Документ: Физико-химические проблемы и высокие технологии строительного материаловедения. Колодяжный С.А, страницы 6-10

Научный Вестник Воронежского государственного архитектурно-строительного университета

оборота. Опыты повторяли 2 – 3 раза при различных значениях Р. Вязкость модельной жидкости () в Па×с рассчитывают по формуле:

= К Р Р

(1)

где К = 0,393 – константа прибора, Р – масса груза , г ; n – число оборотов; t – время оборота, с; P0 – масса груза, обеспечивающая холостой ход прибора, г

Экспериментальные результаты определения вязкости цементного теста для контрольной системы «0» (цемент-вода) представлены в таблице 2.

				Таблица 2
	Определение вязкости контрольного образца
Эталон (цемент	Масса груза и	Длительность 2-х	Расчетное	Среднее
без добавок),	чашек	оборотов диска	значение	значение
В/Ц, %	прибора Р, г	прибора t, с	вязкости µ, Па·с	вязкости, Па·с
	9	15,00	14,74
0,32	11	1,53	2,11	7,39
	14	2,70	5,31
	8	35,40	27,79
0,31	10	6,21	7,32	13,80
	12	4,00	6,29

По результатам испытания было установлено, что оптимальное водоцементное отношение (В/Ц) составляет 0,32. Далее проводили определение вязкости для цементного теста с различными КНД и разной концентрацией НРЧ SiO2 при В/Ц = 0,32.

Экспериментальные результаты определения вязкости цементного теста для модифицированных цементных систем представлены в таблице 3.

Таблица 3 Результаты определения вязкостей цементного теста с комплексными нанодобавками

	и		г	Длительность 2-х			Расчетное значение			Среднее значение
	и		г
	Масса груза		прибора Р,	оборотов диска
Цемент с		чашек		оборотов диска			вязкости µ,		Па·с	вязкости, Па·с
Цемент с				прибора t, с			вязкости µ,		Па·с	вязкости, Па·с
добавками,				прибора t, с
добавками,
В/Ц=0,32				КНД-1	КНД-2	КНД-3	КНД-1	КНД-2	КНД-3	КНД-1	КНД-2	КНД-3
				КНД-1	КНД-2	КНД-3	КНД-1	КНД-2	КНД-3	КНД-1	КНД-2	КНД-3


		11		4,50	3,75	2,80	6,19	5,16	3,85
ѡнрч = 0,1		14		2,40	2,03	2,20	4,72	3,99	4,32	4,73	4,29	4,44
		19		1,11	1,27	1,75	3,27	3,74	5,16
		11		3,14	3,50	4,45	4,52	4,81	6,12
ѡнрч = 0,01		14		1,75	2,42	2,49	5,44	4,76	4,89	5,41	4,65	5,34
		19		1,35	1,49	1,70	5,98	4,39	5,01
		11		4,06	3,11	3,70	5,58	4,28	5,09
ѡнрч = 0,001		14		2,76	2,15	2,76	5,42	4,22	5,42	5,27	4,21	5,28
		19		1,63	1,40	1,80	4,81	4,13	5,32

Обсуждение результатов. Анализ экспериментальных данных показывает, что добавка 1 (СП Sika Visco® Crete® 20НЕ) влияет на вязкость только при низких дозировках wнрч(SiO2). С уменьшением концентрации wнрч(SiO2) вязкость увеличивается. При введении

6

Серия «Физико-химические проблемы и высокие технологии строительного материаловедения» Выпуск № 2(13), 2016

добавки 2 (СП Sikament® FF) вязкость системы существенно возрастает, при этом показатель вязкости не зависит от дозировки ωнрч(SiO2). Добавка 3 (СП GLENIUM® ACE 30) позволяет постепенно увеличить вязкость цементного теста, что зависит от дозировки ωнрч(SiO2), т.е. чем меньше ωнрч(SiO2), тем больше вязкость. Добавки 1 и 3 ведут себя однотипно, т.к. основой обоих СП являются поликарбоксилатные эфиры.

