Document 2608235
advertisement
2 СОДЕРЖАНИЕ ВВЕДЕНИЕ ................................................................................................................... 5 1 СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА ...................................................................................... 10 1.1 Влияние архитектурных форм на восприятие комфорта человеком ........... 10 1.2 Виды малых архитектурных форм .................................................................. 15 1.3 Бетоны для малых архитектурных форм ........................................................ 27 1.4 Получение эффективных бетонов для малых архитектурных форм ........... 36 1.5 Выводы ............................................................................................................... 44 2 МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ПРИМЕНЯЕМЫЕ МАТЕРИАЛЫ ................ 46 2.1 Методика исследований ................................................................................... 46 2.1.1 Рентгенофазовый анализ ............................................................................ 46 2.1.2 Исследование морфологических особенностей микроструктуры с помощью растрового электронного микроскопа .................................................... 48 2.1.3 Определение гранулометрического состава веществ ............................. 50 2.1.4 Исследование реологических характеристик бетонных смесей ............ 51 2.1.5 Изучение свойств бетонной смеси и бетона ............................................ 52 2.2 Применяемые материалы ................................................................................. 54 2.2.1 Вяжущее ....................................................................................................... 54 2.2.2 Заполнитель ................................................................................................. 56 2.2.3 Суперпластификатор .................................................................................. 59 2.2.4 Пигменты ..................................................................................................... 60 2.2.5 Вода .............................................................................................................. 61 2.3 Выводы ............................................................................................................... 61 3 КОМПОЗИЦИОННЫЕ ВЯЖУЩИЕ ДЛЯ МАЛЫХ АРХИТЕКТУРНЫХ ФОРМ ....................................................................................................................................... 63 3.1 Проектирование вяжущих для малых архитектурных форм ........................ 63 3.1.1 Анализ требований к декоративным бетонам ......................................... 64 3.1.2 Влияние состава композиционных вяжущих на их гранулометрию ..... 68 3 3.1.3 Влияние состава композиционных вяжущих на их реологические характеристики ........................................................................................................... 79 3.2 Влияние состава композиционного вяжущего на процесс твердения ........ 85 3.3 Свойства композиционных вяжущих в зависимости от состава ................. 94 3.4 Повышение функциональности композиционных вяжущих для самоуплотняющихся бетонов ................................................................................. 104 3.4.1 Оптимизация содержания суперпластификатора .................................. 104 3.4.2 Взаимодействие композиционных вяжущих с воздухововлекающей добавкой .................................................................................................................... 110 3.4.3 Взаимодействие композиционных вяжущих с пигментами ................ 116 3.5 Выводы ............................................................................................................. 120 4 САМОУПЛОТНЯЮЩИЕСЯ БЕТОНЫ ДЛЯ МАЛЫХ АРХИТЕКТУРНЫХ ФОРМ ........................................................................................................................ 123 4.1 Малые архитектурные формы в архитектурной геонике ........................... 123 4.2 Определение основных требований к самоуплотняющемуся бетону для малых архитектурных форм .................................................................................... 128 4.3 Выбор основных компонентов бетонной смеси .......................................... 130 4.3.1 Вяжущее ..................................................................................................... 130 4.3.2 Обоснование состава мелкого заполнителя ........................................... 131 4.4 Влияние зернового состава мелкого заполнителя на свойства бетонной смеси ..................................................................................................................................... 134 4.5 Свойства полученных самоуплотняющихся мелкозернистых бетонов .... 141 4.5.1 Оценка эффективности самоуплотнения ............................................... 141 4.5.2 Влияние вида вяжущего на кинетику набора прочности ..................... 