8,1	8,2	8,8	9,0
5		1:2,5:0,53	5,9	6,9	7,4	7,7	7,8	8,4	8,7
6		1:2,5:0,56	5,7	6,6	7,0	7,4	7,4	8,2	8,4
7		1:2,0:0,50	6,4	7,3	7,9	8,2	8,3	8,8	9,1
8		1:2,0:0,53	6,1	7,0	7,4	7,8	8,0	8,5	8,7
9		1:2,0:0,56	5,8	6,7	7,2	7,6	7,7	8,3	8,5
10	То же с добавкой COSU	1:3:0,50:0,008	7,0	7,6	8,1	8,4	8,5	9б0	9,2
11		1:3:0,53:0,008	6,5	7,2	7,7	8,1	8,2	8,7	8,9
12		1:3:0,56:0,008	6,0	6,9	7,5	7,7	7,8	8,4	8,6
13	МЗБ из экструдированных смесей, уплотнённых вибрированием	1:3,0:0,50	8,1/129*	8,6/122	8,9/118	9,1/115	9,2/115	10,0/116	10,5/119
14		1:3,0:0,53	7,8/131	8,2/120	8,6/117	8,8/115	8,9/114	9,6/116	10,1/118
15		1:3,0:0,56	7,2/128	7,7/118	8,1/116	8,2/115	8,3/115	9,4/117	9,8/119
16		1:2,5:0,50	8,2/128	8,8/122	9,1/117	9,3/116	9,4/114	10,1/115	10,7/118
17		1:2,5:0,53	7,8/131	8,3/120	8,7/117	8,9/116	8,9/114	9,8/116	10,1/116
18		1:2,5:0,56	7,3/129	7,9/119	8,3/117	8,4/113	8,4/113	9,4/116	9,9/118
19		1:2,0:0,50	8,3/130	9,0/122	9,2/118	9,4/115	9,4/114	10,2/115	10,7/118
20		1:2,0:0,53	7,9/130	8,5/122	8,8/118	9,0/115	9,0/114	9,9/116	10,4/119
21		1:2,0:0,56	7,5/130	8,1/120	8,4/117	8,5/113	8,6/111	9,5/115	9,9/116
22	То же с добавкой COSU	1:3:0,50:0,008	7,7/110	8,4/110	8,9/110	9,2/110	9,3/110	10,1/113	10,6/115
23		1:3:0,53:0,008	7,5/116	8,1/113	8,6/111	8,7/108	8,9/110	9,7/112	10,1/114
24		1:3:0,56:0,008	7,1/118	7,9/115	8,3/110	8,5/110	8,5/110	9,4/113	9,8/114

* за чертой - превышение прочности над обычным бетоном в %.

Таблица 2. Прочность мелкозернистого бетона разного изготовления при сжатии

№	Вид бетона	Состав бетона	Прочность при сжатии, через сут., МПа / %
		Ц:П:В:Д	3	7	14	21	28	180	360
1	Обычный МЗБ, уплотнённый вибрированием	1:3,0:0,50	23,23	29,97	34,19	36,28	36,50	46,41	49,00
2		1:3,0:0,53	20,81	26,63	31,19	32,69	33,22	42,39	45,81
3		1:3,0:0,56	16,02	22,73	26,39	28,38	29,14	36,16	40,66
4		1:2,5:0,50	24,67	31,16	34,84	36,88	37,19	47,00	50,31
5		1:2,5:0,53	20,97	27,42	32,14	33,55	34,17	43,25	46,59
6		1:2,5:0,56	17,30	23,92	27,41	30,00	30,08	39,88	42,30
7		1:2,0:0,50	24,88	31,67	35,69	37,88	38,42	49,20	51,59
8		1:2,0:0,53	22,63	28,45	32,28	34,06	35,14	44,09	47,19
9		1:2,0:0,56	18,44	25,94	29,56	31,53	32,42	41,39	44,63
10	То же с добавкой COSU	1:3:0,50:0,008	26,19	33,09	37,13	40,09	40,38	49,55	54,25
11		1:3:0,53:0,008	24,44	29,47	33,94	35,58	35,75	44,81	48,31
12		1:3:0,56:0,008	19,69	26,19	31,31	31,89	32,50	43,30	45,39
13	МЗБ из экструдированных смесей, уплотнённых вибрированием	1:3,0:0,50	32,3/139*	40,0/133	45,6/133	46,3/128	47,6/130	54,9/118	58,3/119
14		1:3,0:0,53	28,4/137	37,0/139	41,6/133	43,8/134	44,2/133	50,8/120	53,8/117
15		1:3,0:0,56	24,6/154	31,2/137	37,1/140	39,2/138	39,4/135	45,6/124	48,4/119
16		1:2,5:0,50	34,9/141	42,0/135	46,7/134	47,2/128	48,2/130	56,1/119	59,6/119
17		1:2,5:0,53	30,2/144	38,6/141	42,7/133	44,4/132	45,0/132	51,4/119	55,2/118
18		1:2,5:0,56	25,8/149	34,2/143	39,5/144	41,5/138	41,6138	47,8/120	50,2/119
19		1:2,0:0,50	35,8/144	43,3137	47,1/132	48,7/129	50,1/130	57,1/116	60,1/117
20		1:2,0:0,53	30,8/136	39,8/140	44,4/138	45,7/134	47,0/134	52,6/119	56,1/119
21		1:2,0:0,56	28,0/152	36,5/141	41,3/140	43,1/137	43,2/133	49,2/119	52,0/117
22	То же с добавкой COSU	1:3:0,50:0,008	35,4/135	43,0/130	47,3/127	48,6/121	48,7/121	57,8/117	62,3/115
23		1:3:0,53:0,008	32,1/131	41,0/139	44,3/131	45,7/128	45,8/128	50,5/113	55,5/115
24		1:3:0,56:0,008	28,8/147	37,6/143	41,7/133	43,5/136	44,3/136	49,0/113	53,2/117