Полученные экспериментальные результаты хорошо коррелируют с ранее полученными данными [5] по пластической прочности цементного камня в ранние сроки твердения. В данной работе было показано, что введение комплексной добавки, состоящей из НРЧ SiO2 и суперпластификатора, замедляет процессы твердения в каждом случае, независимо от вида СП. В ранние сроки твердения (до 120 минут) пластифицирующий эффект добавок определяется изменением количества воды в сольватных оболочках на частицах цемента. В процессе адсорбции СП на поверхности твердой фазы количество воды сольватных оболочек уменьшается, а количество свободной воды возрастает. Таким образом, это ведет к улучшению реологических характеристик смеси, и именно в ранние сроки, несколько замедляет процессы структурообразования и твердения цемента.

Заключение. Установлено, что при одинаковом В/Ц применение КНД позволяет снизить вязкость цементного теста в 1,5 раза (таблица 3) по сравнению с контрольной немодифицированной системой, что создает условия для использования данных добавок для получения высокоподвижных и самоуплотняющихся бетонных смесей.

Список литературы

1. Чернышов Е.М. Нанотехнологические исследования строительных композитов: общие суждения, основные направления и результаты // Нанотехнологии в строительстве.

2009. №1. С. 45 – 59

2.Артамонова О.В., Сергуткина О.Р. Строительные материалы: тенденции развития и перспективы // Научный Вестник Воронежского ГАСУ. 2013. № 6. С. 13 – 22.

3.Батраков В.Г. Модифицированные бетоны. Теория и практика – М. 1998. – 768 с.

4.Химия в строительстве / В.Б. Ратинов, Иванов Ф.М. – М.: Стройиздат, 1989. – 220 с.

5.Артамонова О.В., Верлина Н.А., Кретинина В.Н. Изучение процессов раннего структурообразования модифицированного цементного камня //Научный Вестник Воронежского ГАСУ. 2016, выпуск 1(12). С. 3 – 8.

6.Шмитько Е.И., Коротких Д.Н., Мысков В.В. Процессы и аппараты в технологии строительных материалов и изделий: лабораторный практикум / Воронеж. гос. арх.- строит. у-т.- Воронеж, 2007.- Т.2 (вопросы теории).- 61 с.

________________________________________________________________________________

Артамонова Ольга Владимировна - к.х.н., доцент кафедры химии Воронежского технического университета.

E-mail: ol_artam@rambler.ru. Тел. 8(473) 2-71-76-17

Кретинина Виктория Николаевна - магистр строительно-технологического института Воронежского технического университета, группа М141.

Мягких Кристина Сергеевна - студентка строительно-технологического института Воронежского технического университета, группа Б3041.

Гущина Елена Юрьевна - ведущий инженер кафедры химии Воронежского технического университета. E-mail: u00303@vgasu.vrn.ru. Тел. 8(473) 2-71-76-17

7

Научный Вестник Воронежского государственного архитектурно-строительного университета

УДК 691.32

В.П. Ярцев, Е.И. Репина, Соуди Небрас И.Ю., В.В. Шеверда

ВЛИЯНИЕ НАПОЛНИТЕЛЕЙ ИЗ ПРОМЫШЛЕННЫХ ОТХОДОВ НА ПРОЧНОСТЬ И ДОЛГОВЕЧНОСТЬ МЕЛКОЗЕРНИСТЫХ БЕТОНОВ

Изучено влияние наполнителей из техногенных отходов на основные эксплуатационные параметры мелкозернистых бетонов. Установлены оптимальные концентрации и размер зерен наполнителей. Предложена методика расчета значений длительной прочности бетонов для заданного срока эксплуатации.

Ключевые слова: мелкозернистые бетоны, твердые промышленные отходы, оптимальная концентрация, размер зерен наполнителя, длительная прочность, долговечность.

