Бетоны, модифицированные золем кремнекислоты 05.23.05 - Строительные материалы и изделия (стр. 1 )

На правах рукописи

Бетоны, модифицированные

золем кремнекислоты

05.23.05 – Строительные материалы и изделия

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Улан-Удэ 2013

Работа выполнена в ФГБОУ ВПО «Восточно-Сибирский

государственный университет технологий и управления»

Научный руководитель:  кандидат технических наук, доцент

 

                       

Официальные оппоненты: 

  доктор технических наук, профессор

Казанский государственный архитектурно-строительный университет, заведующий кафедрой технологии строительных материалов, изделий и конструкций

кандидат технических наук

заместительзаведующего лабораторией НИИЖБ структурного подразделения «Строительство»

Ведущая организация:  ФГБУН «Байкальский институт природопользования» СО РАН, г. Улан-Удэ

Защита состоится «29» ноября 2013 г. в 11 30 часов на заседании  диссертационного совета ДМ 212.039.01 при Восточно-Сибирском  государственном университете технологий и управления г. Улан-Удэ, В, строение 1, аудитория 8-124

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Восточно-Сибирского государственного университета технологий и управления.

Автореферат разослан «26» октября2013 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета  Дамдинова Дарима Ракшаевна

Актуальность работы. Бетон и железобетон по своим техническим и экономическим показателям являются одними из наиболее приоритетных материалов строительства, поэтому по-прежнему важной задачей современности является повышение их качества. На данном этапе развития строительства проблемы повышения качества, долговечности, экономичности бетона и железобетона успешно решаются путем химизации этой отрасли. Одним из наиболее перспективных и эффективных направлений химизации в современном строительстве является широкое использование различных органических и неорганических соединений в качестве специальных добавок к бетону. Эти добавки с полным основанием именуются модификаторами бетонной смеси и затвердевшего бетона. Интересным, но малоизученным направлением в области модификаторов для получения высококачественных бетонов является применение золь-гель технологий. Еще в 1980-е гг. профессор проявил интерес к золь-гелямкак прогрессивному методу, связанному с получением композиционных материалов с улучшенными свойствами. Трудно представить физическую картину влияния микродобавок, полученных золь-гель методом, на процессы твердения цемента, однако полученные при их использовании результаты повышения основных строительно-технических свойств цементного камня и бетонов (морозостойкость, прочность, снижение усадочных деформаций, водонепроницаемость) подтверждают высокую эффективность применения данных видов модификаторов. К настоящему времени появилось значительное количество добавок на основе золя кремниевой кислоты, золя гидроксида железа, гидроксида алюминия, позволяющих получить высокопрочные бетоны за счет интенсификации процесса гидратации цемента. Большой вклад в изучение данного направления внеслитакие ученые, такие как , , идр.

Золь-гель технология обладает преимуществами по сравнению с традиционными методами получения материалов, так как позволяет обеспечивать высокую чистоту исходных материалов и гомогенность получаемого продукта, регулировать микроструктуру материалов на начальной стадии процесса, изменять реологические свойства дисперсной системы в широких пределах. Уникальные свойства золей позволяют создавать слои на гидратирующих частицах цемента посредством моделирования мицеллы или макромолекулы золя - структурированной коллоидной частицы, которая так или иначе будет влиять на гидратационные процессы. Технологическим преимуществом является возможность введения добавки в цементную систему вместе с водой затворения, золь равномерно распределяется в дисперсионной среде, а значит и в бетонной смеси. Проблемой в применении золей является низкая устойчивость при хранении, что устраняется введением стабилизаторов, зачастую приводящих к дополнительному замедлению процессов гидратации. Решением данной проблемы может служить введение дополнительного компонента – ускорителя твердения. До сих пор в качестве золей использовались однокомпонентные дисперсии либо силикатного, либо железистого состава. В данной работе впервые предлагается способ получения многокомпонентного золя и модифицирование мелкозернистого бетона с помощью многокомпонентного золя, в составе которого одновременно содержатся три вида золя: золь кремниевой кислоты, золь гидроксида железа, золь гидроксида алюминия, а так же известный ускоритель твердения цемента - кальций хлористый. 

Цель работы. Целью настоящей работы является разработка составов мелкозернистого бетона, модифицированного новой добавкой, полученной с помощью золь-гель метода, именуемой далее комплексным коллоидным модификатором (ККМ).

Для ее достижения были поставлены следующие задачи:

– предложить технологию синтеза комплексных коллоидных модификаторов как добавок для цементных композиций и бетонов на их основе;

- изучить возможность получения коллоидного модификатора на основе стекловидного перлита Мухор-Талинского месторождения;

– изучить свойства комплексного коллоидного модификатора, закономерности его влияния на технологические и эксплуатационные свойства цементных композиций и бетонов на их основе;

- методом математического планирования подобрать оптимальные составы мелкозернистых бетонов с содержанием комплексного коллоидного модификатора;

-исследовать основные физико-механические свойства мелкозернистого бетона с содержанием комплексного коллоидного модификатора. 

Научная новизна работы:

-предложен принцип повышения качества мелкозернистого бетона за счет его модификации комплексным коллоидным модификатором, получаемым путем химической поликонденсации на основе портландцемента по золь-гель методу;

-установлен механизм структурообразования цементного камня с применением комплексного коллоидного модификатора;

-предложен новый путь технологически упрощенного синтеза модифицирующей добавки в виде многокомпонентного золя кремниевой кислоты, гидроксидов железа и алюминия и известного ускорителя твердения – кальция хлористого, используемого в ультранизких дозировках;

-экспериментально подтверждена эффективность применения добавки в виде комплексного коллоидного модификатора для получения изделий из мелкозернистого бетона с повышенными характеристиками прочности в 1,5-2 раза, морозостойкости - в 2-2,5 раза, водопоглощения - в 1,5-2 раза.

Практическая значимость работы.

Разработанный комплексный коллоидный модификатор позволяет при оптимальном его содержании повысить прочность бетона до 2,5 раз; снизить усадку и водопоглощение в 1,5-2 раза; повысить марку по морозостойкости в 2-2,5 раза; снизить расход цемента на 25-30% без потери прочности; снизить энергоемкость производства бетонов на 15-20%; ускорить введение конструкций в эксплуатацию; добавка может использоваться при низких расходах цемента.

Предложены оптимальные составы мелкозернистых бетонов с использованием комплексного коллоидного модификатора, позволяющие получать изделия с пределом прочности при сжатии до 70-80 МПа и морозостойкостью более 300 циклов.

Получены математические модели зависимости прочности, плотности мелкозернистого бетона через 7 и 28 сут твердения от расходов цемента и от содержания комплексного коллоидного модификатора.

Автор выносит на защиту:

-способы повышения эффективности модифицированного мелкозернистого бетона с использованием комплексного коллоидного модификатора;

-основные принципы получения комплексного коллоидного модификатора;

-оценку свойств и эффективность комплексного коллоидного модификатора в цементных композициях с последующим применением их для модифицирования мелкозернистого бетона;

-зависимость свойств мелкозернистого бетона от процентного содержания вводимого комплексного коллоидного модификатора при различных расходах цемента.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы были доложены и обсуждены на следующих конференциях:

-II Международная научно-практическая конференция «Строительная индустрия: вчера, сегодня, завтра» (Пенза, Пензенский государственный университет архитектуры и строительства, 2011);

-IV Всероссийская научно-техническая конференция «Актуальные проблемы в строительстве» (Новосибирск, Новосибирский государственный архитектурно-строительный университет, 2011);

- Международная научно-практическая конференция «Строительный комплекс России: наука, образование, практика» (Улан-Удэ, Восточно-Сибирский государственный университет технологий и управления, 2012);

- Научная конференция преподавателей, научных работников и аспирантов, посвященная 90-летию образования Республики Бурятия (Улан-Удэ, Восточно-Сибирский государственный университет технологий и управления, 2013);

-XII Международная научная конференция «Экобетон» (Монголия, Улан-Батор, 2013);

-Международная научная конференция «Эффективные строительные композиты для архитектурной геоники» (Белгород, Белгородский государственный технологический университет им , 2013).

Публикации. Результаты исследований, отражающие основные положения диссертационной работы, опубликованы в 8научных статьях, в том числе 4 статьи в журналах по реестру ВАК Российской Федерации. По результатам исследований получен 1 патент.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из 5глав, основных выводов, списка литературы и приложений. Работа изложена на 125

страницахмашинописного текста, включающего 25 таблиц, 20рисунков и фотографий, список литературы, состоящий из более 100 наименований, приложения.

Работа выполнена на кафедре «Производство строительных материалов, изделий и конструкций» Восточно-Сибирского государственного университета технологий и управления под руководством канд. техн. наук, доц. . Автор благодаритканд. хим. наук, доц. кафедры , канд. техн. наук, доц. кафедры за ценные замечания и помощь при выполнении диссертации, а также всех коллег по кафедре ПСМИ за доброжелательность и постоянное внимание.