* за чертой - превышение прочности над обычным бетоном в %.

А) Ц:П:В = 1:3:0,5; 1:3:0,53; 1:3:0,56	Б) Ц:П:В=1:2,5:0,5;1:2,5:0,53;1:2,5:0,56
В) Ц:П:В = 1:2:0,5; 1:2:0,53; 1:2:0,56	Г) Ц:П:В:Д = 1:3:0,5:0,008; 1:3:0,53:0,008; 1:3:0,56:0,008:

Рис. 1. Кинетика изменения прочности при изгибе МЗБ разных составов во времени: 1,2,3-обычного; 4,5,6-экструдированного соответственно составам

А) Ц:П:В = 1:3:0,5; 1:3:0,53; 1:3:0,56	Б)Ц:П:В=1:2,5:0,5;1:2,5:0,53; 1:2,5:0,56
В) Ц:П:В = 1:2:0,5; 1:2:0,53; 1:2:0,56	Г) Ц:П:В:Д = 1:3:0,5:0,008; 1:3:0,53:0,008; 1:3:0,56:0,008:

Рис. 2. Кинетика изменения прочности при сжатии МЗБ разных составов во времени: 1,2,3-обычного; 4,5,6-экструдированного соответственно составам

на изгиб, что связано с замедлением гидратации цемента вследствие адсорбции суперпластификатора на цементных частицах. В табл. 3 приведена динамика изменения средних значений прочности МЗБ проектного возраста во времени. Приращение прочности эталонного бетона на сжатие без и с добавкой COSU в 180 и 360 дней составляет 27 и 35 %, а на изгиб 8 и 11 % соответственно; аналогично, бетона из экструдированных смесей, на 14 и 24 % - на сжатие и 9 и 15 % - на изгиб. Меньший прирост прочности опытного бетона на сжатие обусловлен повышенной на 8…10 % степенью гидратации цемента в 28 дневном возрасте. Прирост прочности бетонов во времени обусловлен перикристаллизацией гидроалюминатов C₃AH₆ > C₂AH₈ и эттрингита в C₃ACH₁₂, снижением основности гидросиликатов кальция в связи со связыванием гидросида кальция в арогонит и кальцит атмосферным CO₂ и снижением концентрации Ca(OH)₂ в растворе, а также дальнейшей гидратацией цемента. Все эти процессы, судя по приросту прочности, имеют конструктивный характер.

Таблица 3. Динамика изменения средних значений прочности МЗБ проектного возраста во времени

№	Вид бетона	Прочность бетона	Средняя прочность бетона, через сут., МПа (%)
			28	180	360
1	Обычный МЗБ	На сжатие	33,40	42,57 (127)*	45,39(136;107)*
		На изгиб	7,69	8,27 (108)	8,53 (111; 103)
2	То же с добавкой COSU	На сжатие	35,54	44,93 (126)	48,13 (135; 107)
		На изгиб	8,07	8,47 (105)	8,75 (108; 103)
3	МЗБ из экструдированных смесей	На сжатие	44,25	50,7 (115)	53,72 (121; 106)
		На изгиб	8,78	9,60 (109)	10,06 (115; 105)
4	То же с добавкой COSU	На сжатие	45,51	51,38 (113)	56,04 (123; 109)
		На изгиб	8,82	9,59 (109)	10,03 (114; 105)

* Первые цифры в круглых скобках означают проценты превышения прочности бетона в возрасте 180 и 360 суток над прочностью бетона в возрасте 28 дней; вторые - проценты превышения прочности бетона в возрасте 360 суток над прочностью его в 180 суток.

