Диссертация (Эффективный мелкозернистый карбонатный бетон)

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ«ТВЕРСКОЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»На правах рукописиКУЛЯЕВ ПАВЕЛ ВИКТОРОВИЧЭФФЕКТИВНЫЙМЕЛКОЗЕРНИСТЫЙ КАРБОНАТНЫЙ БЕТОНСпециальность 05.23.05 – Строительные материалы и изделияДиссертацияна соискание ученой степени кандидата технических наукНаучный руководитель:Советник РААСН, д.т.н., проф. Белов В.В.Тверь – 20172ОглавлениеВведение................................................................................................................. 5Глава 1.Состояние вопроса, цели и задачи исследования ..............................

111.1. Применение карбонатного сырья в технологии бетона ........................... 111.2. Преимущества и недостатки карбонатных пород как минерального компонента бетона и способы формирования оптимальных структур и свойств мелкозернистого карбонатного бетона ................................................................................. 201.3. Влияние технологических факторов на реологические и технологические свойства бетонных смесей и эксплуатационные и физико-механическиесвойства мелкозернистого карбонатного бетона …………………………………...261.4. Заключение, рабочая гипотеза, обоснование направлений исследования,цели и задачи исследования .........................................................................................

28Глава 2. Применяемые материалы и методы исследования…………………302.1. Применяемые материалы ............................................................................ 302.1.1. Портландцемент…………………………………………………..…302.1.2. Известняк…………………………………………………………….302.1.3. Пластифицирующая добавка……………………….………………332.2. Методы исследований .................................................................................

332.2.1. Стандартные методики исследования свойств материалов……...332.2.2. Гранулометрический анализ наполнителя………………………..362.2.3. Микроструктурный и химический анализ………………………...362.2.4. Термогравиметрический анализ……………………………………362.2.5. Методика измерения деформаций иэкспериментальные установки…………………………………….372.2.6. Методика оценки трещиностойкости………………...……………383Глава 3. Регулирование и оптимизация композиционного состава мелкозернистого карбонатного бетона…………………………………………………….413.1. Влияние способа изготовления, дозировки суперапластификатора СП-1,распределения микрофракций известнякового наполнителя и степени дисперсности компонентов связующего МЗКБ на реологическиесвойства сме-си.............................................................................................................................413.2. Типы структур зернистых систем МЗКБ и соответствующие им схемыи эффекты взаимодействия……………………………………………………………..513.3.

Способы создания плотных структур МЗКБ с повышенной трещиностойкостью.....................................................................................................................573.4. Влияние технологии изготовления и пропорций компонентов на структуру,трещиностойкостьимеханическиесвойствасвязующегоМЗКБ………………………………………………………………………………………….693.5. Влияние соотношения цемента и наполнителя в смеси и количества суперпластификатора СП-1 на структуру, трещиностойкость и механические свойства МЗКБ ……………………………………………………………………………..773.6.

Количественные закономерности соотношения количества гранул иконтактов между ними для МЗКБ……………………………………………………803.7. Выводы по главе 3………………………………………………………....95Глава 4. Исследование трещиностойкости и деформативных и прочностныхсвойств мелкозернистого карбонатного бетона..… ............................ ………….…..974.1. Определение теоретических значений деформативных и прочностныххарактеристик мелкозернистого карбонатного бетона ……..………………….…..974.2. Экспериментальное исследование значений коэффициента трещиностойкости и деформативных и прочностных характеристик мелкозернистого карбонатного бетона в возрасте 28 и 42 суток…..………………………………....….1044.3.

Экспериментальное исследование деформационных и прочностных характеристикмелкозернистогокарбонатногобетонаввозрасте100су-ток…………………………………………………………………………….………11744.5. Выводы по главе 4…..…………………………………………………....128Глава 5. Практическое использование результатов работы .……………...1305.1.

Промышленная проверка результатов исследований….………………1305.2. Особенности технологии приготовления бетонной смеси с использованием отходов дробления известняка………………………………………………1335.3. Оценка экономического эффекта и рекомендации по применению мелкозернистых карбонатных бетонов………………………………………………....136Общие выводы ………………………………………………………………..138Список литературы……………………………………………………………141Приложения…………………………………………………………………...158А. Акт о внедрении результатов диссертационной работы в учебный процесс……………………………………………………………………………………158Б.

Акт производственной проверки составов мелкозернистого карбонатногобетона с оптимальным гранулометрическим составов минеральной частиц в условиях ООО «Элтра»…………………………………………………………………...159В. Протокол производственной проверки составов мелкозернистого карбонатного бетона с оптимальным гранулометрическим составов минеральной частиц в условиях ООО «Элтра»……………………………………………………...1605ВведениеАктуальность темы.В настоящее время все большее применение находят мелкозернистые карбонатные бетоны (МЗКБ), получаемые на основе отходов дробления карбонатныхпород при производстве щебня, ввиду их повышенных экономических и экологических показателей.

