WWW.DISS.SELUK.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА
(Авторефераты, диссертации, методички, учебные программы, монографии)

 

На правах рукописи

Бучкин Андрей Викторович

МЕЛКОЗЕРНИСТЫЙ БЕТОН ВЫСОКОЙ КОРРОЗИОННОЙ СТОЙКОСТИ,

АРМИРОВАННЫЙ ТОНКИМ БАЗАЛЬТОВЫМ ВОЛОКНОМ

05.23.05 – Строительные материалы и изделия

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Москва 2011 г.

2

Работа выполнена в Ордена Трудового Красного Знамени научноисследовательском, проектно-конструкторском и технологическом институте бетона и железобетона имени А.А. Гвоздева (НИИЖБ им. А.А. Гвоздева) – ОАО «НИЦ «Строительство»

Научный руководитель доктор технических наук Степанова Валентина Федоровна

Официальные оппоненты доктор технических наук Каприелов Семен Суренович кандидат технических наук Шаронов Андрей Владимирович

Ведущая организация ОАО «Инжиниринговая компания по теплотехническому строительству «Теплопроект»

Защита состоится « 22 » ноября 2011 г. в 14-00 часов на заседании диссертационного совета Д 303.020.01 по защите докторских и кандидатских диссертаций при Открытом Акционерном обществе «Научно-исследовательский центр «Строительство» (ОАО «НИЦ «Строительство») по адресу: 109428, Москва, 2-я Институтская, 6, корп. 5 (актовый зал)

С диссертацией можно ознакомиться в научно-технической библиотеке ОАО «НИЦ «Строительство»

Отзывы на автореферат диссертации, заверенные печатью, просим направлять по адресу: 109428, Москва, 2-я Институтская, 6, ОАО «НИЦ «Строительство», отдел подготовки кадров Зикееву Л.Н. тел/факс 8(499)170-68-18, e-mail zikeev@cstroy.ru Автореферат разослан «_» 2011г.

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат технических наук Л.Н. Зикеев Актуальность работы. Возведение современных зданий и сооружений требует применение бетонов обладающих высокими эксплуатационными свойствами, такими как прочность на сжатие и растяжение, трещиностойкость, ударная вязкость, износостойкость, коррозионная стойкость, морозостойкость и т.д.

Переходу на новые виды бетонов способствовали достижения в области пластифицирования бетонных и растворных смесей, появление новых наиболее активных минеральных добавок. Разработанные и выпускаемые в промышленном масштабе модификаторы бетона типа МБ позволили получить мелкозернистые бетоны классов по прочности до В90 с низкой проницаемостью и коррозионной стойкостью. В тоже время такие бетоны обладают недостаточной прочностью на растяжении при изгибе, а также высокими температурными и усадочными деформациями из-за повышенного расхода цемента.





Одним из путей решения задач по совершенствованию эксплуатационных характеристик мелкозернистого бетона является его армирование различными видами металлических и неметаллических фибр минерального или органического происхождения.

Перспективность использования в бетонах неметаллических волокон в качестве дисперсного армирования подтверждено исследованиями, выполненными различными зарубежными и отечественными учеными Института материаловедения АН Украины, НИИЖБ, ЦНИИПромзданий, ЛатНИИстроительства, АрмНИИС и др. Показана принципиальная возможность применения базальтовых волокон для улучшения эксплуатационных и физико-механических свойств мелкозернистого бетона.

Массовое применение базальтофибробетона (БФБ) в строительстве сдерживается недостаточной изученностью его долговечности, износостойкости и эксплуатационной пригодности в различных условиях эксплуатации. Препятствие для широкого внедрения этого материала создают отсутствие технологических решений, направленных на получение БФБ с нормируемыми физикомеханическими характеристиками, неоднозначность результатов исследований стойкости базальтового волокна в цементных матрицах, а также данных по долговечности, нормативных и руководящих материалов для проектирования.

Цель работы. Получение мелкозернистых бетонов, армированных тонким базальтовым волокном, обладающих высокими эксплуатационными характеристиками.

Для достижения указанной цели поставлены следующие задачи:

1. Получить технологию введения и однородного распределения базальтового волокна в цементно-песчаной матрице;

2. Исследовать влияние базальтового волокна на физико-технические и эксплуатационные характеристики БФБ;

3. Исследовать коррозионную стойкость базальтового волокна в цементнопесчаной матрице;

4. Исследовать стойкость БФБ в хлоридсодержащей среде.

Научную новизну работы составляет:

- теоретическое и экспериментальное обоснование эффективного использования тонкого базальтового волокна в качестве дисперсного армирования мелкозернистого бетона:

- технология перемешивания базальтового волокна с цементно-песчаной матрицей, позволяющая обеспечивать однородность и равномерность распределения волокна по объему матрицы и повысить физико-технические характеристики БФБ;

- установлена взаимосвязь между длиной базальтового волокна, его количественным содержанием и физико-техническими характеристиками БФБ;

- выявлен характер коррозионных процессов, протекающих между базальтовым волокном и цементной матрицей в бетоне;





- предложена методика прогнозирования долговечности БФБ.

Практическая значимость и реализация работы.

1. Определены технологические параметры приготовления мелкозернистого бетона, армированного тонким базальтовым волокном, обеспечивающие получение равномерного распределения волокна по объему матрицы.