Устойчивость наблюдаемого превышения прочности бетона из экструдированных смесей над эталонным бетоном подтверждается высокой однородностью прочности бетона во времени. Статистическая её оценка проведена для всех составов сравниваемых бетонов в возрасте 28, 180 и 360 дней (табл. 4) по стандартным методикам ГОСТ 10180-78 и ГОСТ 18105-86. Во все сроки коэффициенты вариации прочности обоих бетонов на изгиб и сжатие меньше 5 %, что говорит о высокой однородности МЗБ, особенно из экструдированных смесей, у которых коэффициенты вариации прочности на изгиб в указанный период в среднем составляют 3,44 % без добавки и 3,2 % с добавкой COSU, а на сжатие - 3,75 % и 3,44 % соответственно. Они на 11…16,7 % и 14,5 % меньше соответствующих коэффициентов вариации прочности эталонного МЗБ. Согласно правилам контроля прочности бетона ГОСТ 18105-85 и рекомендациям НИИЖБ, при низких значениях коэффициента вариации требуемая прочность бетона заданного класса и расход цемента могут быть снижены, что является дополнительным резервом снижения расхода цемента в бетоне на экструдировааных смесях.

Таблица 4. Статистическая оценка (V_R) однородности прочности МЗБ

№	Вид бетона	Состав бетона Ц : П : В : Д	VR на изгиб, через суток	VR на сжатие, через суток
			28	180	360	28	180	360
1	Обычный МЗБ	1:3:0,50	3,0	4,1	3,1	4,3	2,7	4,0	4,1	3,9	3,3	4,5	6,0	4,3
2		1:3:0,53	5,1		4,4		5,0		3,7		4,0		3,1
3		1:3:0,56	2,9		1,5		2,6		4,9		2,9		3,6
4		1:2,5:0,50	5,1		6,3		4,0		3,3		5,8		4,5
5		1:2,5:0,53	4,2		2,1		3,1		3,7		5,7		5,3
6		1:2,5:0,55	3,7		6,7		7,2		2,8		5,5		5,2
7		1:2:0,50	3,7		6,6		5,0		3,4		5,8		3,1
8		1:2:0,53	4,9		5,7		3,8		4,9		2,2		4,6
9		1:2:0,56	5,1		2,2		2,8		4,1		4,6		3,7
10	То же с добавкой COSU	1:3:0,50:0,008	2,1	1,7	3,4	4,0	1,6	3,5	3,9	3,7	3,2	4,5	4,4	4,0
11		1:3:0,53:0,008	1,5		4,6		5,8		3,9		5,1		4,0
12		1:3:0,56:0,008	1,5		4,0		3,1		3,2		4,5		3,5
13	МЗБ из экструдированных смесей	1:3:0,50	3,9	3,3	4,8	3,7	4,0	3,3	4,7	3,7	2,8	3,7	2,6	3,8
14		1:3:0,53	1,7		4,1		2,1		3,3		3,0		3,6
15		1:3:0,56	4,7		1,0		2,8		3,0		2,2		3,5
16		1:2,5:0,50	3,5		2,7		4,5		3,3		4,7		4,1
17		1:2,5:0,53	3,4		3,4		1,5		3,1		3,6		4,7
18		1:2,5:0,55	3,2		0,6		3,7		4,7		3,8		3,5
19		1:2:0,50	2,5		6,0		3,4		3,8		4,5		3,7
20		1:2:0,53	4,3		5,2		4,1		4,9		4,9		4,9
21		1:2:0,56	2,5		5,8		3,7		2,5		4,2		3,9
22	То же с добавкой COSU	1:3:0,50:0,008	1,6	1,6	2,7	3,3	3,4	3,2	2,9	3,0	3,5	3,7	4,1	3,7
23		1:3:0,53:0,008	1,3		2,5		2,7		2,7		3,9		3,7
24		1:3:0,56:0,008	1,8		4,8		3,4		3,3		3,4		3,4

Одинаковое превышение (приращение) прочности бетона из экструдированных смесей над соответствующим уровнем эталонного в каждом сроке испытаний независимо от состава бетона и В/Ц однообразно и устойчиво отражает проявление эффекта повышенного адгезионного взаимодействия цементного камня с поверхностью частиц песка. Количественное значение которого может рассматриваться в качестве оценочного критерия интенсивности адгезионного взаимодействия цементного (теста) камня с песком.