Они широко используются в малоэтажном, монолитном идругих видах строительства. Однако МЗКБ характеризуются повышенным расходом цемента. Решение проблемы заключается в использовании отсевов дробления известняка, подвергнутых помолу, и суперпластификатора СП-1, совместноесинергическое действие которых способствует снижению расхода цемента присохранении технологических и эксплуатационных свойств МЗКБ.

Разработка составов и технологии производства таких бетонов корреспондирует с федеральнойпрограммой Социально-экономического развития Тверской области на период до2020 года. Указанные выше обстоятельства определяют актуальность данной работы.Степень разработанности темы.Проблеме разработки составов бетонов с карбонатными заполнителями инаполнителями посвящены работы многих исследователей. Разработаны составыкомпозитов на основе цементов низкой водопотребности с высокими физикомеханическими характеристиками, включающие карбонатный тонкодисперсныйнаполнитель.

Было показано, что добавление его в смесь выполняет как структурно-реологическую функцию, так и матрично-наполняющую. Выявлены достоинства таких композитов: высокая технологичность, связанная с наличием всоставе суперпластификатора и функционального наполнителя, нерасслаиваемость, повышенные сроки хранения и ускоренное твердение. Изучались вопросыповышения эксплуатационных свойств цементных бетонов. Было указано, чтоэксплуатационная надежность – это комплексное понятие, включающее сочетаниекритериев прочности, надежности и долговечности.6Научная гипотеза.Совместное использование тонкодисперсного известнякового наполнителяи суперпластификатора аккумулирует воду, интенсифицируя процесс гидратации,способствуя формированию более однородной и прочной структуры контактногослоя 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 эффективного МЗКБна 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, сцелью повышения эффективности МЗКБ при сохранении или повышении его эксплуатационных свойств;установить зависимости технологических, физико-механических свойств, атакже трещиностойкости МЗКБ от количества и удельной поверхности тонкомолотой известняковой добавки и суперпластификатора СП-1 и их оптимальныхпропорций;определить влияние совместного и раздельного способов помола и введениятонкодисперсной известняковой добавки и суперпластификатора СП-1 на основные свойства МЗКБ, определяющие его эффективность;разработать методику определения коэффициента трещиностойкости вудобной для практического применения форме;определить комплекс физико-механических характеристик на опытных образцах МЗКБ, с оценкой его деформативных свойств и трещиностойкости дляподтверждения эффективности использования отсевов дробления известняка, присохранении эксплуатационных свойств МЗКБ;осуществить опытно-промышленную апробацию результатов исследования.7Научная новизна.Обоснована возможность повышения эффективности МЗКБ, за счет использования отсева дробления карбонатных пород, подвергнутых механической активации с целью получения тонкодисперсного известнякового наполнителя.

Привведении в бетонную смесь совместно с суперпластификатором СП-1 наполнитель способствует уплотнению цементного камня и упрочнению контактной зонымежду цементным камнем и заполнителем, аккумулирует часть воды 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 СП1 порядка 0,75% массы цемента, с повышенными эффективностью и эксплуатационными свойствами.Получены математические модели зависимостей коэффициента трещиностойкости, предела прочности на сжатие и мгновенных деформаций от соотношения наполнителя к цементу, расхода суперпластификатора СП-1 в процентах отмассы цемента и тонкого наполнителя в процентах.

Данные модели позволяютоптимизировать расходы наполнителя и суперпластификатора по технологическим и эксплуатационным свойствам, повысить трещиностойкость и снизить уровень деформаций. Это подтверждает эффективность использования отсевов дробления карбонатных пород.Для оценки способности МЗКБ сопротивляться трещинообразованию,предложен новый коэффициент, получаемый через соотношение квадратовнапряжения начала трещинообразования и предела прочности на сжатие.Теоретическая и практическая значимость.Обоснована возможность и предложен способ повышения эффективностиМЗКБ использованием добавки-модификатора структуры бетона на основе карбонатного микронаполнителя и суперпластификатора СП-1, которая, за счет си-8нергетического эффекта, обеспечивает улучшение физико-механических и эксплуатационно-технологических свойств МЗКБ.Предложен эффективный МЗКБ с улучшенными эксплуатационными свойствами на основе отходов дробления известняка, включающий тонкодисперсныйизвестняковый наполнитель в количестве от 10 до 50 % и суперпластификаторСП-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 МЗКБ на15-30% за счет использования отходов дробления карбонатных пород.Предложена формула для расчета коэффициента трещиностойкости черезсоотношение квадратов напряжений начала трещинообразования и предела прочности 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 математическойстатистики.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 эффективностью иэксплуатационными свойствами.Методика определения коэффициента трещиностойкости для обоснованияповышения эксплуатационных свойств и эффективности МЗКБ.Модели, связывающие коэффициент трещиностойкости, предел прочностина сжатие и мгновенные деформации с соотношениями компонентов МЗКБ.9Результаты исследования деформаций кратковременной и длительной ползучести МЗКБ.Степень достоверности и апробация результатов работы.