2. Разработаны составы мелкозернистого бетона, армированного тонким (10мкм) базальтовым волокном (длиной 15мм и оптимальным содержанием 6, % от массы вяжущего), с использованием различных добавок, получены БФБ, обладающие высокой прочностью на изгиб и сжатие;

3. Уточнен метод прогнозирования коррозионной стойкости БФБ в хлоридсодержащей среде и в условиях тепловлажностной обработки;

4. Осуществлено опытно-промышленное изготовление БФБ. Изготовлены плиты фасадов и трубные элементы мусоропровода, дорожные плиты.

Достоверность результатов основана на экспериментальных исследованиях, выполненных с использованием современных методик исследований и статистических методов обработки, подтверждена корреляцией результатов полученных разными методами с общими положениями и экспериментальнотеоретическими закономерностями.

Апробация работы. Результаты научно-экспериментальных исследований докладывались и обсуждались на ежегодных Международных научно-практических конференциях молодых ученых, аспирантов и докторантов «Строительство – формирование среды жизнедеятельности» Московского Государственного Строительного университета (Москва 2005-2007), Международной конференции «Проблемы долговечности зданий сооружений в современном строительстве»

(Россия, Санкт-Петербург 2007).

Публикации. Содержание и результаты исследований диссертационной работы опубликованы в 7 научных публикациях, одна из которых входит в перечень ВАК.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из 6 глав, основных выводов, списка литературы из 109 наименований и приложения. Диссертация изложена на 131 страницах машинописного текста, включает 37 таблицы, рисунка.

В первой главе представлен анализ научных и практических работ по использованию базальтового волокна в качестве дисперсной арматуры.

Проведенный анализ литературных источников, посвященных вопросам технологии приготовления БФБ, его долговечности, коррозионной стойкости базальтового волокна в щелочных средах, позволил установить, что высокие физико-механические характеристики материала главным образом определяются совместной работой волокна с цементной матрицей, а также зависят от состава бетона (В/Ц, Ц/П, длины, диаметра и количества волокна, крупности заполнителя и т.д.) и технологии изготовления.

В области технологии приготовлении БФБ не все вопросы достаточно изучены. Ведутся разработки как принципиально новых типов смесителей, так и рассматриваются возможности получения фиброармированных смесей в существующих серийно выпускаемых смесителях. Однако по-прежнему одним из проблемных мест технологии приготовления фибробетонов остается распределение волокон по объему смеси, где закладываются основы для получения материала с высокими эксплуатационными свойствами. Поэтому одной из задач исследований является перемешивание базальтового волокна с обеспечением его однородного и равномерного распределения в объеме смеси.

Разделение отрезков комплексных нитей на элементарные волокна, дает возможность уменьшения длины волокон или их содержания, что значительно облегчает процесс приготовления смеси. Кроме этого при качественном распределении волокон возрастает их число в объеме смеси, т.к. расстояние между ними уменьшается даже при постоянном значении процента армирования.

Механизм изменения во времени свойств БФБ еще не полностью выяснен.

Однозначных данных по стойкости базальтовых волокон в бетонной матрице в литературе приводится мало, а данные о стойкости волокна в щелочных средах довольно противоречивы.

В практике большее предпочтение отдается использованию грубых базальтовых волокон диаметром 100 мкм, обладающих высоким модулем упругости и сохраняющих свои свойства в течение достаточно длительного времени. В качестве дисперсного армирования возможно применение тонких базальтовых волокон диаметром 20 мкм, имеющих сравнительно более высокую прочность при растяжении, однако наиболее подверженных воздействию щелочной среды портландцемента, в результате чего, снижение прочности во времени происходит интенсивнее, чем у волокон больших диаметров.

Исследование возможности применения в качестве дисперсной арматуры тонких базальтовых волокон является одним из основных направлений данной работы, а обеспечение их сохранности и получение БФБ с высокими физикомеханическими характеристиками представляется возможным за счет применения современных модификаторов бетона.

Во второй главе приведены характеристики использованных материалов и описания методик исследования.

В качестве вяжущего использовался портландцемент М500Д0 производства ОАО «Новотроицкий цементный завод».

В качестве инертного заполнителя использовался кварцевый песок с модулем крупности Мкр=1,5-2,0.

Для дисперсного армирования использовалось тонкое базальтовое волокно по ТУ 5952-036-05328981-2004 производства ОАО «Ивотстекло» в виде отрезков базальтового ровинга изготовленного из базальта Украинского месторождения. Химический состав базальта приведен в таблице 1. Технические характеристики волокна приведены в таблице 2.

Таблица 1 – Химический состав базальта Таблица 2 – Технические характеристики тонкого базальтового волокна Для регулирования свойств базальтофибробетонов использовали добавки:

- МБ-10-01 – полифункциональный модификатор бетона по ТУ 5743-049который состоит из органической части, содержащий суперпластификатор минеральной части, содержащий микрокремнезем, золуунос.

- РСТ-Н по ТУ 5743-002-54075804-2003 химическая добавка – ускоритель твердения бетона и раствора, в зависимости от дозировки, обладающая противоморозными и пластифицирующими свойствами.

Для затворения смеси применяли воду, соответствующую требованиям ГОСТ 23732-79.

В работе использовались традиционные методы исследования, методы стандартных испытаний и специально разработанные методики.

- подвижность бетонной смеси по ГОСТ 10181.1 «Смеси бетонные. Методы определения удобоукладываемости»

- плотность бетонной смеси по ГОСТ 10181.2 «Смеси бетонные. Методы определения плотности»

- объем вовлеченного воздуха бетонной смеси по ГОСТ 10181.3 «Смеси бетонные. Методы определения пористости»

- прочность на сжатие, растяжение при изгибе и осевое растяжение бетона по ГОСТ 10180 «Бетоны. Методы определения прочности по контрольным образцам»

- деформации усадки и ползучести бетона по ГОСТ 24544 «Бетоны. Методы определения деформаций усадки и ползучести»

- морозостойкость бетона по ГОСТ 10060.0 «Бетоны. Методы определения морозостойкости».