Микроскопический, рентгенофазовый и термогравиметрический анализы подтверждают конструктивный характер экструдирования исходных МЗБ смесей для получения бетона с повышенными эксплуатационными свойствами на рядовых сырьевых материалах.

Во все сроки испытаний (28, 180, 360 дней) на образцах эталонного МЗБ прослеживается неплотный контакт цементного камня с песком. Контактная зона бетона из экструдированной смеси разрывов не имеет (рис. 3). В ней более отчётливо заметна ориентированная кристаллизация портландита, гидроалюминатов и гелсообразных гиросиликатов кальция. В табл. 5 представлены результаты рентгеновского анализа продуктов твердения цемента в контактной зоне. Помимо идентификации минералов и фаз в анализе дана количественная оценка их содержания по совокупности интенсивностей дифракционных максимумов по отношению к совокупной интенсивности линий кварца (d =3,343; 1,813; 1,539; 2,28; 4,24)х10^-10м, принятой за 100 %.



Рис. 3. Микроструктура контактной зоны цементного камня с зёрнами песка мелкозернистых бетонов состава 1:2,5:0,53 (Ц:П:В) : а - эталонный; б - из экструдированой смеси (х 500)

Данные, приведенные в табл. 5 свидетельствуют о повышенном по сравнению с эталоном содержании в цементном камне контактной зоны бетона из экструдированной смеси основных «конструктивных» минералов и фаз - портландита, эттрингита, моносульфата, гидроалюминатов и гидросиликатов кальция. Относительное их содержание в разные сроки твёрдения меняется. В частности, содержание портландита в 28 суток превышало его в эталоне на 22,3 %, а в 180 дней - на 32,1 %; гидросиликатов кальция - на 15 и 26 % соответственно. Отмечается параллельное образование эттрингита и моносульфатной его формы, обусловленное, по-видимому, повышенным содержанием в клинкере портландцемента трёхкальциевого алюмината и связыванием гипса. Значительное превышение первого над вторым в 28 суток, в отдалённые сроки выравнивается. Во все сроки твёрдения содержание алита в бетоне из экструдированных смесей меньше, чем в эталонном: в 28 суток на 16,2 %, а в 180 и 360 дней - на 4,5…5 %, что хорошо согласуется со степенью гидратации цемента (табл. 6).

На рентгено- и термограммах образцов МЗБ в возрасте 180 и 360 суток обнаруживаются примерно в равном количестве карбонаты и карбоалюминаты в количестве 5…7 % относительной интенсивности. Возникновение их обусловлено карбонизацией гидроксида кальция и гидроалюминатов кальция углекислым газом воздуха. Процесс этот усиливается при повышенной влажности и температуре. Среди карбонатов наиболее устойчив кальцит, в который переходят арагонит и ватерит. Их кристаллизация уплотняет и упрочняет контактную зону и способствует образованию химической связи с цементным камнем. Термограммы подтверждают состав продуктов гидратации цемента, обнаруженные рентгеноанализом. Они содержат три эндотермических эффекта: при 120…150 ^оС, обусловленный удалением адсорбированной и кристаллизационной воды из гидратных соединений; при 480…510 ^оС - дегидратацией портландита; при 780…800 ^оС - диссоциацией кальцита и некоторых гидросиликатов. Наибольший эффект наблюдает на термограммах образцов, испытанных через 180 и 360 дней после изготовления и хранения в нормальных условиях. Термограммы сравниваемых бетонов практически идентичны.

