авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ  БИБЛИОТЕКА

АВТОРЕФЕРАТЫ КАНДИДАТСКИХ, ДОКТОРСКИХ ДИССЕРТАЦИЙ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Pages:   || 2 |

Структура высокотехнологичных бетонов и закономерности проявления их свойств при эксплуатационных влажностных воздействиях

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

СЛАВЧЕВА ГАЛИНА СТАНИСЛАВОВНА СТРУКТУРА ВЫСОКОТЕХНОЛОГИЧНЫХ БЕТОНОВ И ЗАКОНОМЕРНОСТИ ПРОЯВЛЕНИЯ ИХ СВОЙСТВ ПРИ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ ВЛАЖНОСТНЫХ ВОЗДЕЙСТВИЯХ 05.23.05 –Строительные материалы и изделия

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Воронеж - 2009

Работа выполнена в ГОУВПО Воронежский государственный архитектурно строительный университет Научный консультант – доктор технических наук, профессор, академик РААСН Чернышов Евгений Михайлович Официальные оппоненты - доктор технических наук Каприелов Семен Суренович - доктор технических наук, профессор Рахимбаев Шарк Матрасулович - доктор технических наук, профессор Корнеев Александр Дмитриевич Ведущая организация - ГОУВПО Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет (г. Санкт-Петербург)

Защита состоится 25 декабря 2009 года в 1000 на заседании диссертационного совета Д 212.033.01 Воронежского государственного архитектурно строительного университета по адресу: 394680, г.Воронеж, ул. 20-летия Октяб ря, д. 84, ауд.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Воронежского государст венного архитектурно-строительного университета.

Автореферат разослан

Ученый секретарь диссертационного совета Власов В.В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы.

В настоящее время строительная практика характеризуется появлением и расширяющимся применением высокотехнологичных бетонов нового поколе ния: на основе вяжущих низкой водопотребности, наполненных и тонкомоло тых цементов, быстротвердеющих и особобыстротвердеющих цементов, а так же бетонов супер- и гиперпластифицированных, гиперпрессованных, поризо ванных, дисперсно-армированных, высокодисперсных (порошковых), получае мых с применением микро- и наноразмерных структурных составляющих. Пе реход на новый уровень строительно-технических свойств и возможностей та ких бетонов является следствием принципиального преобразования, модифи цирования их структуры по сравнению с традиционными видами бетонов прежних поколений. Специфическими признаками структуры высокотехноло гичных бетонов являются возрастающие на несколько порядков площади по верхности раздела фаз, число физических и физико-химических контактов в единице объема материала, повышенная плотность или пористость, отличаю щиеся размерно-геометрические и энергетические характеристики пор и др. К высокотехнологичным бетонам с подобными признаками строения, качествен но новым уровнем свойств, безусловно, относятся плотные высокопрочные мо дифицированные бетоны, макропористые цементные и силикатные бетоны, ко торые именно в связи с этим являются объектами исследования.

Есть основания считать, что вследствие особенностей строения высоко технологичные бетоны могут быть потенциально более неравновесными и бо лее активными по отношению к воздействиям среды. Не исключается неодно значность, противоречивость проявления свойств высокотехнологичных бето нов при эксплуатации, что может оказаться проблемой при их практическом применении. Комплексных и достоверных знаний о поведении высокотехноло гичных бетонов, изменении их состояния и свойств при эксплуатации пока еще не получено. И в первую очередь это касается проблемы влияния влажностного состояния бетонов на проявление и изменение их строительно-технических свойств. Особое место и актуальность именно данной проблемы обусловлены тем, что в составе всех физико-климатических воздействий среды влажностные являются постоянно действующими, и от влажностного состояния бетона зави сит проявление практически всех основных свойств – прочности, деформатив ности, теплопроводности, морозостойкости.

В связи с этим развитие знаний, раскрытие механизма и закономерностей изменения свойств высокотехнологичных бетонов в зависимости от их влажно стного состояния, разработка технических и технологических решений по управлению качеством бетонов с учетом последствий эксплуатационных влажностных воздействий является актуальной проблемой и принимается в данной работе в качестве предмета исследований. Развитие этого направления имеет важное практическое значение для управления долговечностью и надеж ностью строительных конструкций и, соответственно, для совершенствования технологии бетонов.

Цель работы: разработка технологических решений по управлению фор мированием структуры бетонов и реализацией их свойств при влажностных эксплуатационных воздействиях на основе теоретических и экспериментальных исследований проблемы.

Ведущая научная концепция. Проявление строительно-технических свойств бетонов при эксплуатационных влажностных воздействиях определя ется формирующимся балансом сил в их структуре при изменении влагосодер жания. Величина этих сил обуславливается энергией связи видов воды со структурой материала, кинетикой содержания ее видов в материале при экс плуатации, что и зависит от параметров структуры материала. Формирование структуры является средством управления составляющими баланса сил ее связи с водой и, тем самым, средством влияния на реализацию строительно технических свойств материалов, их долговечность при влажностных эксплуа тационных воздействиях на конструкции.

В соответствии с целью работы и на основании выдвинутой концепции определены следующие задачи исследований:

1. Предложить подходы к постановке и решению материаловедческих вопро сов по проблеме обеспечения эффективной реализации строительно технических свойств бетонов при влажностных эксплуатационных воздейст виях на основе анализа, систематизации и развития положений физико химической механики, механики деформирования и разрушения, теории теп ло- и массопереноса в структурированных системах.



2. Обосновать систему структурных параметров бетонов, которая обеспечит возможности управления их влагообменом со средой.

3. Предложить принципы управления влажностным состоянием и условиями проявления строительно-технических свойств бетонов при эксплуатации по средством регулирования их структуры.

4. Экспериментально исследовать закономерности кинетики влажностного со стояния плотных и макропористых высокотехнологичных бетонов при взаи модействии их с водяным паром и водой эксплуатационной среды как функ ции параметров строения материала и параметров среды.

5. Экспериментально исследовать закономерности, раскрывающие взаимосвязь меры изменения основных строительно-технических свойств плотных и макропористых бетонов в различном влажностном состоянии с параметрами их структуры.

6. Рассмотреть прикладные инженерно-технологические задачи управления реализацией строительно-технических свойств высокопрочных модифици рованных бетонов, макропористых цементных и силикатных бетонов с уче том последствий влажностных эксплуатационных воздействий посредством регулирования их состава и конструирования структуры.

7. Разработать предложения по технологии получения оптимизированных структур бетонов по критерию эффективной реализации их свойств при влажностных эксплуатационных воздействиях.

Основные методологические и методические положения постановки исследований:

обеспечение системно-структурного подхода;

использование при осуществлении экспериментальных исследований ти пичных структур плотных и макропористых бетонов с широким диапазо ном варьирования параметров их строения;

комплексное применение методов идентификации структуры для ее количе ственного описания;

математическая интерпретация экспериментальных результатов для форми рования базы данных в задачах конструирования оптимизированных струк тур бетонов, обеспечивающих эффективную реализацию их свойств при из менении эксплуатационного влагосодержания.

Связь работы с научными программами. Исследования и разработки выполнялись в рамках гранта «Разработка и развитие теоретических и приклад ных вопросов гигромеханики строительных материалов» шифр ТОО – 12.2 – 1663 (2002 - 2003 г.г.);

Межотраслевой программы сотрудничества Минобразо вания и Спецстроя РФ «Наука, инновации, подготовка кадров в строительстве» (2002 - 2004 г.г.);

планового задания Федерального агентства по образованию «Развитие теории системно-структурного материаловедения и высоких техно логий строительных композитов нового поколения» (2003 - 2007 г.г.), «Разви тие теории и основ конструирования структур наноструктурных композитов нового поколения (2008 - 2012 г.г.);

по программе фундаментальных исследо ваний РААСН по приоритетному направлению «Развитие строительного мате риаловедения, технологии и нанотехнологии. Новые высокопрочные, сверх прочные, легкие, сверхлегкие и долговечные строительные композиционные материалы» (2002 - 2009 г.г.) и др.

Научная новизна работы.

Обобщены и развиты теоретические представления о механизме и зако номерной взаимосвязи строительно-технических свойств бетонов с их влаж ностным состоянием.

С позиций системно-структурного материаловедения сформулированы принципы управления структурой и качеством бетонов с учетом последствий эксплуатационных влажностных воздействий.

Обоснована система структурных параметров управления интенсивно стью взаимодействия бетонов с водяным паром и водой на основе анализа и сис тематизации фундаментальных представлений о процессах и закономерностях влагообмена дисперсных капиллярно-пористых тел со средой.

На основе обобщения комплексных экспериментальных данных раскры ты количественные взаимосвязи интенсивности процессов адсорбции, капил лярного насыщения, водопоглощения, обезвоживания с параметрами состава и структуры плотных и макропористых бетонов.

Получены количественные зависимости взаимосвязи меры изменения основных свойств бетонов в различном влажностном состоянии (прочности, величины деформаций, теплопроводности, морозостойкости) с характеристи ками их твердой фазы и порового пространства.

Количественно оценена мера эффективности управления показателями строительно-технических свойств плотных и макропористых бетонов при влажностных эксплуатационных воздействиях посредством направленного ре гулирования их строения.

Предложены подходы к конструированию структур бетонов по критери ям и условиям эффективной реализации строительно-технических свойств при влажностных воздействиях эксплуатационной среды;

систематизирована база данных, разработаны алгоритмы и решена задача конструирования структур цементных поризованных бетонов.