V.P. Yartsev, E.I. Repinа, Soudi Nebras I.Y., V.V. Cheverda

THE EFFECT OF FILLERS FROM INDUSTRIAL WASTE ON THE STRENGTH

AND DURABILITY FINE-GRAINED CONCRETE

The influence of fillers from industrial waste on the key operational parameters of fine-grained concrete is studied. The optimal concentration and the grain size of the fillers are installed. The proposed method and calculate the values of long-term strength of concrete for a specified period of operation.

Keywords: fine-grained concrete, industrial solid waste, optimum concentration, the grain size of the filler, long-term strength and durability.

Мелкозернитые бетоны используются при изготовлении тонкостенных конструкций, устройстве монолитных полов, в каменной кладке и т.д. По своим эксплуатационным характеристикам они не уступают бетонам, в состав которых входит крупный заполнитель. В отдельных случаях их применение оказывается более экономически целесообразным.

Одной из актуальных проблем в строительстве является повышение прочности и долговечности бетона. Решение этой проблемы во многом связано с составом бетона, количеством, размером и физико-механическими характеристикам различных наполнителей [1]. В качестве таких заполнителей целесообразно использовать многотоннажные отходы промышленного производства – неорганического стекла, асбоцементных изделий, керамзита, минеральных удобрений (фосфогипс). Вопросам их утилизации в настоящее время уделяется большое внимание в связи с нехваткой сырьевых ресурсов, их удорожанием и решением глобальной проблемы загрязнения окружающей среды.

При производстве удобрений образуются фосфогипсовые отходы (ФГ), состоящие более чем на 90% из двуводного гипса. При введении фосфогипсовых отходов в мелкозернистый цементно-песчаный бетон, его прочность увеличивается [2]. Эффективное содержание фосфогипса, в мелкозернистом бетоне по массе не более 70% от массы заполнителя.

Сухие асбестоцементные отходы (САЦО) вводили в гипсобетон. Наибольшее влияние наблюдается при 20% САЦО. Это выражается в увеличении прочности и уменьшении водопоглощения. При введении САЦО в цементно-песчаный бетон (ЦП), его прочностные характеристики так же улучшаются и достигают максимума при 33% САЦО [3].

Для повышения прочности в состав мелкозернистого бетона вводили отходы оконного стекла.

________________________________________________________________________________

8

Серия «Физико-химические проблемы и высокие технологии строительного материаловедения» Выпуск № 2(13), 2016

Стекло предварительно дробилось и распределялось по фракциям, путем просеивания через набор сит. По результатам исследований оптимальным составом являются образцы с 33%-м содержанием по массе [4], от фосфогипсо-песчаной составляющей, боя стекла с размерами зерен 0,63 мм.

Новым направлением в технологии мелкозернистых бетонов является дисперсное армирование. В качестве дисперсного армирования использовали стеклянные волокна марки ЕС13-840-ПА-6. Для выбора оптимального состава изготавливали образцы с 0, 5, 10, 15, 20, 25%-ным содержанием стекловолокна ЕС13-840-ПА-6 по массе. По результатам исследования оптимальным составом являются образцы с 15%-м содержанием по массе стекловолокна марки ЕС13-840-ПА-6.

Для изготовления образцов мелкозернистого бетона с заполнителем из промышленных отходов использовали портландцемент М500 и гипс Г4. Из бетонной смеси изготавливали образцы 20х20х20мм для испытаний на сжатие и 20х20х120 мм на поперечный изгиб. Количество отходов в массовых долях варьировалось от 2 до 100%. Размер зерен наполнителя от 0,32 до 40 мм.