Таблица 5

№	Название минералов и гидратных соединений	Межплоскостные расстояния, d.10-10м и интенсивности J, %
		Бетон принятый за эталон	Бетон из экструдированных смесей
		28	180	360	28	180	360
1	Ca(OH)2	4,92;2,63 1,93;1,79 J=3,43	4,91;2,62 1,92; 1,79 J=5,07	4,93:2,62 1,93;1,79 J=4,92	4,88;2,65 1,93; 1,8 J=4,61	4,91;2,63 1,92;1,79 J=6,7	4,91;2,64 1,94;1,79 J=5,38
2	C3AC3H31	9,37; 5,65 3,89; 2,58 J=3,40	9,93; 9,67 5,63; 4,97 3,88 J=5,6	9,93; 5,0 3,89;3,48 2,77;2,57 J=4,84	9,42;5,78 3,84;2,58 J=4,25	9,6; .57; 5,0;3,87 2,57;2,21 J=6,0	9,93;4,96 3,86;3,47 2,77;2,58 J=5,3
3	C3ACH12	9,08; 4,07 3,479 J=4,3	8,89; 4,47 4,02; 3,51 2,87; 2,45 J=4,37	8,91;4,46 4,01;3.51 2,87;2,45 J=4,66	8,47;3,94 3,65;2,88 J=6,18	8,91;4,46 3,98;3,51 2,88;2,45 J=6,5	8,83;4,46 3,98;3,51 2,87;2,46 J=4,72
4	C2AH8	10,69;2,58 2,55; 1,73 1,70;1,72 J=3,46	3,58; 2,87 2,546 J=5,0	9,07; 5,39 3,6; 2,87 2,54 J=6,14	10,20;2.88 1,74;1,70 2,543 J=4,45	3,6; 2,88; 2,53 J=6,2	9,07;5,39; 3,6; 2,87; 2,54 J=6,22
5	CSH(B); С2SH2 C3S2H3; C2SH	6,58;2,71 2,98; 2,8 3,07 J=2,45	3,07;3,05 2,81;1,83 J=6,9	3,06;3,03 2,79;1,82 1,67 J=6,14	9,13;3,09 3,0; 2,81 2,61 J=2,2	3,07;3,04 2,80;1,83 J=8,7	3,06; 3,04 2,80;1,83 1,67 J=6,61
6	C3S	1,759 J=12,9	3,02;2,74 2,59;1,76 J=6,7	3,01;2,75 2,19;1,76 J=4,76	1,744 J=10,8	3,02;2,77 2,74 J=6,4	3,02;2,74; 2,18; 1,76 J=4,52
7			2,86;2,53; 2,47;1,65 J=5,74	7,38;3,77 2,86;2,70 J=6,54		2,87;2,53 2,47;1,65 J=7,2	3,789 J=6,24
8	CaCO3		3,02;2,28 J=7,23	3,01;1,88 1,92 J=5,7		3,02; 2,276 J=7б7	3,04;1,87 1,88 J=5,21
9	Арагонит		3,42;1,97 J=8,62	3,42;1,97 J=5,6		3,42;1,97 J=7,8	1,97; 1,84 J=5,44
10	Ватерит		2,73;1,84 4,293 J=7,78	1,86;2,01 1,65 J=5,6		2,73;1,84 4,29 J=7,5	2,06; 1,84 J=5,44

Экструдированная исходная смесь МЗБ обеспечивает, таким образом, формирование более плотной и прочной контактной зоны между цементным камнем и песком. Образование повышенного количества и качества гидратных соединений обусловливается тесным контактом частиц цемента и песка, очищенных от адсорбированных газов и примесей, их полной гидрофилизацией и смачиванием, повышенной степенью гидратации цемента в начальный период и проявлением сил Ван-дер-Ваальса.

Особенности бетона из экструдированных смесей проявляются и в структуре его пористости. Общая пористость бетона с добавкой и без добавки COSU во все сроки твердения на 2…3 % меньше, чем эталонного. Капиллярная в те же сроки меньше на 7…15 % и тем меньше, чем выше степень гидратации цемента, В/Ц и меньше расход цемента. Соответственно, особенно в начальные сроки, возрастает гелево-концентрационная пористость, которая на 8…10 % в возрасте 28 суток и на 2…3 % в 180 и 360 суток превышает её в аналоге. Изменение её полностью соответствует изменению степени гидратации цемента в эти сроки. Примечательно, что при практически одинаковой пористости и степени гидратации цемента бетонов в равновесном состоянии в возрасте 360 дней, прочность бетона из экструдированных смесей идентичных составов оказывается на 18…20 % выше обычного (эталонного) МЗБ, что объясняется повышенной прочностью сцепления цементного камня с песком.

Таблица 6. Пористость цементного камня мелкозернистых бетонов через 28 сут.

№	Вид бетона	Состав бетона Ц:П:В:Д	Степень гидратации цемента, % по массе	Вид и значение пористости, %
				капиллярная	гелевая и контракционная	общая
1	Обычный МЗБ, уплотнённый вибрированием	1:3,0:0,50	63,4	9,33	9,38	18,71
2		1:3,0:0,53	66,3	10,02	9,71	19,73
3		1:3,0:0,56	68,9	10,79	9,98	20,77
4		1:2,5:0,50	58,2	11,91	9,62	21,53
5		1:2,5:0,53	60,3	12,90	9,89	22,78
6		1:2,5:0,56	62,8	13,78	10,19	23,98
7		1:2,0:0,50	55,0	14,63	10,36	25,00
8		1:2,0:0,53	56,3	15,89	10,45	26,35
9		1:2,0:0,56	59,0	16,71	10,77	27,48
10	То же с добавкой COSU	1:3:0,50:0,008	56,6	11,06	8,37	19,44
11		1:3:0,53:0,008	58,0	12,12	8,49	20,61
12		1:3:0,56:0,008	60,4	12,91	8,75	21,66
13	МЗБ из экструдированных смесей, уплотнённых вибрированием	1:3,0:0,50	70,6/111*	7,5/80*	10,4/111*	17,9/96*
14		1:3,0:0,53	72,2/109	8,5/85	10,6/109	19,1/97
15		1:3,0:0,56	72,6/105	9,9/91	10,5/105	20,4/98
16		1:2,5:0,50	64,4/111	10,2/85	10,6/111	20,8/97
17		1:2,5:0,53	67,2/111	11,0/85	11,0/111	22,0/96
18		1:2,5:0,56	68,6/109	12,2/88	11,1/109	23,3/97
19		1:2,0:0,50	58,4/106	13,5/95	11,0/106	24,5/98
20		1:2,0:0,53	60,1/107	14,7/92	11,2/107	25,8/98
21		1:2,0:0,56	61,1/104	16,1/96	11,2/104	27,2/99
22	То же с добавкой COSU	1:3:0,50:0,008	60,2/106	10,2/92	8,9/106	19,1/98
23		1:3:0,53:0,008	62,8/108	10,9/90	9,2/108	20,1/98
24		1:3:0,56:0,008	65,7/109	11,6/90	9,5/109	21,1/97

* За чертой - изменение степени гидратации и пористости в % по отношению к соответствующим значениям обычного МЗБ, принятым за 100 %

Повышенная прочность контакта цементного камня с песком в бетоне из экструдированных смесей резко снижает деформации его усадки и ползучести, определенные в соответствии с ГОСТ 24544-81. Из табл. 7 и на рис. 4 видно, что в ранние сроки (до 3 суток) деформации усадки указанного бетона на 64…75 % меньше усадки эталонного, а через 28 суток и более отдалённые сроки (180 и 360 суток) - на 12…14 %. Предельные деформации усадки () определенные расчётным путём близки к экспериментальным в возрасте 360 суток. Отмечается пониженная скорость нарастания усадки () бетона из экструдировааных смесей.

Рис. 4. Деформации усадки мелкозернистых бетонов разных составов (Ц:П:В = 1:2,5:0,5; 1:2,5:0,53; 1:2,5:0,56): 1, 2, 3 - обычного; 4, 5, 6 - из экструдированных смесей соответственно составам

Рис. 5. Относительные деформации ползучести мелкозернистого бетона составы 1:2,5:0,53 (Ц:П:В): 1- обычного; 2- из экструдированной смеси

Таблица 7 Деформации усадки мелкозернистых бетонов

Вид бетона	Состав бетона Ц : П : В	Деформации усадки бетона, мм/м, через сут.	х10-5
		3	7	14	21	28	180	363
Обычный МЗБ,	1:2,5:0,50	0,040	0,060	0,105	0,150	0,195	0,430	0,445	43,77	28,94
	1:2,5:0,53	0,055	0,090	0,155	0,215	0,265	0,555	0,570	55,65	25,85
	1:2,5:0,56	0,090	0,135	0,220	0,280	0,335	0,640	0,660	63,51	21,14
МЗБ из экструдированных смесей	1:2,5:0,50	0,010 25,0%*	0,040 66,7%	0,090 85,7%	0,135 90,0%	0,175 89,7%	0,385 89,5%	0,390 87,6%	38,12 87,1%	23,82 82,3%
	1:2,5:0,53	0,020 36,4%*	0,050 55,6%	0,120 77,4%	0,175 81,4%	0,225 84,9%	0,485 87,4%	0,495 86,8%	48,3 86,8%	24,80 95,9%
	1:2,5:0,56	0,025 27,8%*	0,065 48,1%	0,150 68,2%	0,225 80,4%	0,285 85,1%	0,570 89,1%	0,580 87,9%	56,01 88,3%	21,09 99,8%

* Процентный уровень деформаций усадки мелкозернистого бетона из экструдированных смесей по отношению к усадке обычного бетона

Параллельно на образцах 7х7х28 см определяли ползучесть МЗБ под нагрузкой 0,3R_пр. Из табл. 8 и рис. 5 видно, быстрое расхождение деформаций ползучести сравниваемых бетонов. В состоянии затухания ползучести к 360 суткам ползучесть МЗБ из экструдированных смесей оказывается на 38 % меньше эталонного, а мера ползучести - на 60 %. Предельные её значения практически совпадают с экспериментальными.

Таблица 8

Вид бетона	Относительная деформация ползучести,
	50	62	75	100	122	152	175	180	196	225	250	280	308	335	360
Обычный МЗБ	67	72	85	100	106	123	127	128	134	139	142	152	154	160	162
МЗБ из экструд. смесей	39	45	53	65	79	85	88	89	90	94	96	98	98	100	101

Снижение деформаций усадки и ползучести МЗБ из экструдированных смесей объясняется включением в работу упрочненного контакта цементного камня с песком, препятствующего сдвиговым напряжениям.

Деформации усадки и ползучести проявляются совместно. Скорости их развития разные при , как в проведённых исследованиях, трещины в обоих видах МЗБ образовываться не будут, т.к. растягивающие напряжения при усадке будут успевать релаксировать. Это означает, что обычный МЗБ может быть трещиностойким, но недостаточно жестким, для изготовления изгибаемых и преднапряженных конструкций.

Обоим этим требованиям удовлетворяет МЗБ из экструдировааных смесей, изготовляемый на рядовых материалах. Модуль упругости его 72,6 МПа, а обычного 43,7 МПа, т.е., на 66 % больше. В сочетании с пониженной усадкой и ползучестью это обеспечивает получение конструкций повышенной трещиностойкости и жесткости.

По результатам исследований разработаны примерная технологическая схема и рекомендации по производству перегородочных панелей из бетона класса В22,5 (марки 300) на основе экструдированных смесей мощностью 18678 м³/год. В технологической линии по производству перегородочных панелей предусмотрена установка, двухкамерного экструдера, наподобие ленточного вакуумного пресса, используемого при производстве керамических изделий. Он легко встраивается в технологическую схему производства МЗБ. В диссертации выполнен подробный технико-экономический расчет производства этих панелей с годовым экономическим эффектом. Экономический эффект от снижения расхода цемента составляет 100 тыс. долларов, или 3,497 млн. руб. в год.

Общие выводы

1. Обосновано и экспериментально подтверждено повышение технико-технологических свойств МЗБ на рядовых материалах за счёт усиления адгезионного взаимодействия цементирующей связки с поверхностью зёрен песка путём экструдирования исходной цементно-песчаной смеси через отверстия мундштука червячного экструдера с одновременным сдвигом микрообъёмов смеси в момент прохождения её через отверстия мундштука, что обеспечивает удаление газовоздушной фазы и примесей с поверхности зёрен цемента и песка, обнажение их активных центров, гидрофилизацию и смачивание; ускоряет образование повышенного количества гидратных соединений; прочных, в т.ч. химических контактов между цементирующей связкой и поверхностью зёрен песка.

2. Получен мелкозернистый бетон из экструдированных смесей средней прочности в проектом возрасте на сжатие 45…50 МПа и изгиб 8,5…10 МПа, классов В35…В40, превышающей эти виды прочности обычного МЗБ на 28…38 % на сжатие и на 10…15 % - на изгиб.

3. Оценка адгезионного взаимодействия цементного (теста) камня с поверхностью зёрен песка, сделана на сравнении технологических и технических свойств мелкозернистых бетонов одинаковых составов и В/Ц, полученных из бетонных смесей, приготовленных разными способами - на бегунковой мешалке (эталон) и экструдированием.

4. Предложен критерий интенсивности адгезионного взаимодействия цементного (теста) камня с поверхностью частиц песка, за который принимается независимое от состава бетона, В/Ц и степени гидратации цемента устойчивое во времени равное приращение прочности мелкозернистого бетона на сжатие и изгиб из экструдированных смесей над соответствующим уровнем прочности мелкозернистого бетона в равновесном состоянии, составляющее 18…20 %.

5. Подвижность идентичных по составу МЗБ из экструдированных смесей выше на 10…12 и 13…15 %, соответственно без и с добавкой суперпластификатора, подвижности мелкозернистого бетона (эталона), что обусловлено перераспделением воды в экструдированной смеси при её обжатии, полнотой гидрофилизации и смачивания поверхности частиц.

6. Скорость твердения МЗБ из экструдированных смесей выше, обычного, особенно в начальные сроки 3…28 дней на 30…40 %, что обусловлено активационными процессами резкого сближения, гидрофилизации и смачивания частиц песка и цемента, повышенной на 8…10 % степенью гидратации цемента и скоростью образования гидратных соединений и контактов между частицами.

7. Однородность прочности сравниваемых бетонов высокая (коэффициент вариант < 5 %); у изготовленного из экструдированных смесей она выше на 12…15 % (по меньшим значениям коэффициентов вариации), что позволяет снизить среднюю прочность класса бетона и, наряду с повышенной его прочностью - расход цемента на 18…20 %.

8. Имеется прямая взаимосвязь капиллярной, гелевой и общей пористости сравниваемых бетонов со степенью гидратации цемента. В отдалённые сроки - 180, 360 дней эти виды пористости практически выравниваются. Различие не превышает 2…3 %. Настолько же уменьшается общая и возрастает гелевая пористость бетона из экструдированных смесей по сравнению с эталоном, а капиллярная уменьшается на 7…10 %.

9. Деформации усадки и ползучести проявляются совместно. Влияние их на трещиностойкость и жесткость конструкций из мелкозернистого бетона определяется сравнением скоростей их развития во времени. При таком сравнении трещиностойкость обычного (эталонного) МЗБ оказывается достаточной, а жесткость нет, а из экструдированных смесей - обеспечивается то и другое, благодаря снижению предельных значений деформаций усадки на 13…14 %, ползучести на 35…40 % и повышению модуля упругости на 66 %.

10. Контактная зона обычного (эталонного) МЗБ во все сроки твердения характеризуется недостаточным сцеплением между цементным камнем и зерном песка. В бетоне из экструдированных смесей расслоение отсутствует.

11. Во все сроки твердения в контактной зоне мелкозернистого бетона из экструдированных смесей наблюдается повышенное по сравнению с эталоном присутствие в цементном камнем портландита, эттрингита, моносульфата кальция, гидроалюминатов и пониженное алита и других клинкерных минералов. В поздние сроки - 180 и 360 дней в цементном камне обнаружены кальцит, арагонит и меньше ватерит и карбоалюминаты, образовавшиеся вследствие карбонизации портландита и гидроалюминатов кальция углекислым газом воздуха, которое, судя по приращению прочности бетонов во времени, особенно из экструдированных смесей, носит конструктивный характер.

12. Разработаны технологическая схема и рекомендации по экструдерному оборудованию и производству стеновых перегородочных панелей из МЗБ из экструдированных смесей мощностью 18678 м³ в год.

13. Выполнен расчёт технико-экономической эффективности производства стеновых перегородочных панелей из мелкозернистых экструдированных бетонных смесей. Экономический эффект от снижения расхода цемента на 18…20 % составляет 100 тыс. долларов или 3,497 млн. руб. в год.

Основные положения диссертации опубликованы в работах

1. Чан Минь Дык, Сахаров Г.П. Экструзионный мелкозернистый бетон. // Известия вузов. Строительство, 2008. - № 2. - С. 24-26.

2. Сахаров Г.П., Чан Минь Дык. Повышение свойств МЗБ экструдированием смесей. // Бетон и железобетон, 2009. - № 1. - С. 6-8.

3. Чан Минь Дык, Сахаров Г.П. Экструзионный мелкозернистый бетон // Всероссийский смотр научных и творческих работ иностранных студентов и аспирантов. Томск: Апреля 2007.

4. Сахаров Г.П., Чан Минь Дык. Экструдированный мелкозернистый бетон. // Технологии бетонов. - 2009. - № 2. - С. 24-25.

5. Чан Минь Дык. Усадка и ползучесть мелкозернистого бетона из экструдированных смесей. // Строительство - формирование среды жизнедеятельности. Научные труды. XII-ая международная межвузовская научно-практическая конференция молодых ученых докторов и аспирантов. - М.: Апреля 2009. - С. 447-453.

6. Чан Минь Дык. Влажностные и силовые деформации МЗБ модернизированной технологии. // III-ий всероссийский смотр научных и творческих работ иностранных студентов и аспирантов. Томск: Мая 2009.

7. Чан Минь Дык, Сахаров Г.П. Сh? t?o v?a bк tфng c?t li?u nh? b?ng сфng ngh? рщn йp. Изготовление мелкозернистой бетонной смеси по экструдированной технологии // Стройка. - 2007. - № 7. - С. 43-44.

Размещено на Allbest.ru