146 4.5.3 Особенности твердения самоуплотняющихся мелкозернистых бетонов при тепловой обработке ........................................................................................... 149 4.5.4 Изучение процесса усадки самоуплотняющихся мелкозернистых бетонов различных составов .................................................................................................. 152 4.5.5 Влияние состава самоуплотняющегося мелкозернистого бетона на строение порового пространства ............................................................................ 155 4 4.6 Выводы ............................................................................................................. 158 5 ВНЕДРЕНИЕ И ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ РАБОТЫ ....................................................................................... 162 5.1 Разработка технологии производства изделий ............................................ 162 5.1.1 Приготовление композиционного вяжущего и бетонной смеси на его основе ........................................................................................................................ 163 5.1.2 Изготовление изделий в заводских условиях ........................................ 168 5.1.3 Изготовление изделий на стройплощадке .............................................. 171 5.2 Виды малых архитектурных форм ................................................................ 172 5.3 Разработка стандарта организации ................................................................ 177 5.4 Технико-экономическое обоснование целесообразности организации производства малых архитектурных форм ............................................................ 180 5.5 Выводы ............................................................................................................. 184 ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ .......................................................................................... 186 БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК .................................................................... 189 ПРИЛОЖЕНИЯ ........................................................................................................ 208 5 ВВЕДЕНИЕ Актуальность работы. Развитие строительного материаловедения направлено на повышение функциональности, надежности и экологичности материалов, а также повышения удобства работы с ними. Применительно к бетонам последнее заключается в обеспечении возможности их уплотнения под действием гравитационных сил. Способность к самоуплотнению позволяет упростить процесс бетонирования, снизить зависимость качества работ от квалификации исполнителей, дать дополнительную свободу конструкторам, сделав возможным реализацию тонкостенных, густоармированных конструкций сложных конфигураций. Одной из сфер практического применения самоуплотняющихся бетонов, испытывающей дефицит в новых материалах и технологиях, является изготовление декоративных бетонных изделий, в частности малых архитектурных форм (МАФ). Спецификой МАФ является необходимость придания изделиям сложной геометрической формы, в том числе с обилием мелких элементов. Это затрудняет использование классических технологий бетонирования и уплотнения. Применение же высокоподвижных (литых) бетонных смесей на основе традиционных материалов, вступает в противоречие с необходимостью обеспечения долговечности. МАФ оказывают большое влияние на формирование благоприятного эмоционального фона людей, что особенно важно в условиях напряженной политической и экономической ситуации. Недостаточная долговечность, ухудшение со временем внешнего вида малых архитектурных форм, появление дефектов недопустимо, так как это способно изменить знак их эмоциональной окраски на отрицательный. Решением обозначенных проблем является разработка эффективного мелкозернистого эксплуатационными самоуплотняющегося и эстетическими оптимизированных композиционных вяжущих. бетона с характеристиками повышенными на основе 6 Диссертационная работа выполнена в рамках: ФЦП «Научные и научнопедагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 г.г., внутривузовского гранта «Геоника. Предмет и задачи. Реализация в строительном материаловедении» на 2012-2014 г.г., Программа стратегического развития БГТУ им. В.Г. Шухова на 2012-2016 г.