- водонепроницаемость бетона по ГОСТ 12730 «Бетоны. Методы определения водонепроницаемости»

- истираемость бетона по ГОСТ 13087 «Бетоны. Методы определения истираемости»;

- однородность смеси, т.е. равномерность распределения после технологического процесса перемешивания, определялась по методике изложенной ВСН 56- - диффузионная проницаемость бетона в жидких хлоридных средах определяется по методике изложенной в ГОСТ Р 52804-2007.

- оценку поверхностного повреждения волокна в технологических процессах перемешивания оценивали с помощью электронного микроскопа при увеличении в 700 и 2000 раз.

Исследование процессов взаимодействия базальтового волокна с цементной матрицей в бетоне во времени проводили путем тепловлажностной обработки при температурах 20, 55 и 900С и воздействия хлорида натрия при температурах 20, 38 и 500С. При прогнозировании долговечности БФБ использовали методику Пащенко А.А., основанную на определении прочности при осевом растяжении базальтофиброцементов, монотонно изменяющейся во времени при различных режимах тепловлажностной обработки.

Для наблюдения за изменением свойств базальтового волокна в матрице, определения продуктов новообразований на контакте «базальтовое волокно – цементно-песчаная матрица» во времени применяли электронномикроскопический метод и комбинированный рентгеноспектральный анализ.

Исследование проводилось в Лаборатории локальных методов исследования вещества МГУ на микрозондовом комплексе на базе растрового (сканирующего) электронного микроскопа «Jeol JSM-6480LV» с комбинированной системой рентгеноспектрального микроанализа, объединяющей энергодисперсионный «INCA-Energy 350» и волновой дифракционный четырех кристальный спектрометр «INCA-Wave 500». Обработку результатов произведили при помощи профессионального лицензированного программой обеспечения: «SEM Control User Iterface» версия 7.11 (Jeol Technics LTD) и «INCA» версия 17а (Oxford Instrument).

Прочность при изгибе и на сжатие определяли на образцах 40х40х160 мм и 70х70х70 мм. Прочность при изгибе БФБ оптимального состава определяли на образцах 100х100х400 мм.

В третьей главе приводится технология приготовления мелкозернистого бетона армированного тонким базальтовым волокном, с учетом анализа работ в области приготовлении фибробетонов.

Экспериментально установлено, что традиционные смесители при введении волокна в смесь не позволяют получать равномерное распределение волокна по ее объему, образуя комки (ежи) и пучки волокон. На основании предварительных исследований для приготовления мелкозернистого БФБ нами был выбран турбулентный высокоскоростной смеситель вертикального перемешивания.

Рассмотрены три схемы загрузки материалов при приготовлении базальтофибробетонных смесей, в которых использовалась различная последовательность загрузки материалов, различные способы и режимы перемешивания:

первая схема – введение базальтового волокна в сухую смесь цемента, песка, добавки, получение однородной смеси сухих компонентов и последующее затворение их водой;

вторая схема – введение базальтового волокна в предварительно приготовленную цементную суспензию с последующим введением песка;

третья схема – введение базальтового волокна в предварительно приготовленную смесь.

Исследования проводились на трех составах БФБ: состав 1 без добавок, состав 2 с добавкой РСТ-Н и состав 3 с добавкой МБ 10-01. Для исследуемых составов соотношение цемента к песку принято 1:2, содержание базальтового волокна длиной 20 мм принято 5% от массы вяжущего. С целью минимизации воды в смеси, В/Ц в зависимости от состава подбиралось опытным путем по равной подвижности.

Таблица 3 – Этапы приготовление БФБ по принятым схемам Ц – цемент; П – песок; Д – добавка; В – вода; БВ – базальтовое волокно Согласно ВСН 56-97 удовлетворительная равномерность распределения волокна в смеси характеризуется величиной коэффициента изменчивости (U), который находится в пределах от 10 до 15%.

Установлено, что характер распределения базальтового волокна по объему матрицы несколько различается в зависимости от схемы перемешивания и состава смеси, однако равномерность его распределения волокна не превышает U=10% и считается высокой у всех принятых составов. Тем не менее, для дальнейших исследований свойств мелкозернистого бетона была выбрана 3-я схема перемешивания, позволяющая получать при прочих равных условиях более качественное распределение волокна, а также сократить цикл приготовления смеси по сравнению с 1-й и 2-й схемами.

По третьей схеме перемешивания в базальтофибробетоне состава 3 пучки волокон в большей своей части распадаются на элементарные (отдельные) волокна, в отличие от БФБ составов 1 и 2, где после перемешивания наряду с отдельными волокнами по-прежнему остаются не распавшиеся пучки. Качество распределения волокна в смеси различных составов показано на рис.1.

Разделение пучков на отдельные волокна оказывает влияние на однородность физико-механических свойств материала и эффективность дисперсного армирования в целом, критерием оценки которых служит коэффициент вариации прочности при изгибе. Коэффициент вариации (V) для БФБ состава 3 равен 8,5%, составов 1 и 2 равен 12,0 и 9,5%.