Практическая значимость работы определяется возможностями реше ния на основе научных ее результатов прикладных задач материаловедения и технологии высокотехнологичных бетонов, управления их качеством и долго вечностью. Полученные количественные зависимости взаимосвязи меры изме нения основных свойств, интенсивности процессов влагообмена цементных и силикатных бетонов с параметрами их структуры создают информационную базу: 1) для «конструирования» структур и обоснования требований к составам и параметрам технологии бетонов с комплексом задаваемых свойств и характе ристик;

2) для обоснования рекомендаций к определению расчетных характе ристик бетонов при проектировании конструкций;

3) для обоснования требова ний к рациональным условиям применения материалов в конструкциях.

Результаты исследований позволили:

для высокопрочных модифицированных бетонов (с составами, применяемы ми в современном строительстве) обосновать значения коэффициентов ли нейных влажностных деформаций и коэффициентов условий работы бетона с учетом его влажностного состояния;

для цементных поризованных бетонов обосновать требования к составам, структуре и получить бетоны средней плотностью от 800 до 1600 кг/м3 с по ниженной эксплуатационной деформируемостью, разработать их техноло гию, ориентированную на использование региональных природных и техно генных сырьевых материалов и характеризуемую возможностью примене ния одних и тех же материалов и оборудования для получения поризованных бетонов различного строительного назначения;

для силикатных ячеистых бетонов нового поколения обосновать предложе ния по уточнению коэффициентов теплопроводности, а также определить требования к конструкции наружных стен зданий по условиям обеспечения нормируемого термического сопротивления стен в реальном диапазоне го дичной динамики эксплуатационного влагосодержания материала.

Реализация работы. Результаты работы использованы:

для обоснования предложений к подготовке нормативно-инструктивных до кументов - «Рекомендаций по учету влажностного состояния высокопрочных модифицированных бетонов при определении их расчетных характеристик», ГОСТ 31359-2007 «Бетоны ячеистые автоклавного твердения. Технические условия», «Рекомендаций по обеспечению теплоэффективности ограждаю щих конструкций с применением изделий из силикатного ячеистого бетона с учетом их влажностного режима»;

при разработке комплекта технологической документации, включающего «Технические условия на бетон поризованный», «Технологический регла мент на производство конструкций из мелкозернистого плотного и поризо ванного бетона для монолитного строительства», «Карту технологического процесса изготовления стеновых блоков из поризованного бетона», варианты комплектации мобильного технологического комплекса для условий моно литного строительства и заводских производства.

В период 1998 2008 гг. на ряде предприятий г. Воронежа и области осу ществлено опытно-промышленное возведение монолитных стен, устройство подготовок под полы из поризованного бетона;

проведена опытно-техническая проверка его эксплутационных свойств.

В рамках реализации Межотраслевой программы сотрудничества Миноб разования и Спецстроя РФ «Наука, инновации, подготовка кадров в строитель стве» (2002 - 2004 г.г.) комплект технологической документации по поризован ным бетонам предоставлен предприятиям Спецстроя РФ (ФГУП УССТ №2, г.

Москва;

ФГУП УССТ №3 г. Санкт-Петербург;

ФГУП «Центральное проектное объединение», г.Воронеж).

Рекомендации по обеспечению теплоэффективности ограждающих конст рукций используются в ЗАО «Коттеджиндустрия» (г. Россошь Воронежской обл.) при проектировании и возведении зданий с применением изделий из си ликатного ячеистого бетона.

Предложения по подготовке стандарта «Бетоны поризованные конструк ционные и конструкционно-теплоизоляционные для малоэтажного жилищного строительства по монолитным технологиям» включены в план перспективных разработок РААСН в рамках реализации федеральных целевых программ «Жи лище» и «Реформирование ЖКХ».

Результаты исследований автора внедрены в учебный процесс Воронеж ского государственного архитектурно-строительного университета: использо ваны при подготовке спецкурса «Механика прочности и разрушения материа лов и конструкций» для студентов специальности «Производство строитель ных изделий и конструкций», в курсовом и дипломном проектировании, при подготовке магистерских диссертаций.

Апробация работы. Результаты работы доложены на V, VI, VIII, X ака демических чтениях РААСН (Воронеж, 1999 г.;

Иваново, 2000 г.;

Самара, г.;

Казань, 2006 г.);

на Международных академических чтениях РААСН «Новые научные направления строительного материаловедения» (Белгород, 2005 г.);

Международных академических чтениях «Безопасность строительного фонда России. Проблемы и решения» (Курск, 2009 г.);

трех Международных научно практических конференциях «Бетон и железобетон в третьем тысячелетии» (Ростов-на-Дону, 2000, 2004, 2006 г.г.);

трех научно-практических конференци ях по результатам реализации Межотраслевой программы сотрудничества Ми нобразования и Спецстроя РФ «Наука, инновации, подготовка кадров в строи тельстве» (Москва, 2002, 2003, 2004 г.г.);

Международном конгрессе «Совре менные технологии в промышленности стройматериалов и стройиндустрии» (Белгород, 2003 г.);

Международном конгрессе «Наука и инновации в строи тельстве» (Воронеж, 2008 г.);

Международной конференции «Механика раз рушения бетона, железобетона и других строительных материалов» (г. Санкт Петербург, 2009 г.);

ежегодных научно-практических конференциях ВГАСУ (1999….2008 г.г.).

Разработки по технологии поризованных бетонов представлялись на 18-й межрегиональной выставке «Строительство» (2004 г., г. Воронеж);

межрегио нальной выставке «Агробизнес - Черноземье» (2004 г., г. Воронеж);

на 19-й межрегиональной выставке «Строительство» (2004 г., г. Воронеж) с получени ем диплома в конкурсе за лучшую разработку;

на выставке «Воронежстрой тех» (2004 г., г. Воронеж);

на научно-практических конференциях-выставках Межотраслевой программы сотрудничества Минобразования и Спецстроя РФ (2002, 2003, 2004 г.г., г. Москва).

Публикации. Основные результаты и положения диссертационных иссле дований представлены в 45 статьях и 1 монографии, в том числе 9 статей опуб ликовано в изданиях, входящих в рекомендованный ВАК перечень.

Личный вклад автора. Представленные в диссертации результаты полу чены лично автором, а также в рамках руководства исследованиями, в котором автору принадлежит определяющая роль в формулировке проблем, целей и за дач исследований, в планировании и проведении экспериментов, анализе и обобщении полученных результатов. Автору во всех работах, опубликованных в соавторстве, в равной степени принадлежат сформулированные теоретиче ские положения и результаты экспериментальных исследований, их анализ и обобщение, раскрывающие научную новизну работы, а также прикладные разработки, подтверждающие ее практическую значимость.

Достоверность научных результатов обеспечивается методически обос нованным комплексом исследований на поверенном экспериментальном обору довании;

статистической обработкой с заданной вероятностью и необходимым количеством повторных испытаний;

сопоставлением результатов, полученных разными методами, а также их сравнением с результатами, полученными дру гими авторами. Достоверность теоретических положений подтверждалась экс периментальными исследованиями.

Объем и структура работы. Диссертация общим объемом 482 страницы состоит из введения, 6 глав, основных выводов и 11 приложений, включает рисунка и 72 таблицы. Список литературы содержит 377 наименований.

Автор защищает.

1. Исходные теоретические представления и положения о закономерностях влияния параметров структуры бетонов на проявление строительно технических свойств при влажностных эксплуатационных воздействиях.

2. Теоретические предпосылки, принципы и систему структурных факторов управления строительно-техническими свойствами и качеством бетонов с учетом последствий влажностных воздействий среды.

3. Результаты исследований закономерностей изменения влажностного со стояния в процессе адсорбции, капиллярного насыщения, водопоглощения, обезвоживания плотных и макропористых высокотехнологичных бетонов как функции их структуры.

4. Результаты исследований и обобщений по закономерностям влияния струк туры плотных и макропористых бетонов на прочностные и деформативные характеристики, теплопроводность условия обеспечения морозостойкости при изменении их влажностного состояния.

5. Рекомендации к определению расчетных характеристик высокопрочных мо дифицированных бетонов с учетом возможных изменений свойств при влаж ностных воздействиях.

6. Принципы и алгоритмы конструирования структуры макропористых бето нов по критериям эффективной реализации задаваемых конструкционных свойств в условиях влажностных эксплуатационных воздействиий.

7. Разработки по технологии цементных поризованных бетонов различного строительного назначения на основе типичных разновидностей природных и техногенных сырьевых материалов.





8. Предложения к постановке специальных разделов материаловедения в про граммах подготовки инженеров-строителей-технологов и магистров по на правлению «Строительство».

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Постановка проблемы. При формулировке научно-инженерной проблемы обеспечения эффективной реализации строительно-технических свойств бетонов при влажностных эксплуатационных воздействиях исходили из следующего базового положения. Система «среда – материал конструкция» характеризуется как открытая термодинамическая, в которой среда воздействует с различной интенсивностью на подсистему «материал конструкция» комплексом механических нагрузок и физико-климатических факторов, оказывающихся движущими силами изменений в данной системе (рисунок 1).

Структура материала идентифицируется в работе как гетерофазная, поли минеральная, полидисперсная, многоуровневая, которая стремится к состоянию термодинамического равновесия со средой при ее воздействии на материал.

Воздействие среды на материал в конструкции вызывает соответствующую его реакцию (отклик) и приводит к развитию совокупности явлений. Эти явления отражают процессы изменения состояния материала, которое оказывает непо средственное влияние и на показатели свойств материала, и, одновременно, оп ределяют формирование полей деформаций и напряжений в конструкции. Пола гается, что общий эффект изменения работоспособности конструкции в про цессе эксплуатации определяется совокупным действием процессов структуро образования и твердения, механических нагрузок, температурных и влажност ОТКРЫТАЯ ТЕРМОДИНАМИЧЕСКАЯ СИСТЕМА Среда Материал параметры нагрузок и воз- структура: гетерофазная, по действий: вид и уровень на- лиминеральная, полидис грузок, температура, влаж- персная, многоуровневая ность, химический состав Неравновесность состояния Процессы изменения состояния материала в материале и конструкции напряженно сжатие-растяжение деформированного теплообмен температурного влагообмен влажностного химическая коррозия вещественного гидратация и твердение тепловыделение ФОРМИРОВАНИЕ ПОЛЕЙ ТЕМПЕРАТУ- ИЗМЕНЕНИЕ КОНСТРУКЦИОННЫХ РЫ, ВЛАЖНОСТИ, НАПРЯЖЕНИЙ И ДЕ- СВОЙСТВ МАТЕРИАЛА ФОРМАЦИЙ В КОНСТРУКЦИИ Конструкция тип, конструктивные особенности, геометрические размеры, вид материалов, уровень свойств материалов Изменение несущей способности, тепло-, влагозащитных характеристик ИЗМЕНЕНИЕ РАБОТОСПОСОБНОСТИ КОНСТРУКЦИИ В ПРОЦЕССЕ ЭКСПЛУАТАЦИИ Рисунок 1 - Характеристика системы «среда - материал – конструкция» ных изменений, химической коррозии. Влажностные воздействия являются по стоянно действующими;

определяемое ими напряженно-деформированное со стояние конструкции трансформируется во времени в соответствии с изменени ем влажности материала. Колебания влажностного состояния материала как структурированной системы сопровождаются изменением баланса сил связи твердой фазы и порового пространства с водой на соответствующих масштаб ных уровнях структуры, неизбежно оказывая влияние на проявление свойств материала.

Изменение вещественного, напряженно-деформированного состояния и свойств материала в результате эксплуатационных влажностных воздействий рассматривается в контексте общей проблемы обеспечения работоспособности конструкций. При этом условия обеспечения надежности и долговечности кон струкций соотносятся с потенциальной способностью состава и структуры материала сопротивляться таким изменениям его состояния при влажностных эксплуатационных воздействиях.

Методология постановки исследований опирается на базовые положения системно-структурного материаловедения, в соответствии с которым управле ние качеством и долговечностью строительных материалов осуществляется че рез синтез и конструирование их структур. Рассмотрение материала как струк турированной системы, которой свойственна иерарахия в построении струк турных элементов твердой фазы и порового пространства, позволяет полагать, что эффективное управления конструкционными свойствами и их реализацией при влажностных воздействиях эксплуатационной среды должно основываться на регулировании параметров структуры, «ответственных» за баланс сил ее связи с водой.

Положение о том, что структура должна обеспечивать приемлемую со хранность и допустимую меру изменения конструкционных свойств материала на уровне расчетных, принимаемых при проектировании конструкций значе ний, является главным исходным мотивом постановки диссертационных ис следований, позволившим сформулировать их теоретические посылки и обос новать содержание экспериментальных исследований.

Систематизация и развитие представлений о природе взаимосвязи свойств бетонов с влажностным состоянием опирается на фундаментальные работы в области физико-химической механики, коллоидной химии, физиче ской химии поверхностей (Р.К. Айлера, А.В. Думанского. Б.В. Дерягина, Ю.В.

Горюнова, П.А. Ребиндера, Б.Д. Сумма, В.Ю. Траскина, Д.А. Фридрихсберга, Н.В. Чураева, Е.Д. Щукина и др.). Применительно к строительным материалам теоретические и прикладные проблемы изменения строительно-технических свойств при температурно-влажностных воздействиях раскрыты в работах С.В.Александровского, А.С. Аведикова, А.С. Беркмана, Ю.М. Баженова, А.А.

Гвоздева, Г.И. Горчакова, Г.Д. Диброва, К.Г. Красильникова, Б.А. Крылова, П.Г. Комохова, В.М. Москвина, Н.А. Мощанского, Л.В. Никитиной, В.А.Невского, М.С. Острикова, И.Е.Прокоповича, А.У. Франчука, З.Н. Цилоса ни, Е.М. Чернышова, А.Е.Шейкина и др. Однако, несмотря на большой объем накопленных данных, научная и прикладная информация отличается опреде ленной фрагментарностью. Поэтому очевидна необходимость систематизации существующих представлений и разработки общих теоретических подходов к вопросу управления свойствами бетонов при изменении их влажности с пози ций современного структурного материаловедения.

В развиваемых в работе системных представлениях о механизме влияния воды в структуре бетонов принимается, что химическая, физико-химическая и физико-механическая формы связи воды реализуются по масштабным уровням строения в характерных для них и различающихся по величине энергии взаи модействия видах связи воды со структурой: капиллярной, адсорбционной, межслоевой молекулярной воды и воды кристаллической решетки. Сила связи существенно и закономерно возрастает от макро- к микро- и наноуровням. По следние для бетонов плотной и макропористой структуры представлены сово купностью структурных элементов микробетона, новообразований цементи рующего вещества с присущими им порами. Определяющий вклад в изменение свойств материала в различном влажностном состоянии вносят структурные составляющие именно этих последних уровней, что особенно важно для высо котехнологичных бетонов, в структуре которых они занимают приоритетное место.

Напряженно-деформированное состояние структуры материала зависит от количественного содержания и соотношения различных видов воды в ней.

Изменение такого содержания и соотношения при нарушении термодинамиче ского равновесия со средой приводит к изменению баланса сил в структуре и, как следствие, к изменению конструкционных характеристик и свойств. Мера этого при изменении влажностного состояния, в свою очередь, определяется характеристиками структуры материала.

Влияние влажностного состояния на прочность бетонов рассмотрено в рамках действия эффекта Ребиндера. Анализ механизма проявления эффекта адсорбционного понижения прочности с позиций структурного материаловеде ния позволил выделить систему параметров строения бетонов, регулирующих меру проявления этого эффекта. К ним отнесены:

1)химико-минералогический состав цементирующего вещества, который опре деляет вид связей между структурными элементами, и, следовательно, веро ятность их гидролитического расщепления;

2) размерные характеристики структурных элементов твердой фазы и порового пространства, их количество и однородность их размещения в объеме мате риала, что определяет меру понижения запаса свободной поверхностной энергии в процессе адсорбции и итоговую величину энергетических затрат на образование новой поверхности твердых тел при их разрушении во влаж ном состоянии;

3)площадь поверхности раздела фаз, смачиваемость поверхности твердой фазы, которые влияют на меру «восприимчивости» структуры материала к дейст вию воды и определяют условия распространения жидкой среды в структуре материала, способствуя также усилению или ослаблению эффектов пони жения прочности.

Механизм влияния влажностного состояния материала на развитие де формаций имеет различную природу проявления в случае действия механиче ской нагрузки (ползучесть) и при увлажнении-высушивании (набухание усадка).

Принимается, что увеличение ползучести, как и снижение прочности при увлажнении определяется действием эффекта Ребиндера, и это связывается с единой совокупностью факторов управления данными характеристиками.

Влажностные напряжения и деформации при изменении влагосодержания материала обусловлены последовательным включением в действие сил капил лярного стяжения, расклинивающего давления, поверхностного натяжения, межчастичного взаимодействия, сил внутренних связей в кристаллогидратах и упругого противодействия твердой фазы ее деформированию. Величина де формаций зависит от условий и возможности изменения баланса этих сил в ма териале и определяется следующими параметрами состава и структуры: 1) объемным соотношением элементов твердой фазы и пор в структуре, так как от этого зависит количество воды в структуре и мера сопротивляемости твердофа зового каркаса развитию деформаций;

2) качественными характеристиками структурных элементов (распределение по размерам пор и частиц твердой фа зы, их удельная поверхность и поверхностная энергия), которые определяют меру действия и вклад каждой из обозначенных составляющих баланса сил и, следовательно, величину усадочных напряжений.

При рассмотрении зависимости теплопроводности от влажности мате риала исходили из сложившихся представлений о том, что данная зависимость определяется закономерностями переноса тепла и влаги в структуре и являет ся нелинейной. Решающее влияние на величину коэффициента теплопровод ности во влажном состоянии оказывает форма связи воды со структурой. При этом главная роль принадлежит количественному соотношению различных видов воды, что зависит от удельной поверхности и поверхностной энергии частиц твердой фазы, ее химико-минералогического состава, объема пор и их распределения по размерам.

Анализ и систематизация механизмов накопления повреждений в мате риале, приводящих к морозному разрушению, дает основание к выделению двух главных факторов повышения морозостойкости материалов, являющихся критериальными для развития деформаций и напряжений как следствие про цессов льдообразования:

1) фактора температуры замерзания воды в структуре материала;

2) фактора массопроводности материала в термоградиентных условиях его эксплуатации в конструкции, определяющего возможность и интенсивность миграции влаги из теплых в охлаждаемые зоны.

Проявление действия этих факторов зависит от силы связи воды со структурой материала, и потому обеспечение морозостойкости связывается со следующей системой структурных характеристик: удельной поверхностной энергией и смачиваемостью поверхности твердой фазы, объемом пор и их раз мерами. Для макропористых материалов дополнительное направление повыше ния морозостойкости соотносится с резервным объемом макропористого про странства в материале, в который может отжиматься жидкая фаза при льдообразо вании в заполненных водой капиллярных порах.

В итоге теоретических обобщений показано, что управление конструкци онными свойствами бетонов посредством регулирования баланса сил в его структуре может достигаться через следующие параметры строения: Vтв.ф,.

Sтв.ф, qтв.ф, - объем, площадь поверхности и удельная поверхностная энергия твердой фазы, rсэ - размер структурных элементов, Vпор - объемная доля пор и drпор/dVпор - распределение их по размерам, - краевой угол смачивания жидко стью поверхности твердой фазы.

Мера изменения свойств бетонов при эксплуатации закономерно опреде ляется интенсивностью их влагообмена со средой, именно это предопределяет необходимость анализа представлений о его законах и механизмах с материа ловедческих позиций.

Анализ и систематизация с позиций структурного материаловедения представлений о процессах влагообмена бетонов со средой, влагопереноса в их структуре основываются на теориях адсорбции и поверхностных явлений, капиллярности, фильтрации. Центральное место в них занимают уравнения Лэн гмюра, Брунауэра, Эмметта и Теллера, Гиббса, Лапласа, Кельвина, Жюрена, Дар си. В результате прикладной реализации фундаментальных представлений в предшествующий период разработаны физико-математические модели влагопе реноса и основанные на них методы расчета влажностного режима конструкций, для ряда строительных материалов получены экспериментальные изотермы сорбции, кинетические кривые капиллярного насыщения с соответствующим ма тематическим описанием (работы А.Адамсона, В.Н.Богословского, Р.Е Бриллин га, В.Г. Гагарина, М.М. Дубинина, К.Г. Красильникова, И.Я. Киселева, А.В.Лыкова, А.Г.Перехоженцева, К. Пирса, А.И. Русанова, С.П. Рудобашты, Н.Н.Скоблинской, Д.П. Тимофеева, А.У. Франчука, К.Ф.Фокина, С.В. Федосова, Р.Фельдмана, М.Р.Харриса, А.С.Эпштейна и др). Однако вопросы регулирования структуры материалов с целью управления интенсивностью процессов влагооб мена недостаточно полно раскрыты.

Вместе с этим накопленные фундаментальные и прикладные знания позво лили обосновать и раскрыть представления о влияние состава и структурных ха рактеристик бетонов на развитие основных процессов их взаимодействия с водя ным паром и водой. Показано, что параметры строения определяют меру изме нения запаса внутренней энергии материала и, тем самым, его реакцию на влаж ностные воздействия. При этом во взаимодействии со средой объем твердой фазы проявляет свою роль в комплексе с величиной площади поверхности и энергети ческим ее состоянием;

поровое пространство действует своими параметрами объ ема, распределения объема по размерам пор и энергетическим полем объема пор (в соответствии с теорией Поляни).

Выявленная совокупность параметров строения полностью соотносится с параметрами регулирования показателей строительно-технических свойств бетонов при изменении их влажностного состояния. Исходя из этого, следует единая совокупность структурных факторов управления интенсивностью влагообмена со средой и проявлением свойств бетонов при эксплуатации, и соответствующие способы регулирования количественных и качественных характеристик твердой фазы и порового пространства материала (рисунок 2).

Обоснованная совокупность структурных факторов реализована при по становке экспериментальных исследований и разработке прикладных решений в технологии бетонов.

Экспериментальные исследования закономерностей процессов изменения влажностного состояния бетонов как функции их структуры В экспериментальных исследованиях принята совокупность показателей, позволяющих комплексно оценивать меру эффективности варьирования струк турных характеристик при управлении влажностным состоянием материала.

В их числе учитываются: 1) адсорбционно-конденсационная емкость мате риала, характеризующая то количество водяного пара, которое материал спосо бен поглотить в среде с различной влажностью и температурой в расчете на ТВЕРДАЯ ФАЗА ПОРОВОЕ ПРОСТРАНСТВО БЕТОН Регулирование структурных Регулирование структурных характеристик порового пространства характеристик твердой фазы МОДИФИЦИРОВАНИЕ КОЛЬМАТА ИЗМЕНЕНИЕ РАЗМЕРНО РЕГУЛИРОВАНИЕ ПОВЕРХНОСТИ ЦИЯ СОСТАВА ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК Химико- Дис- Морфо- Создание Создание Регулирова- Создание Введение минера- перс логиче- поверхно- гидрофобно- ние распре- пор пере- флокул по логиче- ного стно- го пленочно- деления пор менного лимеров ского ского привитых го покрытия по размерам сечения в поры слоев СПОСОБЫ РЕГУЛИРОВАНИЯ ИНТЕНСИВНОСТИ ВЛАГООБМЕНА БЕТОНОВ СО СРЕДОЙ И СТРОИТЕЛЬНО-ТЕХНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ПРИ ЭКСПЛУАТАЦИИ Рисунок 2 – Структурные факторы и способы управления интенсивностью влагообмена со средой и проявлением свойств бетонов при эксплуатации единицу его массы, объема и единицу объема пор;

2) водопоглощение в расче те на единицу массы, объема и единицу объема пор;

3) капиллярная насыщае мость, характеризующая количество поглощенной влаги в расчете на единицу площади поверхности материала.

При реализации исследований на первом этапе осуществлены эксперимен ты с цементным микробетоном, так как полагалось, что их результаты имеют обобщенное значение для материалов, в которых соответствующий состав мик робетона выполняет роль матрицы. В экспериментах использовались следую щие «структурные модели» цементного микробетона, получаемые - варьированием В/Ц –отношения (базовые);

- варьированием содержания комплексного модификатора МБ-01 на осно ве микрокремнезема и суперпластификатора (рассматриваемые в качестве мат рицы высокопрочных бетонов);

- варьированием вида и дисперсности наполнителей при постоянстве их массовой доли (рассматриваемые в качестве матрицы поризованных бетонов).

Диапазон значений параметров состава и структуры в рамках использо ванных групп моделей цементного микробетона представлен в таблице 1.

Анализ экспериментальных данных свидетельствует о том, что возраста ние величины адсорбции в 2,5-3,5 раза (рисунок 3) главным образом определя ется повышением удельной площади поверхности твердой фазы, увеличением объема и изменением структуры пористости. Указанные изменения параметров структуры обусловлены увеличением В/Ц-отношения с соответствующими изменениями характе ристик цементирующего вещества;

введением в структуру цементного камня наполнителей, характеризую щихся высокой дисперсностью и активностью по отношению к воде;

комплексным модифицированием структуры микробетона путем Таблица 1 – Показатели влажностного состояния и параметры структуры цементного микробетона Модели структуры микробетона базовые матрицы высо- матрицы копрочных бе- поризованных бетонов тонов Характери- В/Ц 0,27 0,4 0,37 0,3 0,4 1, стика со- Вид наполнителя без на- микрокремне- кварце- карбонатная става полните- зем вый песок пыль-унос Sуд, м2/кг ля 2000 60 теплота смачивания 1,21 0,71 2, водой, кДж/кг Содержание напол- 8 22 нителя, % от массы цемента Параметры Степень гидратации 70 82 70 78 74 структуры цемента, % 0,55 0,43 0,43 0,57 0,18 0, Vц.в 0,24 0,19 0,19 0,07 0,06 0, Vзц - 0,05 0,13 0,54 0, Vмн 0,18 0,33 0,33 0,23 0,22 0, Vп Sтв.ф, м2/г 47,3 82,2 127,5 34,2 7,0 48, qтв.ф, кДж/кг 12,8 15,1 15 27 2 5, Содержание пор ра- 29 24 26 40 10 диусом rэ 20 нм, % от общего объема пор Адсорбционно- 9,1 13,1 11,8 5,9 3,1 10, конденсационная Показатели емкость материала, % по массе влажност ного со- Капиллярная на- 0,89 1,44 1,16 0,65 0,52 1, сыщаемость, г/см стояния Водопоглощение, % 11,6 20,4 11,4 12,1 6,7 24, по массе Обозначено: Vц.в – объем цементирующего вещества, Vзц- объем остаточных зерен це мента. Vмн –объем микронаполнителя, Vп – объем пор, Sтв.ф - удельная площадь по верхности и qтв.ф – удельная поверхностная энергия твердой фазы, rэ – эквивалентный радиус пор.

применения добавок нового поколения типа МБ-01 на основе ультрадис персных составляющих.

Величина капиллярного насыщения (рисунок 3б), зависящая от энергетиче ских показателей порового пространства и твердой фазы, закономерно снижается, во-первых, при увеличении радиуса пор, что связано с уменьшением при этом ве личины капиллярного давления, во-вторых, при снижении удельной площади по верхности и удельной поверхностной энергии твердой фазы. Наибольшая величина капиллярного насыщения характерна для цементного микробетона без наполнителя (В/Ц=0,4) и микробетона на карбонатной пыли-уносе, отличающихся наибольшей величиной общего объема пор (0,35 м3/м3) и одновременно повышенной удельной поверхностной энергией твердой фазы (до 15 кДж/кг). Наиболее низкая скорость и величина насыщения получены для модифицированного цементного микробетона (с дозировкой МБ-01 22% от массы цемента), характеризуемого минимальной ве личиной общего объема пор и значительным содержанием пор rэ 20 нм, и для микробетона на кварцевом песке, отличающегося одновременно и минимальной энергетической активностью поверхности ( 2 кДж/кг).

В соответствии с тем, что практически весь объем порового пространства б) а) Величина адсорбции, % по массе 1, Величина капиллярного 1, насыщения, г/см 1, 0, 0, 0, 0, 2 0 20 40 60 80 100 Продолжительность насыщ ения, час 0 без наполнителей (В/Ц=0,27) 0 0,2 0,4 0,6 0,8 без наполнителей (В/Ц=0,4) Парциальное давление водяного пара р/р0 1, Величина капиллярного 1, насыщения, г/см 1, Величина адсорбции, % по массе 12 0, 10 0, 0, 0, 0 20 40 60 80 100 Продолжительность насыщ ения, час наполнитель кварцевый песок (175 % от массы 2 цемента) наполнитель пыль-уноса (175 % от массы цемента) наполнитель микрокремнезем (8 % от массы 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 цемента) наполнитель микрокремнезем (22 % от массы Парциальное давление цемента) водяного пара р/р Рисунок 3 – Изотермы адсорбции (а) и кинетика капиллярного насыщения (б) цементного микробетона в цементном микробетоне заполня Капиллярное насыщение, г/см2 Величина адсорбции, % по массе ется водой, абсолютные показатели его водопоглосыщения возрастают (см. табл. 1) с увеличением удельной поверхностной энергии твердой фа- зы, с ростом объема пор. Однако цементный камень, модифициро- ванный добавкой МБ-01 (при ее со держании 12-15% от массы цемен та), в поровом пространстве которо го преобладают поры с rэ 5-20 нм, 1, характеризуется значениями вели 1, чины водонасыщения не более 5-6% 1, (рисунок 4). При столь малой вели чине размеров пор материал оказы- 0, вается практически водонепрони- 0, цаемым вследствие действия сил 0, противокапиллярного давления.

0, Примечательно, что для данных 0, структур микробетона равновесная влажность, достигаемая при адсорб Водопоглощение, % по массе ции водяных паров, оказывается почти в два раза выше, чем в резуль- тате водонасыщения предваритель но высушенных образцов материала.

Полученные данные отвечают исходной концепции работы, они находят подтверждение в результа тах исследований по силикатному бетону (данные Е.М.Чернышова). 0 5 10 15 20 25 При варьировании характеристик Содержание модификатора МБ-01, % от твердой фазы силикатного микробе- массы цемента тона (в диапазоне Sтв.ф125-300 м /г - микробетон и qтв.ф = 19-33 кДж/кг), порового - мелкозернистый бетон пространства (в диапазоне бетон на крупном заполнителе Vпор=0,33-0,65 м /м, rэ=12-65 нм) Рисунок 4 – Показатели влажностного показатели величины адсорбции, состояния высокопрочного капиллярного насыщения и водопо модифицированного бетона глощения отличались в 2-3,5 раза, а минимальные их значения были ха рактерны для структур с наименьшими в рассматриваемом диапазоне значе ниями показателей удельной площади и энергетической активности поверхно сти, объема пор.

Таким образом, определяющая роль в активности матричного материала бе тонов при взаимодействии с водяным паром и водой принадлежит энергетиче скому потенциалу поверхности частиц твердой фазы и порового пространства.

В практическом отношении с целью снижения интенсивности взаимодействия с водяным паром и водой для бетонов заданной средней плотности и с опти мальным по прочности содержанием связующего (микробетона) необходимо стремиться к формированию хорошо закристаллизованных гидросиликатов кальция пониженной основности, к формированию порового пространства с преобладающим содержанием пор радиусом менее 20 нм. Эффективным прие мом воздействия на интенсивность процессов влагообмена структуры бетонов со средой может считаться и введение более инертных по отношению к воде наполнителей.

На втором этапе исследования проводились с плотными высокопрочными модифицированными бетонами и цементными поризованными бетонами сред ней плотности = 800-1600 кг/м3.

В экспериментах составы высокопрочных модифицированных бетонов соответствовали рекомендованным специалистами НИИЖБ (В.Г. Батраков, С.С. Каприелов, А.В.Шейнфельд и др.) составам для промышленного внедре ния. Структура цементирующего вещества регулировалась варьированием до зировки модификатора, а ее параметры отвечали их значениям для соответст вующих серий микробетона. В экспериментах с цементным поризованным бе тоном мелко- и микрозернистой структуры материал средней плотности = кг/м3 изготавливался на различных видах наполнителей (таблица 2). Парал лельно для мелкозернистого бетона на кварцевом песке с одинаковым по со ставу и структуре материалом межпоровых перегородок осуществлялось изу чение влияния средней плотности в диапазоне =800-1600 кг/м3 на величину показателей влажностного состояния.

Таблица 2 - Показатели влажностного состояния поризованных бетонов средней плотности 800-1600 кг/м3 на основе различных видов наполнителей Вид бетона микрозернистый = мелкозерни кг/м стый Показатели влажностного состояния на мо- на пы- на зо =1600 =800 лотом ли- ле 3 песке уносе уносе кг/м кг/м Адсорбционно-конденсационная емкость, 5, % по массе (над чертой);

степень заполне- 3,8 4,4 8,7 8, ния объема пор водой, Vжф/Vпор, м3/м3 (под 0, 0,17 0,06 0,1 0, чертой) при р/р0=0, Капиллярное насыщение, г/см2 0, 0,62 0,42 0,9 0, 21, Водонасыщение по массе, % 10,3 14,6 28,5 23, 16, Водонасыщение по объему, % 16,5 11,7 22,8 19, Степень заполнения объема пор водой в во 0, 0,45 0,17 0,34 0, донасыщенном состоянии, Vжф/Vпор, м3/м Соотношение объемов жидкой и твердой 0, фазы в водонасыщенном состоянии, 0,25 0,38 0,71 0, Vжф/Vтв.ф., м3/м Выявленные в экспериментальных исследованиях взаимосвязи между ин тенсивностью и мерой взаимодействия с водяным паром и водой и параметра ми строения принятых для исследований групп бетонов позволяют утверждать, что вклад микро- и макроструктурных составляющих принципиально отличает ся для традиционных и высокотехнологичных бетонов.

Важно подчеркнуть, что для классических бетонов наличие мелкого и крупного заполнителя в структуре обеспечивает снижение величины адсорбци онно-конденсационной емкости, капиллярного насыщения и водопоглощения более чем в 5 раз по сравнению с микробетоном. Для указанных характеристик модифицированных микробетона и плотного высокопрочного бетонов данное отличие существенно ниже и составляет всего 1,5-2 раза (см. рис. 4). Это дока зывает усиление вклада модифицированного, энергетически активного свя зующего в реакцию материала на влажностные воздействия. При этом дости гаемая величина показателей влажностного состояния главным образом зависит от содержания комплексного модификатора МБ-01 в составе бетона. Мини мальные значения величин адсорбционно-конденсационной емкости, капил лярного насыщения и водопоглощения характерны для бетонов на крупном и мелком заполнителе, как и для микробетона, при дозировке модификатора 15 22% от массы цемента. Данный диапазон дозировок обеспечивает получение такой структуры связующего, которая характеризуется минимальным объемом (до 0,23 м3/м3) пор со значительной долей наноразмерных пор (5-20 нм). Объ яснение этому состоит в следующем. Размер нанопоры соизмерим с характери стической длиной свободного пробега молекул водяного пара 60 нм, кото рая при этом оказывается больше поперечного размера поры. Если в материа лах преобладают нанопоры 20 нм, то практически отсутствуют условия для свободной диффузии молекул воды в его структуре, и основная роль в процес сах переноса принадлежит диффузии адсорбированных молекул по поверхно сти твердой фазы, что делает материал малопроницаемым для жидкостей и га зов. Более высокая активность бетона по отношению к влажностным воздейст виям наблюдается при дозировке ультрадисперсного модификатора МБ-01 ме нее 12% и свыше 22%, что является результатом повышения значений удельной поверхности и удельной поверхностной энергии твердой фазы по сравнению с немодифицироваными бетонами традиционной структуры при одновременном относительном увеличении объема и радиуса пор.

По результатам исследований процессов взаимодействия с водяным паром и водой поризованного бетона установлено, что, как и для микробетона соот ветствующих составов, наименьшей интенсивностью развития процессов вла гообмена отличается материал, который при равной средней плотности и со поставимом удельном содержании цементирующего вещества (см. табл. 2) был получен с применением наполнителей с пониженными значениями удель ной площади поверхности и теплоты смачивания водой.

Анализ известных данных для силикатного ячеистого бетона ( = 500 1100 кг/м3) показывает, что величины адсорбции, капиллярного и водонасы щения, как и в наших исследованиях с цементным поризованным бетоном, оп ределяются структурой их межпоровых перегородок. Важно отметить, что снижение средней плотности цементных и силикатных макропористых бетонов характеризуется сходной мерой увеличения значений оцениваемых показате лей влажностного состояния: на 20-30% для цементных поризованных бетонов и на 30-50% для силикатных ячеистых бетонов. И это закономерно связано с повышением диффузной проницаемости материала при соответствующем из менении объемной доли и среднего радиуса макропор.

Полученные данные позволяют говорить об общности значения для различ ных видов цементных и силикатных бетонов разработанных принципов управле ния взаимодействием с водяным паром и водой через регулирование структурных параметров их твердой фазы и порового пространства, эффективность чего харак теризуется возможностью изменения величин адсорбции, капиллярного насыще ния, водопоглощения в 2-3 раза.

Экспериментальные исследования закономерностей реализации свойств бетонов при изменении их влажностного состояния В результате исследований охарактеризованы закономерности изменения свойств бетонов при изменении их влажностного состояния, показаны возмож ности регулирования баланса сил связи воды со структурой посредством изме нения параметров строения.

Реализация потенциала сопротивления бетона разрушению при увлаж нении оказывается результатом действия:

1) кристаллических сил связей в твердой фазе РКС, мера изменения которых РКС в присутствии молекул адсорбционно-активной среды (воды) зависит от ее количества (WА) и энергии взаимодействия с поверхностью твердой фазы (удельной поверхностной энергии qтв.ф), 2)сил капиллярного стяжения РКД, проявление которых определяется наличием в объеме порового пространства водных менисков, а величина зависит от радиуса пор и степени заполнения пор водой (отношения объема жидкой фазы к объему пор Vжф/Vпор) Р = РКС - РКС + РКД (1) Проявление действия этих сил зависит от влагосодержания материала и, соот ветственно, формы связи воды со структурой, что при увлажнении бетона от исходного сухого до водонасыщенного состояния неоднозначно влияет на его прочность.

В исследованиях С.В.Вербицкого, Н.Н.Недели, З.Н. Цилосани выявлен нелинейный характер зависимости изменения прочности бетона от его влажно сти. В наших исследованиях установлено, что снижение прочности материала при увлажнении обусловлено, главным образом, наличием в структуре воды адсорбционных слоев, что соотносится с представлениями о физико химической природе проявления эффекта Ребиндера. Отсюда наиболее значи мым с точки зрения влияния на понижение прочности в эксплуатационных ус ловиях следует считать увлажнение материала в области гигроскопического со стояния (при влажности эксплуатационной среды до 5070%).

Мера снижения прочности (таблица 3) объясняется изменением вклада со ставляющих баланса сил в потенциал сопротивления материала разрушению на различных стадиях увлажнения в зависимости от параметров его строения.

Таблица 3 – Взаимосвязь меры изменения прочности бетонов в различном влажностном состоянии с параметрами структуры Тип зави- Параметры структуры цементирующего ве- Соотношение прочности во симости щества бетонов влажном и сухом состоянии, прочно- Кр= Rw/Rс сти от удельная удельная объем средний в области в области в во влажно- площадь поверх- пор, эквива- содержа- гигроско- дона сти поверхно- ностная м /м лентный ния ад- пического сыщен сти твер- энергия радиус сорбци- влажност- щен дой фазы, твердой пор, нм онной во- ного со- ном м2/г фазы, ды стояния состоя кДж/кг стоя нии I 5095 2227 0,22- 520 0,69-0,72 0,70-0,74 0,67 0,27 0, II 3035 0,27- 2040 0,73-0,8 0,87-0,93 0,85 0,30 0, III 40-90 15 0,3- 40100 0,88-0,9 0,85-0,87 0,84 0,34 0, В работе по результатам экспериментальных исследований (рисунок 5), проведенных для плотных и макропористых бетонов при широком варьировании параметров их строения, наблюдались и выявлены три типа зависимостей (рису нок 6) изменения прочности бетона при увлажнении.

Тип I характерен для бетонов с микрозернистой структурой, которая от личается развитой поверхностью раздела межзеренных и межфазных границ (по показателю удельной поверхности твердой фазы Sуд = 50-95 м2/кг), удель ной поверхностной энергии твердой фазы (теплота смачивания q=22- кДж/кг), преобладанием в структуре пор в наноинтервале их размеров (rэкв = 5-20 нм). Такая высокодисперсная плотная структура характерна для вы сокопрочных бетонов с модифицированной структурой. Именно повышение запаса избыточной свободной энергии, проявляющейся в виде энергии кон тактной зоны, энергонасыщенности порового пространства, определяет интен сификацию адсорбционного понижения прочности, которое оказывается мак симальным и при влажности материала, соответствующей содержанию в нем адсорбционной воды (см. табл. 3), и во всем диапазоне влагосодержания.

Тип II характерен для бетонов с параметрами структуры, предопреде ляющими сопоставимое влияние сил капиллярного стяжения и адсорбционных сил на прочность материала. Падение прочности на начальной стадии увлажне ния (W=2-3%), вызываемое адсорбционным понижением поверхностной энер гии твердой фазы, в значительной степени компенсируется увеличением проч ности в диапазоне гигроскопического влажностного состояния, когда в резуль тате преобладания в структуре капиллярно-связанной воды силы капиллярного стяжения, частично компенсируют действие сил адсорбционного снижения прочности. Соответственно этому прочность бетона в области гигроскопиче ского и водонасыщенного влажностных состояний наиболее близка I - модифицированный це Прочность при сжатии, МПа ментный микробетон I (Vпор = 0,23 м3/м3, Sтв.ф = 96 м2/г;

II qтв.ф = 27 кДж/кг, rпор = 7-20 нм) 70 II - модифицированный це ментный микробетон (Vпор = 0,29 м3/м3, Sтв.ф = 34 м2/г;

qтв.ф = 23 кДж/кг, rпор = 20-40 нм) 40 III - немодифицированный це ментный микробетон III (Vпор = 0,34 м3/м3, Sтв.ф = 470 м2/г;

qтв.ф = 15 кДж/кг, 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 rпор = 40-100 нм) Влажность, % Рисунок 5 – Примеры типичных зависимостей прочности микробетона от влажности R R R(W0) R(W0) R(Wк) RII R(WА) Тип I R(WА) RI R(Wmax) Тип II R(Wmax) Wкн WА 0 Wкк WА Wкк Wкн max max R R(W0) R(WА) RIII RII RIII RI R(Wmax) Тип III 0 Wкк WА Wкн max Обозначено R(W0) – прочность материала в сухом состоянии;

R(WА) - прочность материала при содержании адсорбционно-связанной воды;

R(Wкк) - прочность материала при содержании капиллярно-конденсированной воды;

R(Wmax) - прочность материала в водонасыщенном состоянии (при содержании капиллярно-насыщенной и свободной воды).

Рисунок 6 - Типизация зависимостей прочности бетонов от влажности к значениям прочности в сухом состоянии. Такое поведение типично для вы сокопрочных модифицированных бетонов при относительно невысоком (до 10% от массы цемента) содержании ультадисперсных модификаторов, цемент ных поризованных бетонов с микрозернистой структурой межпоровых перего родок, силикатных ячеистых бетонов.

Тип III специфичен тем, что размерно-геометрические и энергетические характеристики компонентов твердой фазы и порового пространства бетонов предопределяют слабую выраженность эффектов изменения прочности под действием адсорбционных и капиллярных сил. В результате эффект пониже ния прочности наиболее значительным оказывается при наличии в структуре достаточно большого количества капиллярно-насыщенной и свободной воды бетона, так как это способствует ускорению поступления жидкой фазы в вер шину трещин разрушения. Зависимости данного типа характерны для плотных бетонов с немодифицированной «традиционной» структурой микробетона, для мелкозернистого цементного поризованного бетона.

Влияние температуры на изменение прочности бетонов. В сухом состоя нии закономерности процессов разрушения материалов зависят от возможно сти активации термофлуктуационных актов разрыва межатомных связей при повышении температуры. Считается, что в эксплуатационном температурном диапазоне от -600С до +600С изменение энергии активации данного процесса для связей Ме-О и Si-O, характерных для цементных и силикатных бетонов, не значительно. В наших исследованиях установлено, что изменение прочности в сухом состоянии для плотных и макропористых бетонов не превышает 10% во всем температурном диапазоне от -600С до +600С (рисунок 7).

б) поризованный бетон а) плотный бетон 100 Прочность при сжатии, МПа Прочность при сжатии, МПа без модификатора D 90 80 70 60 -80 -60 -40 -20 0 20 Прочность при сжатии, МПа температура, С 80 - в сухом состоянии;

- в водонасыщенном состоянии содержание МБ-01 22% от массы цемента -80 -60 -40 -20 0 20 40 60 Температура, 0С Рисунок 7 – Влияние температурно-влажностного состояния на прочность плотных и макропористых цементных бетонов Для влажного материала повышение температуры способствует усиле нию эффекта понижения прочности, так как из-за снижения вязкости жидкости, облегчения условий смачивания вода быстро проникает к поверхности разру шения именно в момент ее образования. Увеличение вязкости и затвердевание жидкости при понижении температуры, напротив, должно не только полностью предотвращать проявление эффекта падения прочности, но и способствовать ее повышению при отрицательных температурах. При замерзании воды в работу сопротивления помимо собственного материала включается и образовавшийся лед. В структуре начинает действовать фактор упрочнения материала за счет торможения развития трещин вязко-пластичными включениями, требующими дополнительных затрат энергии на преодоление границ раздела, на отрыв криофазы от твердой фазы, на деформирование криофазы и др.

Установлено, что для высокопрочных модифицированных бетонов во влажном состоянии мера снижения прочности при повышении температуры возрастает с ростом удельной поверхностной энергии твердой фазы и умень шением радиуса пор, происходящего при увеличении содержания ультрадис персного модификатора (таблица 4). В бетонах с подобными параметрами строения влияние адсорбционной воды на прочность настолько значительно, что величина коэффициента размягчения оказываются существенно ниже, чем для традиционных бетонов, и их величина меньше единицы не только при по ложительных температурах, но и при отрицательных.

Таблица 4 - Соотношение прочности при сжатии бетонов во влажном и сухом состоянии Кр= Rw/Rс Кр= Rw/Rс Вид бетона при температуре +20 0С +60 0С -(6040) 0С 0 С Плотный с немодифицированной структу- 1,23 1,00 0,94 0, рой микробетона Плотный с модифицированной структурой 0,98 0,84 0,75 0, микробетона (12% МБ-01) Плотный с модифицированной структурой 0,94 0,78 0,72 0, микробетона (22% МБ-01) Цементный поризованный мелкозернистый 1,61 1,12 0,92 0, = 1400 кг/м Цементный поризованный микрозернистый 2,29 1,12 0,82 0, = 800 кг/м Силикатный ячеистый = 600 кг/м3 1,53 0,58 0,55 0, Для макропористых бетонов влияние температуры на меру изменения прочности в водонасыщенном состоянии также зависит от силы связи их струк туры с водой. Эффект снижения прочности в диапазоне положительных темпе ратур более значителен для силикатных ячеистых бетонов и цементных пори зованных бетонов с микрозернистой структурой межпоровых перегородок (см.

рис. 7, табл. 4), отличающихся повышенными значениями удельной поверхно сти и поверхностной энергии твердой фазы. Вместе с тем в процессе замора живания упрочнение макропористых бетонов возрастает при снижении их средней плотности и соответствующем повышении доли свободной воды в структуре. В замороженном состоянии прочность при сжатии водонасыщен ных образцов по сравнению с ее значениями в нормальных температурно влажностных условиях возрастает для цементных поризованных бетонов плотностью 1400-1600 кг/м3 в 1,5-2 раза, плотностью 800-1000 кг/м3– в 3-4 раза;

для силикатного ячеистого бетона плотностью 600 кг/м3 - в шесть раз.

Закономерности развития влажностных деформаций в зависимости от си лы связи твердой фазы и порового пространства с водой согласно классифика ции, введенной Е.М. Чернышовым, характеризуются тремя типами кривых усадки. Основой классификации является величина силы связи структуры с водой, количественно характеризуемая удельной усадкой материала в расчете на масс.% удаленной влаги. Для кривых усадки I типа характерны значения удельной усадки при обезвоживании в эксплуатационном диапазоне 0,04-0, (мм/м)/(%уд.вод.), для кривой II типа – 0,02-0,006 (мм/м)/(%уд.вод.), для кривой Ш типа – 0,005-0,008 (мм/м)/(%уд.вод.). Возможность уменьшения уровня уса дочных напряжений при обезвоживании почти на порядок для силикатного бе тона реализована, главным образом, за счет повышения закристаллизованности цементирующего вещества, изменения функции распределения объема пор по их радиусам в сторону увеличения их среднего эффективного радиуса до 60 нм и минимального содержания пор радиусом менее 10 нм. В результате такой оптимизации структуры силикатного микробетона межпоровых перегородок обеспечена возможность получения автоклавных силикатных ячеистых бетонов с величиной эксплуатационной влажностной усадки не более 0,3-0,5 мм/м.

В силу того, что цементирующее вещество нормально твердеющих це ментных бетонов по сравнению с автоклавными силикатными характеризуется повышенной степенью основности новообразований и меньшей их закристал лизованностью, а поровое пространство из-за более низких значений В/Т харак теризуется значительным содержанием пор с радиусом 20 нм, их структура отличается повышенной силой связи с водой. Поэтому для цементных бетонов уровень усадочных напряжений на всех этапах обезвоживания на порядок вы ше, чем для силикатных. Удельная усадка цементных бетонов составляет не менее 0,2 (мм/м)/(%уд.вод.), а все кривые усадки относятся к I типу рассмот ренной классификации (рисунок 8).

Регулирование влажностных деформаций цементных бетонов традицион но осуществляется за счет уменьшения объема и радиуса пор, достигаемое снижением В/Ц, а также посредством создания противоусадочного каркаса на всех структурных уровнях бетона, осуществляемое оптимизацией содержания и плотности упаковки крупного и мелкого заполнителя, микронаполнителя.

В работе экспериментально установлено, что при уменьшении величины В/Ц снижение значений абсолютных деформаций усадки в 1,5-2 раза (см.

рис.8, кривые 1 и 2) сопровождается ростом уровня усадочных напряжений в микробетоне. Происходящее при снижении В/Ц уменьшение объема пор и среднего радиуса пор от 40-60 нм до 5-20 нм оказывается фактором повышения силы взаимодействия материала с водой и, соответственно, возможного увели чения значения удельной усадки микробетона от 0,21-0,25 до 0,43-0,5 мм/м в Влажность, % по массе Влажность, % по массе 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 1 2 Деформации усадки, мм/м Деформации усадки, мм/м 4 5 6 7 1 – без наполнителей (В/Ц=0,27);

2 – без наполнителей (В/Ц=0,4);

3 – наполнитель кварцевый песок (175% от массы цемента);

4 – наполнитель карбонатная пыль уноса (175% от массы цемента);

5 – наполнитель микрокремнезем (8% от массы цемента);

6 – наполнитель микрокремнезем (22% от массы цемента).

Рисунок 8 – Развитие деформаций усадки при обезвоживании цементного микробетона расчете на масс.% удаленной влаги.

Эффективность регулирования величины влажностной усадки за счет создания противоусадочного каркаса на уровне микробетона определяется не только объемным содержанием и дисперсностью микронаполнителя, но в еще более значительной степени его активностью по отношению к воде, оценивае мой в работе по теплоте смачивания. Наиболее результативным оказывается применение микронаполнителя в количестве до (0,35…0,4) м3/м3 при его дис персности 50100 м2/кг и теплоте смачивания поверхности q 1 кДж/кг. Это позволяет снизить величину деформаций в 3,5-4 раза (см. рис. 8, кривая 3), по лучить величину удельной усадки микробетона менее 0,2-0, (мм/м)/(%уд.вод.). Применение более дисперсных и активных по отношению к воде наполнителей даже при их большем объемном содержании (до 0,45…0, м3/м3) не позволяет существенно понизить величину усадки (см. рис. 8, кривая 4).

Обобщенно эффективность действия рассмотренных приемов регулиро вания усадки цементного микробетона отражается экспериментально статистической зависимостью вида W 0,9 e 3,5Vмп кVвкл (2) где Vвкл –объем микронаполнителя, Vмп – объем микропор, к – коэффициент, изменяющийся в диапазоне от 1,2 до 2,1 и отражающий вклад включений в снижение величины усадки в зависимости от их дисперсности и теплоты сма чивания поверхности.

Комплексное регулирование структуры цементного микробетона посред ством использования модификаторов на основе ультрадисперных компонентов и суперпластификатов неоднозначно влияет на деформативность материала.

Величина усадки прямо соотносится с количественным содержанием модифи катора МБ-01 и характеризуется минимальными значениями при его дозировке в диапазоне 15-22% от массы цемента (см. рис. 8, кривая 6). При более низких дозировках модификатора абсолютная величина деформаций возрастает (см.

рис. 8, кривая 5). Одновременно отметим, что происходящее при модифициро вании структуры микробетона уменьшение объема пор и среднего радиуса пор, повышение дисперсности и площади поверхности частиц твердой фазы оказы вается фактором роста силы взаимодействия материала с водой и уровня уса дочных напряжений при изменении влагосодержания материала: величина удельной усадки на 1% изменения влажности возрастает в 1,5-2,5 раза.

В связи с тем, что при деформиро Влажность, % по массе вании материала элементом его структу 0 4 8 12 16 ры, являющимся «носителем» деформа- ций, выступает матричный материал (микробетон), закономерным является то, что характер развития усадки плот ных и макропористых бетонов определя- на кварцевом песке, Деформации усадки, мм/м ется, главным образом, структурой мик- В/Ц=0, робетона.

на кварцевом песке, Для поризованных бетонов величи- В/Ц=0, на усадки прямо соотносится с деформа тивностью микробетона межпоровых пе- 5 на золе-уноса, В/Ц=1, регородок (рисунок 9). При увеличении объемной доли макропор (снижении средней плотности от 1600 до 800 кг/м ) Рисунок 9 – Развитие деформаций величина усадочных деформаций возрас усадки при обезвоживании цемент тает на 20-30% на всех этапах удаления ного поризованного бетона средней влаги из материала, что может быть объ- плотности 800 кг/м яснено снижением сопротивляемости деформированию поризованного бетона при увеличении его пористости.

Оптимизация структуры межпоровых перегородок позволила получить в условиях естественного твердения цементный поризованный бетон с величи ной деформаций не более 1 мм/м при его обезвоживании от начального до рав новесного эксплуатационного влагосодержания (3-4% по массе).

Для плотных цементных бетонов минимизация содержания цементного камня и создание в структуре противоусадочного каркаса из зерен мелкого и крупного заполнителя считается наиболее эффективным средством борьбы с влажностными деформациями. Действительно, для бетонов с немодифициро ванной структурой это позволяет в 4-5 раз снизить усадку цементного камня (рисунок 10). Для бетонов с модифицированной структурой наблюдается иная закономерность: получаемая в результате модифицирования плотная микроге терогенная структура цементного микробетона, характеризуемая повышенным запасом свободной поверхностной энергии твердой фазы, преобладанием в структуре пор предельно малого размера, обеспечивает такое повышение силы связи его структуры с водой, что разница в величине деформаций усадки мик робетона и бетонов может составить не более 50%. Вследствие этого значения удельной усадки повышаются в 1,5-2 раза по отношению к бетонам «традици онной» структуры. И это подтверждает тезис о приоритетном вкладе структур ных составляющих микро-и наноуровней не только в формирование, но и в реализацию свойств высокопрочных модифицированных бетонов нового по коления.

у105 н 350,0 350, Относительные деформации Относительные деформации 300,0 300, 250,0 250, набухания 200,0 200, усадки 150, 150,0 100,0 100, 50, 50,0 0, 0, 0 5 10 15 20 25 30 0 5 10 15 20 25 30 Содержание модификатора МБ-01, Содержание модификатора МБ-01, % от массы цемента % от массы цемента цементный микробетон (1) бетон на мелком заполнителе (2) бетон на крупном заполнителе (3) Рисунок 10 – Зависимость деформаций усадки высокопрочного модифицированного бетона от содержания модификатора Следует обратить внимание на тот факт, что если для обычных плотных бетонов при увлажнении в эксплуатационной среде деформации набухания не значительны, то для модифицированных бетонов их величина может даже пре вышать деформации усадки и составлять для бетона на мелком заполнителе н = 0,6-0,8 мм/м, а для бетона на крупном заполнителе - 0,3-0,4 мм/м. Отсюда ясно, что изменение влагосодержания таких бетонов в результате увлажнения высыхания при колебаниях влажности эксплуатационной среды может сопро вождаться развитием существенных напряжений в конструкциях.

Повышение морозостойкости бетонов может соотноситься с формирова нием микропористой структуры так, чтобы снизилась вероятность льдообразова ния. В относящихся к наноуровню межкристаллических порах и порах кристал лического сростка весь объем жидкой фазы находится в поле действия поверх ностных сил и является адсорбционно-связанным. При этом энергия связи с твердой поверхностью основного количества воды сопоставима с энергией свя зи конституционной воды в новообразованиях цементирующего вещества.

Температура замерзания воды в материале, критериальная для развития мороз ного разрушения, в зависимости от силы связи воды со структурой может нахо диться в интервале 0 0С - 70 0С. Мера деформирования материала при замо раживании является при этом следствием и «тестом» возможного проявления кристаллизационного давления при льдообразовании.

По данным наших дилатометрических исследований установлено, что при замораживании высокопрочных модифицированных бетонов деформации рас ширения от льдообразования могут вообще не фиксироваться, в отличие от традиционных бетонов (рисунок 11). Вероятность льдообразования и развития морозной деструкции является минимальной для высокопрочных бетонов при содержании в их составе модификатора МБ-01 в количестве 12-22 % от массы цемента, так как структура бетона в этом случае характеризуется преимущест венным содержанием пор rэ= 5-20 нм, высокой удельной поверхностной энер гией твердой фазы (до 27 кДж/кг). Поэтому для перехода воды в лед сил кри сталлизации оказывается недостаточно для соответствующей переориентации воды в структуру льда в порах и на границе с твердой фазой. Увеличение объе ма и среднего радиуса пор при введении модификатора в количестве до 30%, приводит к росту величины деформаций расширения (рисунок 11в), что свиде тельствует об образовании льда и повышает вероятность морозного разруше ния.

а) без модификатора б) с содержанием модифи- в) с содержанием модифи МБ-01 катора МБ-01 22% от мас- катора МБ-01 30% от массы сы цемента цемента температура, 0С температура, 0С температура, 0С -60 -40 -20 0 -60 -40 -20 0 20 -60 -40 -20 0 0, 0, 0, 0,2 0, 0, 0,4 0,4 0, деформации, мм/м деформации, мм/м деформации, мм/м 0,6 0, 0, 0,8 0, 0, 1,0 1, 1, водонасыщенные образцы сухие образцы Рисунок 11 – Дилатометрические эффекты при замораживании плотных высокопрочных бетонов Для цементных поризованных бетонов снижение вероятности замерзания воды в структуре также фиксируется при увеличении силы ее взаимодействия с водой за счет повышения удельной поверхностной энергии твердой фазы и уменьшения радиуса микропор межпорового материала. Меньшие деформации расширения при замораживании характерны для микрозернистого поризован ного бетона (например, на золе-уносе, молотом кварцевом песке), наибольшие – для мелкозернистого поризованного бетона (рисунок 12). В соответствии с этим морозостойкость бетонов средней плотности 800 кг/м3 оценивается мар ками F50 на золе-уносе, F35 на молотом кварцевом песке, F25 на песке естест венной гранулометрии.

б) цементный поризованный в) цементный поризованный а) цементный поризованный бетон на молотом кварцевом бетон на немолотом кварце бетон на золе-уносе вом песке песке температура, 0С температура, 0С температура, 0С -60 -40 -20 0 -60 -40 -20 0 20 -60 -40 -20 0 0 0, 0,2 0, 0, 0,4 0, 0, 0,6 0, деформации, мм/м деформации, мм/м деформации, мм/м 0, 0,8 0, 1 1,2 1, 1, 1,4 1, 1, - сухие образцы водонасыщенные образцы Рисунок 12 – Дилатометрические эффекты при замораживании цементных поризованных бетонов ( = 800 кг/м3) По результатам всего комплекса исследований правомерен вывод о том, что величина силы связи структуры с водой неоднозначно влияет на проявле ние свойств бетонов при изменении их влажностного состояния. Снижение прочности материала при увлажнении, величина влажностных деформаций оказывается наименьшей, а вероятность морозного разрушения, напротив, наи большей для материалов с минимальной энергией взаимодействия их структу ры с водой. На основании этого следует полагать, что эффективная реализация строительно-технических свойств бетонов при влажностных эксплуатационных воздействиях достигается через минимизацию энергии связи структуры с во дой. Для цементных и силикатных бетонов это обеспечивается при значениях удельной площади поверхности твердой фазы, доступной для адсорбции водя ного пара, 10-30 м2/г, удельной ее поверхностной активности (по теплоте сма чивания) не более 15-20 кДж/кг;

средний эффективный радиус пор должен со ставлять не менее 20-40 нм.

Полученные результаты отвечают сформулированной научной концепции и раскрывают количественную взаимосвязь характеристик твердой фазы и по рового пространства плотных и макропористых бетонов с мерой изменения их влажностного состояния и соответствующей реализацией основных конструк ционных свойств. Они являются правомерными и адекватно отражают данную взаимосвязь как для цементных (результаты получены лично и под руково дством автора), так и для силикатных бетонов (автором обработаны и система тизированы данные экспериментов, проводимых под руководством Е.М.Чернышова во ВГАСУ в течение 20 лет), и являются научной основой для решения прикладных вопросов, связанных с оптимизацией условий производ ства и применения этих высокотехнологичных бетонов.

Прикладные вопросы обеспечения условий эффективной реализации свойств цементных и силикатных бетонов при влажностных воздей ствиях эксплуатационной среды Содержание прикладных разработок применительно к проблеме высоко прочных модифицированных бетонов связывается с предложениями к опреде лению их расчетных характеристик с учетом температурно-влажностных воз действий.

На основании полученных данных о повышенных значениях коэффици ентов размягчения высокопрочных модифицированных бетонов в диапазоне температур (0 +60)0С (таблица 5), предлагается при определении их норма тивных сопротивлений учитывать фактор влажности и использовать коэффи циент условий работы b11=0,85 для влажности бетона W=3-5%;

b11=0,8 для влажности бетона W 5%.

Таблица 5 – Коэффициенты размягчения высокопрочных бетонов Вид бетона Содержание мо- Коэффициент размягчения К=Rсух /RW при температуре, 0С дификатора МБ- 0 +20 +40 + Мелкозернистый 0 0,95 0,89 0,93 0, 12 0,74 0,76 0,71 0, 22 0,77 0,74 0,70 0, На крупном за- 0 0,96 0,97 0,93 0, полнителе 12 0,84 0,74 0,76 0, 22 0,78 0,72 0,73 0, При расчете напряжений усадки у и набухания н в железобетонных конструкциях при изменении их влажности W в соотношениях у ЕW и н Е W для всех видов бетона в настоящее время рекомендовано использовать следующие коэффициенты линейного деформирования: =310- (мм/мм)/(г/г);

=510-3 (мм/мм)/(г/г). В работе установлено, что при изменении влажности высокопрочных бетонов с модифицированной структурой цемент ного камня величина коэффициентов его деформирования на 1% (или г/г) из менения влажности могут оказаться в 1,52 раза выше этих используемых значений (рисунок 13). Поэтому для расчета напряженно-деформированного состояния конструкций из высокопрочных бетонов с учетом изменения их влажности предлагается на основании полученных в работе эксперименталь ных данных рекомендовать следующие значения коэффициентов линейной усадки и набухания: = 4,510-2 (мм/мм)/(г/г);

= 2,510-2 (мм/мм)/(г/г).

10-2 10- 5 Коэффициент линейного набухания Коэффициент линейной усадки 4,5 4, 4 4 - значения для немодифицированных 3,5 3, бетонов (по данным 3 3 С.В.Александровского);

2,5 2, 2 - значения для модифицированных 1,5 1, бетонов (по данным 1 1 автора) 0,5 0, 0 -5 0 5 10 15 20 25 30 35 -5 0 5 10 15 20 25 30 Содержание модификатора МБ-01, Содержание модификатора МБ-01, % от массы цемента % от массы цемента Рисунок 13 - Сопоставление коэффициентов линейного деформирования бетонов Прикладные разработки применительно к проблеме цементных поризо ванных бетонов посвящены решению задачи конструирования их структур и разработке на этой основе технологических решений их производства.

Решение задачи конструирования поризованных бетонов осуществлялось в соответствии с современными подходами компьютерного материаловедения, обоснованных и развитых в работах Ю.М Баженова, Воробьева В.А., А.В. Воз несенского, О.Л. Дворкина, В.И. Кондращенко, Т.В. Ляшенко, Е.М.Чернышова, Е.С.Шинкевич и др.

Разработаны алгоритмы и решены задачи конструирования структур по ризованных бетонов в следующей постановке:

1) обеспечить минимум деформаций ползучести конструкционного поризо ванного бетона с нормируемыми характеристиками по плотности, прочно сти в сухом и влажном состоянии при задаваемых значениях характеристик исходных компонентов;

2) обеспечить минимум влажностной усадки конструкционно теплоизоляционного поризованного бетона с нормируемыми характеристи ками по плотности, прочности при задаваемых значениях характеристик ис ходных компонентов;

3) обеспечить минимум значений эксплуатационного влагосодержания для достижения минимальных изменений теплопроводности при эксплуатации конструкционно-теплоизоляционного поризованного бетона с нормируе мыми характеристиками по плотности, прочности при задаваемых значени ях характеристик исходных компонентов.

Для определения рациональных параметров структуры в алгоритмах ис пользовались экспериментально-статистические зависимости о количественных взаимосвязях в системе «состав, структура, влажностное состояние - свойства», которые получены путем регрессионного анализа экспериментальной инфор мации соответствующих разделов работы.

Специально в рамках решения задачи конструирования был поставлен цикл экспериментов по исследованию процессов ползучести микро-и мелко зернистых бетонов средней плотности 1200-1600 кг/м3 (таблица 6). В результате исследований получены зависимости характеристик ползучести от средней плотности и состава поризованного бетона.



Pages:   || 2 |
 

Похожие работы:





 
2013 www.netess.ru - «Бесплатная библиотека авторефератов кандидатских и докторских диссертаций»

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.