Автореферат диссертации (Эффективный мелкозернистый карбонатный бетон)

На правах рукописиКуляев Павел ВикторовичЭФФЕКТИВНЫЙМЕЛКОЗЕРНИСТЫЙ КАРБОНАТНЫЙ БЕТОНСпециальность 05.23.05 – Строительные материалы и изделияАВТОРЕФЕРАТдиссертации на соискание ученой степеникандидата технических наукТверь – 20172Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетномобразовательномучреждениивысшегообразования«Тверскойгосударственный технический университет» на кафедре «Производствостроительных изделий и конструкций».Научный руководитель:доктор технических наук, профессорБелов Владимир ВладимировичОфициальные оппоненты:Хозин Вадим Григорьевич - доктор технических наук, профессорзаслуженный деятель науки Российской Федерации и Республики Татарстан,заведующий кафедрой «Технология строительных материалов, изделий иконструкций» ФГБОУ ВО «Казанский государственный архитектурностроительный университет»Закуражнов Максим Сергеевич - кандидат технических наук, доценткафедры «Строительство, строительные материалы и конструкции» ФГБОУ ВО«Тульский государственный университет».Ведущая организация: ФГБОУ ВО «Национальный исследовательскийМордовский государственный университет имени Н.П.Огарева»Защита состоится «19» февраля 2018 г.

в 11 часов на заседаниидиссертационного совета Д212.138.02, созданного на базе ФГБОУ ВО«Национальный исследовательский Московский государственный строительныйуниверситет», по адресу: 129337, г. Москва, Ярославское шоссе, д. 26, ауд. №9«Открытая сеть»С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке и на сайте ФГБОУ ВО«Национальный исследовательский Московский государственный строительныйуниверситет» www.mgsu.ruАвтореферат разослан «___»______________20__г.Ученый секретарьдиссертационногосоветаАлимовЛевАлексеевичОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫАктуальность темы.В настоящее время все большее применение находят мелкозернистыекарбонатные бетоны (МЗКБ), получаемые на основе отходов дробления карбонатных пород при производстве щебня, ввиду их повышенных экономическихи экологических показателей.

Они широко используются в малоэтажном, монолитном и других видах строительства. Однако МЗКБ характеризуются повышенным расходом цемента. Решение проблемы заключается в использованииотсевов дробления известняка, подвергнутых помолу, и суперпластификатораСП-1, совместное синергическое действие которых способствует снижениюрасхода цемента при сохранении технологических и эксплуатационных свойствМЗКБ. Разработка составов и технологии производства таких бетонов корреспондирует с федеральной программой Социально-экономического развитияТверской области на период до 2020 года.

Указанные выше обстоятельства определяют актуальность данной работы.Степень разработанности темы.Проблеме разработки составов бетонов с карбонатными заполнителями инаполнителями посвящены работы многих исследователей. Разработаны составы композитов на основе цементов низкой водопотребности с высокими физико-механическими характеристиками, включающие карбонатный тонкодисперсный наполнитель.

Было показано, что добавление его в смесь выполняеткак структурно-реологическую функцию, так и матрично-наполняющую. Выявлены достоинства таких композитов: высокая технологичность, связанная сналичием в составе суперпластификатора и функционального наполнителя, нерасслаиваемость, повышенные сроки хранения и ускоренное твердение. Изучались вопросы повышения эксплуатационных свойств цементных бетонов.

Было указано, что эксплуатационная надежность – это комплексное понятие,включающее сочетание критериев прочности, надежности и долговечности.4Научная гипотеза.Совместное использование тонкодисперсного известнякового наполнителя и суперпластификатора аккумулирует воду, интенсифицируя процесс гидратации, способствуя формированию более однородной и прочной структурыконтактного слоя между заполнителем и связующим МЗКБ, способной сопротивляться образованию и развитию трещин, что ведет к повышению трещиностойкости и снижению деформаций ползучести МЗКБ и повышает его эффективность.Цели и задачи работы.Целью диссертационной работы является разработка эффективногоМЗКБ на основе отходов дробления карбонатных пород.В соответствии с данной целью необходимо решить следующие задачи:обосновать возможность использования продукта отсева дробления известняка, подвергнутого механической активации, в качестве замены части цемента, с целью повышения эффективности МЗКБ при сохранении или повышении его эксплуатационных свойств;установитьзависимоститехнологических,физико-механическихсвойств, а также трещиностойкости МЗКБ от количества и удельной поверхности тонкомолотой известняковой добавки и суперпластификатора СП-1 и ихоптимальных пропорций;определить влияние совместного и раздельного способов помола и введения тонкодисперсной известняковой добавки и суперпластификатора СП-1 наосновные свойства МЗКБ, определяющие его эффективность;разработать методику определения коэффициента трещиностойкости вудобной для практического применения форме;определить комплекс физико-механических характеристик на опытныхобразцах МЗКБ, с оценкой его деформативных свойств и трещиностойкостидля подтверждения эффективности использования отсевов дробления известняка, при сохранении эксплуатационных свойств МЗКБ;5осуществить опытно-промышленную апробацию результатов исследования.Научная новизна.Обоснована возможность повышения эффективности МЗКБ, за счет использования отсева дробления карбонатных пород, подвергнутых механической активации с целью получения тонкодисперсного известнякового наполнителя.