Рис.1 – Качество распределения базальтового волокна в матрице бетона:

Экспериментально установлено, что введение модификатора МБ10-01 позволяет получать более однородную смесь, способствует снижению водосодержания смеси и уменьшению энергоемкости приготовления смесей. Входящий в состав указанного модификатора суперпластификатор, делает смесь подвижной и удобоукладываемой, а его тонкодисперсная минеральная часть увеличивает вязкость и позволяет улучшить качество распределения волокна.

Анализ состояния базальтового волокна под микроскопом при увеличении в 700, 2000 раз, извлеченного из смеси составов 1 и 3 позволил установить, что использование модификатора МБ 10-01 снижает количество дефектов на его поверхности после перемешивания (рис.2-4). Количество повреждений и новообразований на единицу длины волокна для состава 1 составляет 70%, для состава 3 30%.

Рис.2 – Базальтовое волокно (исходное) при увеличении х700 и Рис.3 Базальтовое волокно (состав 1) при увеличении х700 и Рис.4 Базальтовое волокно (состав 3) при увеличении х700 и В четвертой главе проведены экспериментальные исследования по оптимизации составов БФБ с целью достижения максимального использования прочностных свойств волокон и увеличения эффективности дисперсного армирования.

Проведены исследования совместной работы цементно-песчаной матрицы с базальтовым волокном при различной длине, процентном содержании, прочностных характеристиках БФБ.

В качестве постоянных параметров было приняты соотношение цемента и песка и расход добавки. С целью минимизации воды в смеси, водоцементное отношение подбиралось опытным путем. Исследования проводились на трех составах базальтофибробетона (1, 2, 3), результаты которых затем сравнивались с технологическими и физико-механическими свойствами бетонов контрольных составов (1к, 2к и 3к), без базальтового волокна.

Таблица 5 – Составы базальтофибробетонной смеси *-составы с равным В/Ц Экспериментально установлены величины минимальных водоцементных отношений для различных составов 0,37-0,50, при которых достигается равномерное и качественное распределение базальтового волокна и высокие физикомеханические показатели базальтофибробетонов.

Для оценки эффективности дисперсного армирования и изучения работы волокна в цементно-песчаной матрице в зависимости от содержания воды, использовались составы с равной подвижностью и равным В/Ц. Для составов БФБ с добавками РСТ-Н и МБ 10-01 из условий равномерного распределения волокна В/Ц принято равным 0,50, которое было получено при равной подвижности для БФБ не содержащего добавок.

Установлено, что в равноподвижных составах БФБ с добавками увеличение водоцементного отношения от 0,37 до 0,50 снижает прочность при изгибе на 2и прочность при сжатии на 13-53%. Прочность при изгибе базальтофибробетонов с равной подвижностью и равным В/Ц увеличивается относительно контрольных составов (рис. 5), когда как прочность на сжатие понижается (рис.

6).Прочность при изгибе БФБ с добавкой РСТ-Н по отношению к базальтофибробетону не содержащего добавок не отличается, как при равном В/Ц, так и при равноподвижных смесях, в то время как прочность при изгибе БФБ с добавкой МБ 10-01 при равном В/Ц снижается на 14%.

Рис.5 – Изменение прочности при изгибе при равной подвижности и равном В/Ц Рис.6 – Изменение прочности при сжатии при равной подвижности и равном В/Ц. Обозначение составов принято по таблице 5.

На диаграмме (рис.7) приведены результаты изменения прочности при изгибе БФБ относительно контрольного состава (1к) без волокна и добавок. Показана оценка эффективности добавок и базальтового волокна, как по отдельности, так и при их сочетании. Анализ полученных результатов показал, что при равной подвижности и равном В/Ц прочность при изгибе в 28 суток БФБ с добавкой МБ 10-01 (3) выше на 52-60%, тогда как у бетона с МБ 10-01 без базальтового волокна (3к) увеличение прочности достигает 37-40%. Такого же уровня увеличения прочности достигается у БФБ без добавок (1) и с добавкой РСТ-Н (2).

Следовательно, более эффективным является использование базальтового волокна в сочетании с добавкой МБ10-01.

Рис.7 – Диаграмма изменения Rизг для различных составов бетона и сроков твердения относительно состава 1к при равной подвижности и при равном В/Ц. Обозначение составов принято по таблице 5.

Исследование влияния длины базальтового волокна (10, 15 и 20 мм) на технологические и физико-механические характеристики базальтофибробетонов составов 1 и 3 показало, что характер разрушения БФБ зависит от длины волокна и равномерности его распределения в матрице. Определена оптимальная длина волокна равная 15 мм, которая позволяет при данной технологии перемешивания, обеспечивать его качественное распределение и максимальные физикомеханические показатели.

Характер разрушения при изгибе образцов БФБ с различной длиной волокна неодинаков, поэтому для его оценки фиксировалось время от достижения максимальной разрушающей нагрузки и появления первой трещины до полного разрушения образца (рис.8). Установлено, что разрушение образцов армированных волокном носит пластичный характер, тогда как образцы без волокна разрушаются мгновенно (имеют хрупкое разрушение) при достижении максимальной разрушающей нагрузки Pmax.

MPa MPa 13, 12, 11, Рис.8 – Характер разрушения при изгибе образцов с волокном различной длины Исследовано влияние процентного содержания базальтового волокна длиной 15 мм на прочность при изгибе и сжатии. Испытана серия образцов состава 3, где содержание волокна варьировалось в количестве 2, 4, 6, 8% от массы вяжущего.

Экспериментально определены зависимости изменения физикомеханических показателей БФБ от содержания волокна, при этом установлено, что оптимальное содержание волокна в смеси равно 6,0 % от массы вяжущего, которое обеспечивает получение базальтофибробетонов с максимальными прочностными свойствами. По результатам, приведенным на рис.9 видно, что с увеличением содержания базальтового волокна с 2,0 до 6,0% прочность БФБ при изгибе возрастает, при увеличении содержания волокна до 8,0% наблюдается ее снижение. При увеличении прочности БФБ при изгибе, в большинстве случаев снижается прочность на сжатие.

Рис.9 – Влияние % содержания базальтового волокна на прочность БФБ Исследованы физико-механические свойства БФБ с оптимальными параметрами армирования и режимами приготовления (табл. 6).

Таблица 6 – Базальтофибробетон оптимальных составов Прочность при изгибе БФБ (состав 3) в 28 суток составила 14 МПа, что на 30% выше прочности неармированного бетона с модификатором МБ10-01 (состав 3к) и в 3 раза выше бетона, не содержащего добавок (состав 1к).

Рис.10 – Прочность при изгибе БФБ оптимальных составов В отличие от неармированных бетонов, которые имеют хрупкое разрушение, разрушение базальтофибробетонов носит упруго-пластичный характер, особенно это проявляется в раннем возрасте твердения, где после образования первой трещины, базальтофибробетон еще в состоянии воспринимать нагрузку меньше предельной, однако в 28 суток твердения с увеличением прочности матрицы разрушение его становится хрупким. Кроме этого установлено, что базальтофибробетон воспринимает большую нагрузку, при соответственно больших перемещениях (прогибах), чем неармированные матрицы.

В пятой главе исследовали коррозионное поведение базальтового волокна в цементной матрице бетона, т. к. это является одним из основных факторов, определяющих длительную эксплуатацию БФБ. Испытания проводили по ускоренной методике, путем выдерживания образцов при повышенных температурах, так как процессы, протекающие в стеклоцементных композициях, можно ускорить тепловлажностной обработкой, поскольку при пропаривании портландцемента до 1100С образуются практически те же продукты гидратации, что и при 200С. Для этого образцы БФБ размером 40х40х160 мм после изготовления и 28 суточного твердения в ванне с гидрозатвором помещали в термостат, где их пропаривали при температурах 20, 55 и 900С, испытания образцов на изгиб и сжатие выполняли через 14, 28 и 112 суток. Одновременно проводили исследование коррозионной стойкости БФБ в хлоридсодержащей среде, для этого образцы размером 40х40х160мм выдерживали в среде 1н NaCl при температурах 20, 38 и 500С, испытания образцов на изгиб и сжатие выполняли через 30, 90, 180 суток. Для коррозионных исследований БФБ взяты оптимальные по физикотехническим свойствам составы (табл.7).

Таблица 7 – Базальтофибробетон оптимальных составов По результатам испытаний на изгиб БФБ после ТВО и среды 1нNaCl выполнен численный расчет (по методике А.А. Пащенко), который позволил выявить зависимость изменения его прочности от условий воздействия и разработать методику прогнозирования коррозионной стойкости БФБ. Установлено, что использование модификатора МБ 10-01 увеличивает срок эксплуатации БФБ в раза.

Необходимо отметить, что по результатам статистической обработки испытаний на прочность при изгибе за весь период «состаривания» БФБ коэффициент вариации не превышал 4,1-5,5%. Это указывает на то, что базальтовое волокно, находящееся в цементно-песчаной матрице за весь период испытаний остается без изменений и не влияет на снижение прочности. Прочность на сжатие для всех выбранных температур с возрастом твердения БФБ растет.

С помощью рентгеноспектрального анализа (табл.8-9) и электронноскопического метода наблюдений (рис.12) БФБ после ТВО и выдержки в среде 1н NaCl при различных температурах выявили наличие продуктов новообразований на поверхности базальтовых волокнах при взаимодействии с цементно-песчаной матрицей. В поверхностном слое базальтового волокна, происходят качественные и количественные изменения состава волокна, в отличие от его массива (шлифованный слой), где изменений состава не происходит. Элементарный состав поверхностного слоя волокна в базальтофибробетоне (состав 1) отличается от массива в основном количественным изменением содержания Si и Ca. На поверхности волокна содержание CaO увеличивается на 36%, а содержание уменьшается SiO2 на 7%, R2O на 26%. На поверхности волокна БФБ (состав 3), таких количественных изменений не происходит.

Установлено, что в результате протекающих физико-химических процессов изменяется, как состав волокна, так и структура его поверхностного слоя, а образующиеся низкоосновные гидросиликаты кальция создают на поверхности плотный слой новообразований. Необходимо указать, что для низкоосновных гидросиликатов кальция CSH(I) соотношение CaO/SiO равно 0,9-1,3, а для высокоосновных гидросиликатов кальция CSH(II) отношение CaO/SiO 1,5. На поверхности волокна БФБ состава 1 после выдержки в течение 672часов при 900С соотношение C/S составляет 0,31, в то время как в массиве волокна соотношение C/S равно 0,15. На поверхности волокна БФБ состава 3 после выдержки в тех же условиях соотношение C/S практически такое же, как у массива и составляет 0,16.

Установлено, что щелочное воздействие на базальтовое волокно состоит из нескольких параллельно протекающих процессов: переход из волокна в матрицу SiO2 и переход в матрицу ионов Na и К. В пользу этого (учитывая, что растворение SiO2 происходит с разрушением поверхностного слоя и не меняет состав оставшегося волокна) свидетельствует понижение содержания Na и К, а увеличение содержания Са приводит к изменению локальной структуры стекла и прочности связи Si-O- (рис.12).

Таблица 8 – Состав базальтового волокна после выдержки в 1н NaCl 180 сут, % * - результаты, полученные при исследовании поверхности базальтового волокна содержание элементов волокна,% Рис. 11 – Изменение % содержания Na, K, Si, Ca базальтового волокна после выдержки в среде 1нNaCl Таблица 9 – Состав базальтового волокна после ТВО 28сут,% * - результаты, полученные при исследовании поверхности базальтового волокна содержание элементов,% Рис.13 – Базальтовое волокно после ТВО 28сут. при t=+90 С (увеличение 2000) С целью изучения стойкости БФБ при эксплуатации в атмосферных условиях, при воздействии знакопеременных температур и хлоридной агрессии проведены исследования оптимальных по физико-механическим показателям составов бетона (табл.10).

Таблица 10 Бетон оптимальных составов Полученные результаты показали, что диффузионная проницаемость для хлоридов (рис.14) БФБ ниже, чем неармированного бетона, что связано на наш взгляд с меньшей деформацией усадки (рис.15). Коэффициент диффузии (ДCl) обоих составов равен 1х10-9см2/сек, что характеризуют их как бетоны с низкой диффузионной проницаемостью.

Рис.14 – Изменение диффузионной проницаемости для хлоридов во времени Введение базальтового волокна, снижает деформацию усадки, особенно в ранние сроки твердения, так как сдерживает внутренние напряжения в процессе гидратации цемента. Деформация усадки БФБ составляет 1,134х10-4 мм и изменяется относительно исходного значения на -6,5%, деформация усадки неармированного бетона равна 1,138х10-4 мм и изменяется на -7,5%.

Рис.15 – Изменение относительной деформации усадки во времени Экспериментально установлено увеличение стойкости БФБ к переменным циклам «замораживание-оттаивание». Морозостойкость неармированного бетона F300, при введении волокна увеличивается до F400. Введение базальтового волокна не оказывает существенного влияния на водонепроницаемость. Марка по водонепроницаемости обоих составов составляет более W16.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Отработана технология приготовления мелкозернистой бетонной смеси с базальтовым волокном при использовании скоростного турбулентного смесителя с вертикальным перемешиванием. Установлены оптимальная последовательность введения компонентов смеси и режимы перемешивания, при которых достигаются равномерное и однородное распределение волокна по объему цементно-песчаной матрицы.

2. Показано влияние базальтового волокна на технологические свойства БФБ различных составов. Установлены диапазоны оптимальных водоцементных отношений от 0,37 до 0,50 для получения качественного распределения волокна и достижения максимальных физико-механических показателей: прочности на сжатие – 72 МПа, прочности при изгибе – 15 МПа.

3. Экспериментально установлено влияние длины и содержания базальтового волокна на технологические и физико-механические свойства БФБ. Разработан оптимальный состав БФБ с коротким (длиной 15 мм), тонким (диаметром 10-13 мкм) базальтовым волокном и оптимальным содержанием 6,0% от массы вяжущего. При этом показано положительное влияние модификатора МБ 10- на технологические параметры фибробетонной смеси и физико-механические свойства БФБ.

4. Установлено влияние базальтового волокна на характер разрушения БФБ при изгибе. Показано, что базальтофибробетон при изгибе воспринимает более высокие нагрузки при соответственно больших перемещениях (прогибах), чем неармированный бетон.

5. Экспериментально показано, что базальтовое волокно позволяет снизить усадочные деформации при твердении, особенно в ранние сроки, что способствует повышению сопротивления к восприятию деструктивных напряжений внутри тела бетона при переменном замораживании и оттаивании, а, следовательно, получению бетонов повышенной морозостойкости.

6. Установлено, что базальтофибробетон характеризуется низкой проницаемостью. Марка по водонепроницаемости достигает значений W16. Коэффициент диффузионной проницаемости для хлоридов равен 1х10-9 см2/сек, что соответствует особо плотному бетону.

7. Разработана методика оценки коррозионной стойкости базальтового волокна в цементно-песчаной матрице, что позволило на основе ускоренных испытаний прогнозировать коррозионную стойкость БФБ с добавками и без них. Исследованы коррозионные процессы взаимодействия базальтового волокна с цементной матрицей в бетоне.

8. Себестоимость БФБ выше себестоимости обычного бетона. Экономический эффект достигается, за счет улучшения физико-технических характеристик и увеличения сроков службы. Использование БФБ позволяет увеличить срок эксплуатации изделий и конструкций примерно в 2 раза.

Основные положения диссертационной работы опубликованы в статьях:

Бучкин А.В. Бетон, армированный базальтовыми волокнами//Сб. тр./МГСУ.

– М., 2005. – Научные труды. – С.200-201.

Бучкин А.В. Бетон повышенной коррозионной стойкости, армированный базальтовыми волокнами//Сб. тр./МГСУ. – М., 2007. – Научные труды. – С.57Бучкин А.В. Мелкозернистый бетоны, повышенной коррозионной стойкости, армированные базальтовым волокном//Материалы Международной конференции «Проблемы долговечности зданий сооружений в современном строительстве» - СПб., 2007. – С.312-315.

Степанова В.Ф., Бучкин А.В. Цементные композиции, армированные базальтовым волокном//Технологии бетонов. – 2007. - №5. – С. 28-29.

Бучкин А.В., Степанова В.Ф. Цементные композиции повышенной коррозионной стойкости, армированные базальтовыми волокнами//Строительные материалы – 2006. - №7 – С. 82-83.

Бучкин А.В. Мелкозернистые бетоны, армированные тонким базальтовым волокном//Мир дорог. – 2010. - №46. – С. 46-47.

Cтепанова В.Ф., Бучкин А.В. Коррозионное поведение базальтового волокна в цементной матрице бетона //Строительные материалы – 2011. – №9. - С. 22.



 
Похожие работы:

«ОНИЩЕНКО Сергей Владимирович АВТОНОМНЫЕ ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНЫЕ ЖИЛЫЕ ЗДАНИЯ УСАДЕБНОГО ТИПА Специальность 05.23.01 Строительные конструкции, здания и сооружения. АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Москва - 2009г. 2 Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования Кубанский государственный технологический университет. Научный руководитель : кандидат технических наук, доцент Иванченко...»

«КАТРАНОВ Иван Георгиевич НЕСУЩАЯ СПОСОБНОСТЬ ВИНТОВЫХ И ЗАКЛЕПОЧНЫХ СОЕДИНЕНИЙ СТАЛЬНЫХ ТОНКОСТЕННЫХ КОНСТРУКЦИЙ Специальность: 05.23.01 – Строительные конструкции, здания и сооружения АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Москва – 2011 2 Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования Московском государственном строительном университете. Научный руководитель : кандидат технических...»

«Кокорина Елена Валерьевна АРХИТЕКТУРНЫЙ РИСУНОК КАК КРЕАТИВНАЯ СОСТАВЛЯЮЩАЯ ЯЗЫКА ПРОФЕССИОНАЛЬНЫХ КОММУНИКАЦИЙ 05.23.20 – Теория и история архитектуры, реставрация и реконструкция историко-архитектурного наследия АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата архитектуры Нижний Новгород – 2011 1 РАБОТА ВЫПОЛНЕНА В ФГБОУ ВПО ВОРОНЕЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АРХИТЕКТУРНО-СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Научный руководитель доктор архитектуры, профессор Кармазин Юрий...»

«ЛУХНЕВА Ольга Леонидовна ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ СОРБЦИОННОЙ ДООЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД ГАЛЬВАНИЧЕСКИХ ПРОИЗВОДСТВ Специальность 05.23.04 – Водоснабжение, канализация, строительные системы охраны водных ресурсов АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук ИРКУТСК – 2010 Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования Восточно-Сибирская государственная академия образования Научный...»

«Бессчетнов Борис Владимирович ДЛИТЕЛЬНАЯ ТРЕЩИНОСТОЙКОСТЬ АСФАЛЬТОБЕТОНА ДОРОЖНЫХ ПОКРЫТИЙ В КЛИМАТИЧЕСКИХ УСЛОВИЯХ ЮГА РОССИИ 05.23.05 – Строительные материалы и изделия АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Ростов - на - Дону 2010 Работа выполнена в ГОУ ВПО Ростовский государственный строительный университет. Научный руководитель : доктор технических наук, доцент Углова Евгения Владимировна Официальные оппоненты : доктор технических...»

«РАЗУВАЕВ Денис Алексеевич СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕТОДА ПРОЕКТИРОВАНИЯ ДОРОЖНЫХ ОДЕЖД ПРИ СТАБИЛИЗАЦИИ РАБОЧЕГО СЛОЯ ЗЕМЛЯНОГО ПОЛОТНА (на примере Новосибирской области) Специальность 05.23.11 – Проектирование и строительство дорог, метрополитенов, аэродромов, мостов и транспортных тоннелей (технические наук и) АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Новосибирск – 2013 2 Работа выполнена на кафедре Геология, основания и фундаменты...»

«Акатьева Анна Олеговна АРХИТЕКТУРНАЯ ПРЕЗЕНТАЦИЯ КАК СРЕДСТВО КОММУНИКАЦИИ В АРХИТЕКТУРНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ 05.23.20 – Теория и история архитектуры, реставрация и реконструкция архитектурного наследия АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата архитектуры Нижний Новгород – 2012 РАБОТА ВЫПОЛНЕНА В ФГОУ ВПО КАЗАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АРХИТЕКТУРНО-СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Научный руководитель кандидат архитектуры Новиков Николай Михайлович Официальные оппоненты :...»

«Форопонов Кирилл Сергеевич ПРЕССОВАННЫЙ КИРПИЧ НА ОСНОВЕ МЯГКОГО МЕЛА И МЕЛОПОДОБНЫХ ГОРНЫХ ПОРОД РОСТОВСКОЙ ОБЛАСТИ Специальность 05.23.05 – Строительные материалы и изделия АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Ростов - на - Дону 2010 Работа выполнена в ГОУ ВПО Ростовский государственный строительный университет Научный руководитель : кандидат технических наук, профессор ТКАЧЕНКО ГЕННАДИЙ АЛЕКСЕЕВИЧ Официальные оппоненты : доктор...»

«Никульшина Лия Леонидовна ГРАДОЭКОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ РАЗМЕЩЕНИЯ ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫХ УЧРЕЖДЕНИЙ ПРИ РЕКОНСТРУКЦИИ ГОРОДСКОЙ ЗАСТРОЙКИ Специальность: 05.23.22 – Градостроительство, планировка сельских населенных пунктов АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Москва – 2011 2 Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования Ростовский государственный строительный университет доктор...»

«СЕМЕНОВА ЕЛЕНА АНАТОЛЬЕВНА СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ СХЕМ КОМПОНОВКИ СИСТЕМ ОБЕСПЫЛИВАНИЯ ДЛЯ ЛОКАЛИЗУЮЩЕЙ ВЕНТИЛЯЦИИ В ПРОИЗВОДСТВЕ ИЗВЕСТИ Охрана труда (строительство) 05.26.01 Экологическая безопасность строительства и городского 05.23.19 хозяйства Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Волгоград – 2013 Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования Волгоградский...»

«КРУГЛОВА АЛЬБИНА НИКОЛАЕВНА СТРУКТУРА И СВОЙСТВА РАДИАЦИОННО-ЗАЩИТНЫХ ЭПОКСИДНЫХ КОМПОЗИТОВ НА АППРЕТИРОВАННОМ НАПОЛНИТЕЛЕ Специальность 05.23.05 – Строительные материалы и изделия Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Пенза – 2011 Работа выполнена в государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования Пензенский государственный университет архитектуры и строительства. Научный руководитель : доктор...»

«Карпенко Владимир Евгеньевич ФОРМИРОВАНИЕ СВЕТОВОЙ ПАНОРАМЫ ПРИБРЕЖНОГО ГОРОДА (на примере Владивостока) 05.23.20 – Теория и история архитектуры, реставрация и реконструкция историко-архитектурного наследия Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата архитектуры Москва - 2013 Работа выполнена в Инженерной школе ФГАОУ ВПО Дальневосточный федеральный университет на кафедре Проектирование архитектурной среды и интерьера Научный руководитель : кандидат...»

«Афонин Павел Алексеевич РЕСУРС СОПРОТИВЛЕНИЯ ЭКСПЛУАТИРУЕМЫХ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ СКЛАДЧАТЫХ ПОКРЫТИЙ 05.23.01 – Строительные конструкции, здания и сооружения АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Орел – 2013 2 Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования Государственный университет – учебно-научно-производственный комплекс Научный руководитель : Осовских Евгений...»

«БУРУКИН АЛЕКСЕЙ ЮРЬЕВИЧ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ГЛУБИННОГО УПЛОТНЕНИЯ СЛАБЫХ ОСНОВАНИЙ ЗЕМЛЯНОГО ПОЛОТНА Специальность: 05.23.11 – Проектирование и строительство дорог, метрополитенов, аэродромов, мостов и транспортных тоннелей (технические наук и) АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Москва – 2013 2 Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального...»

«Волынсков Владимир Эдуардович ИНФОРМАЦИОННО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ В АРХИТЕКТУРНОМ ФОРМООБРАЗОВАНИИ Специальность 05.23.20 – Теория и история архитектуры, реставрация и реконструкция историко-архитектурного наследия. Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата архитектуры Москва – 2012 г.   Диссертация выполнена в Московском архитектурном институте (государственной академии) на...»

«Сычугов Станислав Владимирович МОДИФИКАЦИЯ АНГИДРИТОВОГО ВЯЖУЩЕГО ТЕРМИЧЕСКИ ОБРАБОТАННЫМИ ЖЕЛЕЗОСОДЕРЖАЩИМИ ГАЛЬВАНИЧЕСКИМИ ШЛАМАМИ Специальность 05.23.05. – Строительные материалы и изделия АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Казань – 2014 2 Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования Ижевский государственный технический университет имени М.Т. Калашникова...»

«АПРЕСЯН Давид Шамилевич СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕТОДОВ РАСЧЕТА ПЕРЕХОДНЫХ ПРОЦЕССОВ В НАПОРНЫХ КОММУНИКАЦИЯХ НАСОСНЫХ СТАНЦИЙ ПРИ ПУСКЕ АГРЕГАТОВ Специальность 05.23.16 – Гидравлика и инженерная гидрология Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Москва 2013 2 Работа выполнена в ФГБОУ ВПО Московский государственный университет природообустройства на кафедре Насосы и насосные станции Научный руководитель : доктор технических наук, профессор...»

«МАТАШОВА Марина Александровна ЭКОЛОГО-ГРАДОСТРОИТЕЛЬНАЯ ОПТИМИЗАЦИЯ ПРИРЕЧНЫХ ТЕРРИТОРИЙ КРУПНОГО ГОРОДА (на примере г. Хабаровска) Специальность 05.23.22 – Градостроительство, планировка сельских населенных пунктов АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата архитектуры Москва – 2011 Работа выполнена на кафедре урбанистики и дизайна городской среды ГОУ ВПО Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет Научный руководитель :...»

«ГНЕЗДИЛОВА Светлана Александровна УЧЁТ ИЗМЕНЕНИЙ СОСТОЯНИЯ ГРУНТОВ ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ ДОРОЖНЫХ ОДЕЖД (НА ПРИМЕРЕ БЕЛГОРОДСКОЙ ОБЛАСТИ) (05.23.11 – Проектирование и строительство дорог, метрополитенов, аэродромов, мостов и транспортных тоннелей) Автореферат диссертации на соискание учной степени кандидата технических наук Москва 2010 2 Работа выполнена на кафедре Строительство и эксплуатация дорог Московского автомобильно-дорожного государственного технического университета...»

«Магомадов Заур Рамзанович ПОДГОТОВКА ПИТЬЕВОЙ ВОДЫ ИЗ МАЛОМОЩНЫХ ПОВЕРХНОСТНЫХ ВОДОИСТОЧНИКОВ 05.23.04 – Водоснабжение, канализация, строительные системы охраны водных ресурсов Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Москва-2012 2 Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования Московский государственный строительный университет Научный руководитель : доктор...»






 
© 2013 www.diss.seluk.ru - «Бесплатная электронная библиотека - Авторефераты, Диссертации, Монографии, Методички, учебные программы»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.