г. Цель работы: разработка эффективных композиционных вяжущих и самоуплотняющихся бетонов для изготовления малых архитектурных форм. Для достижения поставленной цели решались следующие задачи: анализ требований к малым архитектурным формам, бетонам и вяжущим для их изготовления; разработка и исследование свойств композиционных вяжущих, оптимизированных для получения бетонов для МАФ; исследования эффективности самоуплотнения и физико-механических характеристик разработанных материалов на их основе; подготовка нормативных документов, практическая реализация результатов теоретических и экспериментальных исследований. Научная новизна работы: установлена возможность интенсификации процессов структурообразования самоуплотняющихся мелкозернистых бетонов за счет применения композиционных вяжущих рациональных составов, создания благоприятных условий формования и параметров синтеза, что позволяет создавать материалы для МАФ, отличающиеся высокой скоростью набора прочности в естественных условиях, пониженным водопоглощением и расходом портландцемента, с высокими эксплуатационными характеристиками; оптимизация зернового состава вяжущего, заключающаяся в нормировании содержания частиц менее 9 мкм, достигаемая совместным помолом портландцемента с определенными минеральными добавками, благоприятно сказывается на способности мелкозернистых бетонных смесей к окрашиванию и самоуплотнению без негативных сопутствующих явлений, таких 7 как повышенная усадка и водопоглощение. Использование комплексной добавки способствует высоким темпам набора прочности и сохранению интенсивности окраски, повышает степень закристаллизованности новообразований; при изучении динамики поглощения воды установлено, что в традиционном цементно-песчаном материале основной объем воды размещается непосредственно в капиллярной пористости, а в разработанных материалах капилляры служат транспортной системой для заполнения макропор. Подобная структура строения порового пространства является более благоприятной с точки зрения обеспечения морозостойкости, поскольку температура замерзания воды снижается при уменьшении диаметра капиллярной поры, и имеется достаточный свободный объем в виде ячеистых пор, для вытеснения воды из капилляров при промерзании от поверхности вглубь изделия. Подобная структура строения порового пространства является предпочтительной так же и с точки зрения противодействия коррозионным процессам из-за меньшей площади сечения пор и склонности тонких капилляров к кольматации продуктами коррозии и блокирования доступа химически активных веществ внутрь материала. Практическое значение работы: разработаны составы и технология получения композиционных вяжущих для получения самоуплотняющихся окрашиваемых мелкозернистых бетонных смесей для изготовления МАФ; изучен широкий спектр свойств, разработанных самоуплотняющихся мелкозернистых бетонов на композиционных вяжущих; предложены упрощенные методики оценки эффективности самоуплотнения бетонных смесей, количества вовлеченного в них воздуха, а также динамики твердения бетона на малом числе образцов, за счет сочетания неразрушающего и традиционного методов определения их прочности; сформирована технологическая и компоновочная схема организации производства МАФ на основе композиционных вяжущих; предложены геонические модели для МАФ, органически вписывающиеся 8 в среду обитания в соответствии с геоморфологией, климатом, культурными традициями и т.д.; проведен расчет декоративной МАФ (колонна) «Кристалл кварца» по прочности на эксплуатационные нагрузки и условия возникновения трещин. Внедрение результатов исследований. С ООО «ЖБИ-4» (г. Белгород) и ОАО «Домостроительная компания» (г. Белгород) заключены протоколы о намерениях внедрения результатов работы. Для широкомасштабного внедрения результатов научно-исследовательской работы разработаны: – стандарт организации «Бетон самоуплотняющийся для малых архитектурных форм. Технические условия» СТО 02066339-014-2014; – рекомендации на изготовление самоуплотняющегося бетона для малых архитектурных форм. Теоретические положения диссертационной работы, результаты экспериментальных исследований и внедрения используются в учебном процессе, при подготовке бакалавров и магистров по направлениям: 270800.62 «Строительство» профиля 270800.68.03 «Технология строительных материалов, изделий и конструкций» и 270800.68.04 «Инновации и трансфер технологий», что отражено в учебных программах дисциплин «Современные технологии композиционных материалов» и «Инновационные технологии и материалы в строительстве». Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены и обсуждены на: Международной научной конференции «Геоника: Проблемы строительного материаловедения; энергосбережение; экология» (Белгород 2012); Международной молодежной конференции «Экологические проблемы горнопромышленных районов» (Казань 2012); VIII Международной научной конференции «Образование и наука на 21 век» (София 2012); International research and practice conference «Science and Education» (Мюнхен 2012); Международной научной конференции «Эффективные композиты для архитектурной геоники» (Белгород 2013); Международной научно-технической 9 онлайн конференции студентов, аспирантов и молодых ученых БГТУ им. В.Г. Шухова (Белгород, 2013); Международной научно-практической конференции, посвященной 160-летию со дня рождения В.Г. Шухова (Москва 2013); Молодежной научно-технической конференции молодых ученых БГТУ им. В.