Кратковременные и длительные испытания производили на специальных рычажных стендах в режиме заданных постоянных напряжений (σ) и температур (Т). Постоянную температуру поддерживали с помощью накладной термокамеры. Во время испытаний фиксировали разрушающую нагрузку или время от начала нагружения до разрушения образца (τ). Результаты испытаний обрабатывали в координатах lg τ – σ (см. рис).

lgτ	8
	7
	6
	5
	4									Т=15 ˚С
	3									Т = 80 ˚С
	3
	2									Т = 150 ˚С
	2
	1
	0
	1,53	1,66	1,79	1,92	2,05	2,18	2,31	2,44	2,57	2,7
	-1
	-2
Рисунок. Зависимость времени до разрушения от напряжения для гипсобетона с САЦО

Из рисунка видно, что полученные зависимости представляют собой семейства веерообразных прямых и описываются уравнением [5]:

	τ =τ		exp	U 0	−γσ	(T	−1 −T	−1 ) ,
		m
					R		m

где γ ,τm ,U 0 ,Тm –	физические константы (γ -				структурно-механическая константа, -
минимальное время разрушения материала, U0 - максимальная энергия активации
разрушения, Тm - предельная температура существования								материала,	R – универсальная
газовая постоянная.
Значения физических констант, рассчитанные графоаналитическим методом [5]
представлены в	таблице. Подставив значения констант							в формулу	можно рассчитать
			9

Научный Вестник Воронежского государственного архитектурно-строительного университета

долговечность или длительную прочность бетона в широком диапазоне основных эксплуатационных параметров – нагрузок, температур и времени до разрушения.

						Таблица
	Значения физических констант уравнения
Состав композиции	Вид		U0,	Тm, К	lg τm [c]	γ,
	испытаний		кДж/моль			кДж/(моль*МПа)
		Гипсобетон с САЦО
Бетона с В/Г=0,5	Поперечный		319	645,16	0,0178	142,75
САЦО:Г=0,2	изгиб
Гипсобетон с САЦО и добавкой керамзитовой крошки (КК)
Бетона с В/Г=0,5	Поперечный		84	900,9	-1,48	17,46
САЦО:Г=0,2	изгиб
КК:САЦО=0,75
Цементопесчаный бетон армированный стекловолокном
Ц:ФГ-П= 1:3	Поперечный		84	900,9	-1,48	17,46
В/Ц=0,5	изгиб
15% стекловолокна
	Цементопесчаный бетон с добавкой боя стекла
Ц:П= 1:3,5	Центральное		98,1	-	-2,54	5,77
В/Ц=0,5	сжатие
33% стекла с
размером частиц
0,63 мм
	Цементопесчаный бетон с добавкой боя стекла
Ц:ФГ-П= 1:3	Поперечный		69,8	3067,48	-1,46	12,22
В/Ц=0,5	изгиб
33% стекла с
размером частиц
0,63 мм
	Цементопесчаный бетон с добавкой стекловолокна
Ц:П= 1:3,5	Поперечный		96,07	-	-2,6	19,88
В/Ц=0,5	изгиб
15% стекловолокна
	Цементопесчаный бетон с добавкой САЦО
Ц:П= 1:3,5	Поперечный		45,6	3125	-0,32	13,9
В/Ц=0,5	изгиб
33% САЦО

В/Г - водогипсовое отношение, В/Ц - водоцементное отношение

Для примера рассчитаем длительную прочность гипсобетона с САЦО и добавкой керамзитовой крошки, задавшись долговечностью τ = 50 лет и температурой эксплуатации Т=200±30С.

−3

1

RT

τ

1

4,6 × 4,2 × 293 ×10

σдл

=

U 0

-

× lg

=

364

-

× (9,2 - 0,0063)

= 2,068МПа

γ

T

107,76

293

1 -

τm

1 -

Tm

546,5

Таким образом, предельное напряжение изгиба не должно превышать 2 МПа.

Полученные

результаты (см.

табл.)

позволяют прогнозировать срок службы изделий из

10

Материал: Физико-химические проблемы и высокие технологии строительного материаловедения. Колодяжный С.А

Смотрите также: