Бетоны, модифицированные золем кремнекислоты 05.23.05 - Строительные материалы и изделия (стр. 4 )

В четвертой главепроведена оптимизация составов мелкозернистых бетонов повышенного качества, модифицированных комплексным коллоидным модификатором. В задачу исследования свойств мелкозернистого бетона повышенного качества входило: разработки оптимального состава, определение физико-механических свойств бетона, активированного комплексным коллоидным модификатором.

В ходе многочисленных экспериментов и исследований автором было установлено, что количество вводимого коллоидного модификатора зависит от пористости искусственного камня (табл. 7).

Таблица 7

Оптимальное кол-во коллоидного модификатора в зависимости

от пористости материала

Кол-во вводимого ККМ, % (от массы цемента)	0,2-0,4	5-10	15-20	25-30
Открытая пористость, %	8-10,5	6-23	14 -23	30-35
Эффект прироста прочности, %	20 -30	20-35	25- 40	20- 40

Так, например, в цементном камне, открытая пористость которого составляет 8-10%,  оптимальной дозировкой коллоидного модификатора является 0,2-0,4%. При возрастании открытой пористости соответственно дозировка вводимого коллоидного модификатора также возрастает. На составах мелкозернистого бетона расход комплексного коллоидного модификатора варьировался от 2 до 20 % от массы цемента.

С целью оптимизации составов мелкозернистого бетона с содержанием комплексного коллоидного модификатора был запланирован активный трехфакторный эксперимент. Планирование эксперимента предполагает поиск рациональной последовательности получения данных о свойствах изучаемых объектов. План эксперимента составлялся таким образом, чтобы при минимальной затрате времени и средств получить максимум информации об объекте. В качестве выходного параметра, на который влияют факторы эксперимента, был выбран предел прочности при сжатии, МПа (Y) в возрасте 7, 28 сут мелкозернистого бетона.

Анализ полученных математических моделей позволил установить оптимальные составы мелкозернистых бетонов, обеспечивающие получение бетона с максимальными прочностными характеристиками в возрасте 7, 28 сут. Путем определения предельных значений факторов, обеспечивающих получение мелкозернистого бетона повышенного качества класса В 60, было установлено, что для получения мелкозернистого бетона требуемой марки необходимо содержание комплексного коллоидного модификатора – 10 % по массе, расход цемента при этом составил 650 кг/м3,водовяжущее отношение – 0,4,содержание заполнителя в бетоне – 40-50%. 

а  б

Рис. 3. Влияние количества ККМ на прочность. Предел при сжатии

мелкозернистого бетона: а - в возрасте 7 сут; б - в возрасте 28 сут

а  б

  в

Рис. 4. Влияние количества ККМ на основные свойства мелкозернистого бетона: а - водопоглощение по объему; б - водопоглощение по массе;

в - средняя плотность

Эффект прироста прочности и улучшение основных строительнотехнических свойств мелкозернистого бетона с использованием комплексного коллоидного модификатора автор связывает с тем, что:

- введение многокомпонентного золя способствует созданию дополнительного структурного элемента в бетонной смеси. Этот элемент представляет собой наночастицу оксида кремния, который со временем в результате реакции с Са(ОН)2 переходит в гидросиликат кальция и способствует сокращению количества пор от размера 1 нм и выше;

- в процессе поликонденсации, которая имеет место на всех стадиях золь-гель процесса, образуются микрогелевые структуры, содержащие молекулы различной молекулярной массы (от мономера до полимеров). Поликонденсация в объеме частиц приводит к их уплотнению. На стадии гелеобразования эта реакция способствует упрочнению коагуляционных контактов между частицами, служит причинойсинерезиса. В свою очередь продукты гелеобразования заполняют микропоры структуры бетона частицами золя и продуктами его взаимодействия, что приводит к повышению основных физико-механических свойств бетона.

Таблица 8

Свойства мелкозернистого бетона с содержанием коллоидного модификатора

Свойства	Контрольный	С содержанием ККМ
Средняя плотность, кг/м3	2369	2554
Прочность при сжатии в возрасте 7 сут, МПа	41	54
Прочность при сжатии в возрасте 28 сут, МПа	63	82
Водопоглощение по массе, %	10	2
Водопоглощение по объему, %	24	6
Марка бетона по морозостойкости	более F 100	более F 300

В пятой главе произведена оценка технико-экономического эффекта применения коллоидного модификатора. Экономическая эффективность производства мелкозернистого бетона с применением комплексного коллоидного модификатора обусловлена использованием доступных сырьевых материалов, возможностью снижения расхода цемента при производстве высококачественныхбетонов на 22-26 % без снижения прочности.