Г. Шухова (Белгород 2013) Международной научной конференции «Эффективные композиты для архитектурной геоники» (Белгород 2013); ХIII Академических чтениях РААСН «Научные и инженерные проблемы строительно-технической утилизации техногенных отходов» (Белгород 2014); XXXV Международной научно-практической конференции «Технические науки от теории к практике» (Новосибирск 2014). Публикации. Результаты исследований и основные положения диссертационной работы, изложены в 9 научных публикациях, в том числе в 2-х статьях, опубликованных в российских рецензируемых научных журналах. Зарегистрировано ноу-хау № 20140019 – Композиционные вяжущие, 2014 г. Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, основных выводов, библиографического списка и приложений. Работа изложена на 218 страницах машинописного текста, включающего библиографический список из 170 наименований, 56 рисунков, 29 таблиц и 7 приложений. На защиту выносятся: теоретическое обоснование составов и технологии получения самоуплотняющихся мелкозернистых бетонов для МАФ с улучшенными эксплуатационными характеристиками; составы и свойства композиционных вяжущих и мелкозернистых бетонов на их основе; пример реализации принципов геоники при решении практических задач. 10 1 СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА 1.1 Влияние архитектурных форм на восприятие комфорта человеком В настоящее жизнедеятельности время человека тема повышения становится все комфортности более актуальной. среды Понятие комфортности жизни в городе включает в себя: 1. Социальный комфорт. 2. Комфорт окружающей среды (городской застройки, природно- ландшафтной составляющей, всей архитектуры в целом) [1]. Архитектурное окружение служит частью динамического целого, формирующего всю нашу жизнь. Оно влияет на человека в немалой степени и бессознательно, независимо от его желания. Среда, организованная архитектурой, ненавязчиво, но постоянно воздействует на эмоции, сознание и поведение человека [23]. В связи с этим возрастает значение совершенствования прогрессивного принципа российского градостроительства – последовательного формирования на всех градостроительных уровнях взаимосвязанной системы открытых озелененных пространств различного функционального назначения с внесением различных видов малых архитектурных форм – от площадки для отдыха, игр детей у порога дома до обширных зон массового отдыха, многофункциональных и специализированных парков общегородского и зонального значения – лесопарков, гидро-луго-парков. Природные элементы в виде парковых массивов насаждений, присутствие различного рода малых архитектурных форм в городской застройке повышают ее информационную активность, сообщают ей масштабность, облегчают ориентировку человека в окружающем пространстве, улучшают комфортность проживания [24]. Социальная значимость городских парков и города в целом определяется размером территории и неповторимостью художественно-организованной повседневно-доступной природной среды, включающая в себя ряд малых 11 архитектурных форм, которые усиливают благоприятный эффект от всех форм отдыха. Физические занятия на свежем воздухе, положительные эмоции, возникающие при восприятии пейзажных композиций, куда идеально вписываются скульптуры, скамейки, фонтаны и т.д., оказывают благоприятное воздействие на человека – снимают утомление, создают хорошее настроение, активизируют процессы жизнедеятельности. Исследования показали, что отдых среди малых архитектурных форм и полноценных насаждений повышает производительность труда, снижает заболеваемость [2]. Однако далеко не во всех городах существуют условия для комфортного проживания населения. Так, в малых городах на данном этапе возникает целый спектр проблем: закрыты многие градообразующие предприятия, оставляет желать лучшего экологическая ситуация, уничтожаются исторически ценные архитектурные объекты. Как результат – снижение комфортности проживания людей. Существующей проблемой являются наметившиеся тенденции к ухудшению визуальной среды городов (рисунок 1.1). Такие изменения происходят в результате небрежного отношения к архитектурным сооружениям и малым архитектурным формам. Из-за отсутствия надлежащего ухода многие объекты ветшают [21]. Рисунок 1.1 – Элементы, отрицательно влияющие на визуальную среду городов 12 Таким образом, во многих городах России существуют факторы, отрицательно влияющие на комфортность проживания в данной городской среде, а в некоторых – практически полностью отсутствуют элементы благоустройства. К архитектурным средствам, с помощью которых можно улучшить качество визуальной среды города, относятся: частичный отказ от высотного строительства, выразительность силуэтов новых сооружений, пластика форм, разнообразие элементов, цвет, подсветка объектов в темное время суток, наличие элементов декора на фасадах, наличие малых архитектурных форм, разнообразных видов мощения, зеленых насаждений [52]. Для увеличения комфортности среды городов необходима тщательная проработка предложений по организации ландшафтного пространства с применением малых архитектурных форм различного назначения. Это в первую очередь, должно касаться реконструкции парковых зон, набережных: упорядочения озеленения, создания функциональных зон, интересных для различных групп населения. Архитектурно-художественные особенности