При введении в бетонную смесь совместно с суперпластификатором СП1 наполнитель способствует уплотнению цементного камня и упрочнению контактной зоны между цементным камнем и заполнителем, аккумулирует частьводы затворения, увеличивая степень гидратации цемента и способствуя образованию гидрокарбоалюминатов кальция.Предложены составы МЗКБ на основе добавки с использованием карбонатного микронаполнителя до 50% от массы связующего и суперпластификатора СП-1 порядка 0,75% массы цемента, с повышенными эффективностью иэксплуатационными свойствами.Получены математические модели зависимостей коэффициента трещиностойкости, предела прочности на сжатие и мгновенных деформаций от соотношения наполнителя к цементу, расхода суперпластификатора СП-1 в процентахот массы цемента и тонкого наполнителя в процентах.

Данные модели позволяют оптимизировать расходы наполнителя и суперпластификатора по технологическим и эксплуатационным свойствам, повысить трещиностойкость иснизить уровень деформаций. Это подтверждает эффективность использованияотсевов дробления карбонатных пород.Для оценки способности МЗКБ сопротивляться трещинообразованию,предложен новый коэффициент, получаемый через соотношение квадратов напряжения начала трещинообразования и предела прочности на сжатие.Теоретическая и практическая значимость.Обоснована возможность и предложен способ повышения эффективностиМЗКБ использованием добавки-модификатора структуры бетона на основекарбонатного микронаполнителя и суперпластификатора СП-1, которая, за счет6синергетического эффекта, обеспечивает улучшение физико-механических иэксплуатационно-технологических свойств МЗКБ.Предложен эффективный МЗКБ с улучшенными эксплуатационнымисвойствами на основе отходов дробления известняка, включающий тонкодисперсный известняковый наполнитель в количестве от 10 до 50 % и суперпластификатор СП-1 в количестве 0,75% от массы цемента.

Значения коэффициента трещиностойкости Кт повышаются в среднем на 30-50%, а уровень деформаций ползучести снижается на 30-60%.Обоснована возможность снижения себестоимости производства МЗКБна 15-30% за счет использования отходов дробления карбонатных пород.Предложена формула для расчета коэффициента трещиностойкости черезсоотношение квадратов напряжений начала трещинообразования и пределапрочности на сжатие.Методология и методы диссертационной работы.Методология исследований базировалась на использовании методов электронной микроскопии, рентгенофазового и термографического анализов, рентгенофотоэлекронной спектроскопии (XPS) и теории вероятности и математической статистики.Положения, выносимые на защиту.Обоснование возможности и способа повышения эффективности МЗКБ сдобавкой-модификатором на основе карбонатного микронаполнителя и суперпластификатора СП-1.Составы МЗКБ на основе добавки с использованием карбонатного микронаполнителя и суперпластификатора СП-1 с повышенными эффективностьюи эксплуатационными свойствами.Методика определения коэффициента трещиностойкости для обоснования повышения эксплуатационных свойств и эффективности МЗКБ.Модели, связывающие коэффициент трещиностойкости, предел прочности на сжатие и мгновенные деформации с соотношениями компонентов МЗКБ.7Результаты исследования деформаций кратковременной и длительнойползучести МЗКБ.Степень достоверности и апробация результатов работы.

Высокаястепень достоверности обеспечивается за счет применения статистических методов обработки данных, стандартных методов испытаний и аттестационноголабораторного оборудования.Основные положения работы докладывались и обсуждались на VI Международной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Теория ипрактика повышения эффективности строительных материалов» (г. Пенза,2010); Международной интернет-конференции «Creating Ideas and Building theFuture», (г. Саратов 2010); Межрегиональной научно-технической конференцияпосвященной 90-летию основания ТГТУ «Интеграция науки и образованияпроизводству, экономике», (Тверь 2012); 14-й Международной научнотехнической конференции: «Актуальные проблемы строительства и строительной индустрии», (г. Тула,2013); 7-й Международной научно-технической конференции «Механика разрушения бетона, ж/б и др.

стр. м-лов» РААСН,ВГАСУ, (Воронеж, 2013) , 15-я Международная научно-техническая конференция: «Актуальные проблемы строительства и строительной индустрии», г. Тула, 2015, на ежегодных научно-технических конференциях студентов, аспирантов и профессорско-преподавательского состава ТвГТУ (Тверь, 2009 - 2017),на международной научно-технической конференции «Высокопрочные цементные бетоны: технология, конструкции, экономика», в конкурсе молодыхученых КГАСУ (Казань, 2016).Внедрение результатов. Внедрение результатов научной работы происходило на предприятии ООО «Элтра», где сотрудниками Тверского государственного технического университета выполнена производственная проверка составов товарного бетона на основе смеси заполнителей оптимального гранулометрического состава и минеральной карбонатной добавки.8Личный вклад автора в решение исследуемой проблемы состоит в разработке программы экспериментального исследования, получении и обработкерезультатов исследования, их обобщении и использовании на практике.Публикации.