Общие выводы

1.Разработан путем химической поликонденсации новый комплексный коллоидный модификатор на основе золь-гель метода, принципиально отличающийся способом получения и химическим составом от известных науке золь-гель добавок.

2. Комплексный коллоидный модификатор представляет собой одновременно золь кремниевой кислоты, гидроксидов железа и алюминия и ускорителя твердения кальция хлористого. Определен состав, характеристика и основные свойства комплексного коллоидного модификатора.

3. Установлен механизм структурообразования цементного камня в присутствии комплексного коллоидного модификатора. Механизм структурообразования заключается в формировании термодинамически устойчивой мелкокристаллической структуры цементного камня посредством образования центров кристаллизации, состоящих из продуктов химического взаимодействия наноразмерных частиц кремнезема с Ca(OH)2, а также вследствие их адсорбции на границе раздела фаз, обеспечивающей блокирование роста и перекристаллизации кристаллов извести. Методами РЭМ выявлено, что в присутствии комплексного коллоидного модификатора основными продуктами твердения являются гидратные фазы, близкие по химическому составу к C-S-H (II), а также кальцит и известь. В присутствии комплексного коллоидного модификатора наблюдается снижение и перераспределение капиллярной пористости, формирование плотных и высокопрочных структур конгломератов.

4. Рассмотрена возможность получения нового коллоидного модификатора на основе местной сырьевой базы, стекловидного перлита Мухор-Талинского месторождения Республики Бурятия. Эффективность полученного коллоидного модификатора так же позволяет повысить гидратационную активность цементного вяжущего на 30-40%.

5. Экспериментально доказано, что оптимальное количество вводимого коллоидного модификатора для повышения прочностных характеристик зависит от пористости материала. Так оптимальной дозировкой коллоидного модификатора в цементном камне с открытой пористостью 8-10 % является 0,2-0,4% от массы цемента. На составах мелкозернистого бетона, где открытая пористость составляет 5-25%, оптимальной дозировкой коллоидного модификатора является 10-15% от массы цемента.

6. Теоретически и экспериментально обоснована возможность получения мелкозернистого бетона повышенного качества путем введения комплексного коллоидного модификатора.

7. Установлено, что предложенные составы мелкозернистого бетона с использованием комплексного коллоидного модификатора позволяют получать изделия с пределом прочности при сжатии 70-80 МПа, плотностью 2,4-2,5 г/см3, водопоглощением 6-8% и морозостойкостью более 300 циклов.

8. Экономическая эффективность использования производства и применения комплексного коллоидного модификатора обусловлена использованием доступных сырьевых материалов, возможностью снижения энергозатрат, расхода цемента на 25-30 % без снижения прочности при производстве и получением материала с улучшенными технико-эксплуатационными свойствами.

По теме диссертации опубликованы следующие работы:

1. Доржиева вяжущие и материалы на их основе/, , // Строительные материалы. -2010.-№11. – С.42-43.

2. Доржиева цементного камня введением многокомпонентного золя/ , , // Строительные материалы. -2011.-№9. – С.68-69.

3. Доржиева влияния золь-гель процессов на свойсвта цементного камня. Theinfluenceofsol –gelprocessonthe properties of hardened cement paste/ , , // Нанотехнологиивстроительстве. Nanobuild.-2011. -№6. – С. 77-83.

4. Доржиева – модификаторыцементногокамня/, , // ВестникВСГУТУ. - Улан-Удэ, 2012.-№4.-С.75-80.

5. Доржиева перлитов в качестве модификаторов для получения бетонов повышенной прочности/ , , // Междунар. сб. науч. тр. «Бетон судлалынIX бага хурал». - Улан-Батор, 2010. – С.112-115.

6. Доржиева свойств цементного камня, модифицированного золями/ , , // Сб. науч. тр. IIМеждунар. науч.-практ. конф. «Строительная индустрия: вчера, сегодня, завтра». - Пенза, 2011.

7. Доржиева солей, как способ модификации вяжущих систем/ , , // Материалы междунар. науч.-практ. конф. «Строительный комплекс России. Наука. Образование. Практика». - Улан-Удэ, 2012.- С. 240-242.

8. Доржиева бетоны на основе вяжущих систем модифицированными новыми зольсодержащими добавками/, , // Сб. науч. тр. XIIМеждунар. конф. по бетону«Экобетон». - Улан-Батор, 2013. – С. 151-157.

9. Пат. № 000 РФ Высокопрочный бетон/, , . Заявл. № 000/03. Приоритет 16.06.2010г., С04В 28/04; опубл. 20.01.2012.

Подписано в печать 22.10.2013 г. Формат 60х84 1/16.

Усл. п.л. 1,16. Тираж 100 экз. Заказ № 000.

Издательство ВСГУТУ. 670013, в, строение 1.