объектов в сочетании с реконструированной застройкой некоторых частей городов повлияют на видеоэкологию городского пространства, на восприятие среды, сделают ее интересной для зрителя, дополнят визуальное пространство своими выразительными средствами [1, 20]. Сетования современного человека на безжизненность и эмоциональную бедность окружающей его искусственной среды говорят о том, что люди ждут от архитектуры большего, чем простой утилитарности [12]. В трудах Саймондса Дж. звучали идеи о новой концепции архитектурного проектирования, создания малых архитектурных форм как проектирования эмоций и переживаний человека [13]. Профессор Т. Н. Корепина указывает на то, что архитектурно-пространственная форма должна быть такова, чтобы обеспечивать психологический комфорт для любой деятельности, смысл процесса должен передаваться организацией внешней формы – в этом заключается образность и информативность среды [14]. 13 Знания о воздействии архитектурной формы, в особенности же архитектурно-пространственной формы и малых архитектурных форм, как интерьерного пространства, где современный человек проводит большую часть своего времени, на его внутренний мир, его психическое состояние очень важны для созидания архитекторами духовной архитектуры, внедрения концепции о проектировании эмоций и переживаний человека [25]. Исследователи в области взаимодействия архитектуры и эмоционального мира человека А.Г. Раппопорт и Г. Ю. Сомов замечают, что комфортность – существенная характеристика информационно-эмоционального воздействия архитектуры на человека. Однако формирование социальной информации в архитектуре не сводится к критерию комфортности. Прежде всего, архитектурная среда – эта некоторая совокупность условий для деятельности людей [12, 15, 18]. Архитектура – важная составляющая человеческой жизни. Возможно, человек и не замечает, не задумывается о том, какую роль она играет в его жизни. Архитектурное пространство воспринимается человеком в качестве неосознаваемого, но всегда присутствующего фона. А. В. Иконников так говорил о роли архитектора в жизни человечества: «Создать организованное пространство, среду, в которой люди живут и работают, – главная задача архитектора. Главная, но не единственная. Окружающая среда воздействует на психику людей, на формирование их сознания. Материальные формы, которые использует архитектура, несут в себе информацию, подсказывающую человеку характер его поведения в данной обстановке. Обеспечить благоприятный «психологический климат», вызвать определенные эмоции, возбудить в сознании людей образы, раскрывающие общественное содержание произведения архитектуры, наконец, удовлетворить потребность человека в прекрасном – все это входит в задачу зодчего» [16, 19, 22]. С помощью применения различных архитектурных средств необходимо создать комфортные условия для проживания людей. На рисунке 1.2 изображена жизнедеятельности человека. схема создания комфортной среды 14 Рисунок 1.2 – Схема создания комфортной среды жизнедеятельности человека В России на протяжении последних лет продолжается увеличение темпов строительства. Расширяются города. Поблизости с городами растут коттеджные поселки. В настоящее время малоэтажное строительство развивается достаточно высокими темпами. Наряду с традиционным возведением кирпичных и деревянных коттеджей востребованы новые технологии строительства малоэтажных зданий с применением современных строительных материалов. Для достижения стилевого единства между архитектурой и дизайном, а также стремление отойти от эстетического однообразия крупнопанельных зданий и типовых макрорайонов, потребуется большое количество малых архитектурных форм на основе современных строительных материалов, которые приводят окружающее пространство к нужной стилистике и настроению [2]. Декоративные элементы, органично вписанные в ландшафт сада, несут глубокий смысл, способствуя гармонизации системы «Человек – материал – среда обитания», а значит развитию и процветанию человека (рисунок 1.3) [17]. 15 Рисунок 1.3 – Система «Человек – материал – среда обитания». Архитектурная выразительность городов и поселков отражается на комфорте, самочувствии, продолжительности жизни человеческого вида и оказывает огромное влияние на создание психологического климата, положительных эмоций, творческого настроения и мыслей человека. 1.2 Виды малых архитектурных форм Средства ландшафтного дизайна служат для оформления как открытых, так и закрытых ландшафтных пространств. Они могут размещаться в различных интерьерах разнообразны и экстерьерах. по характеристикам, Малые функциональному обладают архитектурные назначению эргономическими формы и чрезвычайно пространственным параметрами и должны соответствовать каждой из возрастных групп людей. Как объекты вариабельного и типового проектирования они обеспечивают разнообразие решений и выявляют 16 наиболее ярко архитектурно-художественный облик среды, подчеркивая ее индивидуальность [34, 42, 45]. В настоящее время в связи с развитием малого бизнеса и предпринимательства на улицах городов появилось большое количество малых архитектурных форм: небольшие кафе, киоски, транспортные остановки, беседки, перголы, пешеходные мостики, ограждения, садовая мебель, фонтаны, садовые вазы, урны, площадки отдыха, солнце- и ветрозащитные устройства, светильники, информационные стенды, указатели и т.д. [27, 35]. Они выполнены из самых разнообразных материалов: бетона, металла, пластика, фанеры и др. Номенклатура и число малых форм архитектуры рассчитывается в зависимости от функциональных потребностей, приемы их размещения непосредственно связаны с теми функционально-планировочными элементами, для которых они предназначены, а также определяются в зависимости от композиционной роли каждого архитектурного объекта по отношению к другим окружающим искусственным и природным элементам [26, 27, 36]. Малые сооружения архитектурные формы и устройства (МАФ) сезонного и – небольшие по круглогодичного масштабу пользования, предназначенные для обслуживания человека в урбанизированной и природной среде. Малые архитектурные формы имеют, как правило, утилитарное и/или художественно-декоративное назначение [26, 27, 37-40]. Анализ различных видов малых архитектурных форм и рекреационного оборудования позволяет предложить их общую классификацию по следующим признакам: — по возрастному контингенту (для детей и взрослых); — по назначению для нормальных людей, для людей с физическими недостатками и умственно отсталых; — по функциональному назначению – для всех видов рекреационной деятельности (игровой, продуктивной, спортивной, художественно- просветительной, учебной, трудовой, моторной); — по характеру конструктивных систем: каркасная, каркаснощитовая, 17 каркасно-тентовая, щитовая, каркасно-блочная, блочносборная, цельноблочная, пневматическая [26, 27, 41]. Номенклатура малых архитектурных форм (рисунок 1.4) и рекреационного оборудования определяется с учетом функционального назначения ландшафтного объекта. МАФ оказывают существенное влияние на пространственную организацию любой территории. НОМЕНКЛАТУРА КАЧЕСТВЕННАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ОБСЛУЖИВАЮЩИЕ УСТРОЙСТВА (КАФЕ, КИОСКИ, АВТОМАТЫ, НАВЕСЫ И Т. Д.); СООТВЕТСТВИЕ ФУНКЦИОНАЛЬНОМУ НАЗНАЧЕНИЮ; СООРУЖЕНИЯ ДЛЯ КРАТКОВРЕМЕННОГО ОТДЫХА (ПЕРГОЛЫ, БЕСЕДКИ, АЭРАРИИ, СОЛЯРИИ И Т. Д.); КОНСТРУКТИВНАЯ ЦЕЛЕСООБРАЗНОСТЬ; МЕБЕЛЬ ДЛЯ ОТДЫХА (СКАМЬИ, СТУЛЬЯ, ШЕЗЛОНГИ, СТОЛЫ И Т. Д.) СОЗДАНИЕ МОБИЛЬНОЙ ТРАНСФОРМИРУЮЩЕЙСЯ СРЕДЫ; УТИЛИТАРНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ (БАРБЕКЮ, УРНЫ, ПИТЬЕВЫЕ ФОНТАНЧИКИ И Т. Д.); ЦВЕТОВОЕ ЕДИНСТВО И ЕДИНСТВО ПРИМЕНЯЕМЫХ МАТЕРИАЛОВ; СООРУЖЕНИЯ ДЛЯ ЦВЕТОВ (ЦВЕТОЧНИЦЫ, КОНТЕЙНЕРЫ, ШПАЛЕРЫ, ТРЕЛЬЯЖИ И Т. Д.) ХУДОЖЕСТВЕННАЯ ВЫРАЗИТЕЛЬНОСТЬ И ОБРАЗНОЕ ВОЗДЕЙСТВИЕ МОДУЛЬНОСТЬ ЭЛЕМЕНТОВ; Рисунок 1.4 – Номенклатура малых архитектурных форм и их качественные характеристики 18 Основная задача проектирования МАФ – достижение стилевой общности с помощью единых формообразующих элементов, минимальным количеством видов применяемых строительных материалов [26, 27]. Необходимо совершенствование номенклатуры МАФ с учетом их функций, конструктивных решений и условий индустриального изготовления [26, 27, 46]. Наряду с малыми архитектурными формами, большое значение в формировании открытых городских пространств имеет визуальная коммуникация, которая представляет собой четкую систему преимущественно графических изображений, ориентирующих человека в архитектурной среде и направляющих его деятельность по заранее подготовленной программе. Она играет существенную организующую роль в деятельности человека, а кроме того, приобретает все более важное эстетическое значение в формировании внешнего облика города (рисунок 1.5). Рисунок 1.5 – Примеры решения малых архитектурных форм 19 Архитектурно-ландшафтное пространство, заключенное в определенной форме, обладает важным свойством ориентации и направленности, динамики своего развития. Основой упорядоченности, организованности архитектурной среды, архитектурного пространства является, прежде всего, создание четкой системы визуальной ориентации и коммуникации (рисунок 1.6), выявление архитектурными средствами его функционального назначения [26, 27, 48]. - Для обеспечения - Композиции из пространственной декоративных камней - ориентации (указатели, долговечность; вывески, пиктограммы); - Декоративная скульптура - Для организации из керамики, металла, транспортного и природного камня – пешеходного движения соответствие масштабу и (табло, таблички, указатели- стилю среды, высокие схемы); эстетико-художественные - Для обеспечения прямой параметры (форма, цвет и текстовой информации т.д.); (планшеты, щиты, афишные -Монументальная тумбы); скульптура (обелиски, - Для идентификации памятники и др.) – объектов здания и различных образное воздействие. элементов (рекламные стенды, витрины, дорожные знаки). Рисунок 1.6 – Функциональное назначение и номенклатура элементов визуальной коммуникации декоративной скульптуры 20 Немалую роль в организации пространства с использованием средств ландшафтного дизайна играют элементы монументально-декоративного искусства и скульптура, которые могут быть включены в формирование ландшафтных композиций любых территорий и раскрывают своеобразия открытых ландшафтных пространств [26, 27, 50, 51]. Также следует уделять особое внимание восприятию МАФ в вечернее время (рисунок 1.7). ОСВЕЩЕНИЕ ПРИЕМЫ ДИНАМИЧЕСКОЕ И ОСВЕЩЕНИЯ СТАТИЧЕСКОЕ - КОНТУРНОЕ; - Гирлянды и лампы -ЛОКАЛЬНОЕ (прожекторы); (высвечиваются - Световые орнаменты отдельные элементы); (светильники); - ЗАЛИВАЮЩИМ - Светящиеся элементы СВЕТОМ; (фонари, торшеры); - СМЕШАННОЕ. - Световая реклама (софиты). Рисунок 1.7 – Номенклатура элементов и приемы освещения объектов ландшафтного дизайна 21 В трактовке архитектуры малых форм необходимо стремиться к выявлению декоративных и конструктивных возможностей используемого строительного материала. Ее применением относительно естественного монументальный характер камня, кирпича, бетона самоуплотняющегося), железобетона сборного и Употребление строительных материалов новых определяется (мелкозернистого, монолитного способствует и др. разработке современных композиционных приемов архитектуры малых форм, создающих образ «легкого» Экономичность сооружения, строительства обладающего малых форм декоративной архитектуры спецификой. обеспечивается применением доступных, недорогостоящих материалов, простых в изготовлении конструкций, рассчитанных на индустриальные методы возведения [54, 55]. Важная задача архитектурно-ландшафтного благоустройства – использование в каждой области, районе местных строительных и отделочных материалов, позволяющее разнообразить колорит и подчеркнуть индивидуальность облика ландшафта [26, 27]. Очень впечатляюще выглядит один из символов Брюсселя – Атомиум, спроектированный архитектором Андре Ватеркейном (рисунок 1.8). Рисунок 1.8 – Атомиум (арх. А. Ватеркейн, Брюссель) 22 Атомиум является символом атомного века, состоящий из девяти атомов, которые объединены в кубический фрагмент кристаллической решетки железа, увеличенный в 165 миллиардов раз. Важным вопросом при формировании положительного внешнего образа и повышения узнаваемости в масштабах страны является выбор архитектурной формы в качестве символа для г. Белгорода и всей Белгородской области. Курская магнитная аномалия (КМА) – крупнейший в РФ железорудный бассейн. КМА прослеживается по территории 9 областей РФ, имея длину 850 км при ширине до 200 км. Здесь разведано 18 месторождений железа с запасами железистых кварцитов и богатых железных руд. КМА в своих недрах помимо железных руд содержит высококачественные бокситы, флюсовое и формовочное сырье, огнеупоры, стекольное сырье, строительные материалы, цементное, агрохимическое, химическое сырье и т.д. В зонах локализации железных руд присутствуют промышленные содержания золота, платины и платиноидов, меди, никеля, кобальта, хрома, редких и радиоактивных элементов. Таким образом, зону КМА можно рассматривать как фундамент минерально-сырьевой безопасности нашей страны [6, 7, 121, 125]. Историю и будущее величайших бассейнов месторождений полезных ископаемых и минералов Белгородской области можно увековечить за счет разработки, проектирования и создания малых архитектурных форм, а также различных архитектурных сооружений на территории Белгородской области, которые станут символом этих гигантских пластов месторождений. Кристаллы могут послужить основой для разработки архитектором 3D модели здания и малых архитектурных форм (рисунок 1.9-1.10). Применение в архитектуре форм минералов, кристаллов и их кристаллической структуры [49] может значительно разнообразить облик как отдельных сооружений, так и облик целого города (рисунок 1.11). 23 Рисунок 1.9 – Примеры 3D моделей кристалла магнетит 24 Рисунок 1.10 – Примеры 3D моделей кристалла кварца Кристаллическая решетка кальцита 25 Кристаллы магнетита 26 Рисунок 1.11 – Примеры МАФ для Белгородской области В главе 5 предложен расчет колонны «кристалл кварца», как малой архитектурной формы. 27 1.3 Бетоны для малых архитектурных форм Большую часть от общего объема производства бетона в строительной индустрии занимают бетоны на портландцементе и его разновидностях [58, 117]. Для производства малых архитектурных форм также традиционно используют цементные бетоны, где в качестве вяжущего вещества применяют обычный портландцемент, преимущественно ЦЕМ I 42,5Н. Современные бетоны отличаются не только высокими показателями прочности, но и повышенными технологическими и эксплуатационными характеристиками. Такие бетоны находят применение при изготовлении малых архитектурных форм, где помимо прочности необходима высокая подвижность и однородность бетонных смесей [59, 101]. В настоящее время актуальна необходимость получения новых бетонов, наиболее приемлемых по составу, структуре и свойствам для изготовления декоративных изделий малых архитектурных форм с учетом того, что такие изделия эксплуатируются на открытом воздухе, подвержены действию атмосферных факторов (увлажнению и высыханию, действию солнечного излучения, мороза и пр.). Кроме того, бетон для таких изделий должен удовлетворять определенным технологическим требованиям: возможности изготовления из него тонкостенных деталей, легкости шлифовки и полировки, применения с целью уплотнения бетонных смесей не только вибрирования, но и прессования и др. [6, 57, 60]. Основываясь на исследования В.С. Лесовика, а также других специалистов, изложенным требованиям, лучше всего, удовлетворяют мелкозернистые бетоны. В качестве заполнителя мелкозернистых бетонов применяется песок и отсев дробления, мел, а также другие вторичные ресурсы [4, 11, 115, 127, 169]. Более высокая удельная поверхность и шероховатость зерен отсевов дробления способствует повышенной адгезии к ним цементного камня. Однако бетонные смеси на отсевах дробления характеризуются повышенным водосодержанием, что может приводить к повышению расхода цемента в равнопрочных бетонах и 28 ухудшению ряда строительно-технических свойств и долговечности бетона [7, 61, 94, 106]. В тоже время, надо иметь ввиду, что для бетонов, применяемых в декоративных конструкциях на открытом воздухе, повышенный расход цемента оправдан увеличением атмосферостойкости и облегчением абразивной обработки. А при меньших расходах цемента удобообрабатываемость смеси постепенно снижается, что затрудняет ее укладку и приводит к постепенному понижению прочности и плотности бетона. При этом скорость карбонизации при относительной влажности 55% значительно выше, чем при влажности 75% [67]. Для повышения прочности, морозостойкости, водонепроницаемости и трещиностойкости бетона Баженовой С.И. предложено проводить предварительную обработку поверхности заполнителя комплексной добавкой, включающей микрокремнезем и гиперпластификатор. В процессе приготовления бетонной смеси часть воды затворения, содержащую комплексную добавку, перемешивают с заполнителями, а затем вводят цемент и остаток воды [62]. Существенный вклад в решение проблем оптимизации технологии производства мелкозернистых бетонов внесли И.Н. Ахвердов, Ю.М. Баженов, П.И. Боженов, Г.И. Горчаков, А.М. Гридчин, И.А. Рыбьев, П.Г. Комохов, В.С. Лесовик, Р.В. Лесовик, А.П. Прошин, В.И. Соломатов, А.Н. Хархардин, Е.М. Чернышев, С.В. Шестоперов и др. Актуальным остается применение минеральных добавок в цементы и бетоны и как следствие, рассмотрение вопросов нормирования при использовании таких добавок. Исследователями БГТУ им В.Г. Шухова предложена классификация минеральных добавок в композиционные цементы с учетом генетического происхождения [63, 93]. Ряд научных школ подтверждают эффективность применения пластифицирующих добавок совместно с отходом производства керамзита для получения композиционных вяжущих [64]. Также изучен мелкозернистый бетон с повышенными эксплуатационными свойствами при армировании минерально-абразивными шламами. Исследован химический состав и коллоидно-дисперсная структура минерально-абразивных 29 шламов (МАШ). плотности, Экспериментально пористости и изученные водопоглощения зависимости прочности, мелкодисперсного бетона, модифицированного добавкой МАШ, от количества и свойств добавки дают возможность сделать вывод о положительном влиянии МАШ на структуру и прочностные показатели мелкозернистого бетона [9, 65]. Чашемовым В.С. и Чижиковым А.Г. предложено использовать в качестве добавки в бетон водную суспензию наноструктурированного углерода, получаемого сжиганием опилок хвойных пород древесины при 600-7000С при малом доступе воздуха. Введение в бетон 10% добавки от массы цемента позволит получить величину предельно допустимой деформации при изгибе от 0,36 до 0,42 мм [66]. Опираясь на исследования Баженова Ю.М., а также в дальнейшем Лесовика В.С. можно отметить, что цементно-песчаный бетон имеет некоторые особенности, обусловленные его структурой, для которой характерны большая однородность и мелкозернистость, высокое содержание цементного камня, отсутствие жесткого каменного скелета, повышенные пористость и удельная поверхность твердой фазы. В настоящее время именно конструкционным материалом, и цементный бетон остается основным поэтому проблемы улучшения его технологической прочности и долговечности являются наиболее острыми и актуальными. Из добавок, нашедших наиболее широкое применение в производстве бетона и железобетона, на первом месте стоят пластифицирующие добавки, среди которых особое внимание специалистов и ученых привлекают суперпластификаторы на поликарбоксилатной основе (гиперпластификаторы) [92, 119]. Специалистами уже разработана классификация, описан механизм действия, определены положительные и отрицательные стороны использования суперпластифицирующих добавок в технологии изготовления бетона [69]. Большое количество специалистов указывают, что в качестве пластифицирующего компонента целесообразно применять добавки на основе именно эфиров поликарбоксилатов [66, 69], так как их отличает высокая 30 пластифицирующая способность, при этом они дополнительно увеличивают сохраняемость бетонных смесей, что немаловажно при создании малых архитектурных форм. В мелкозернистых бетонах из смесей высокой подвижности применение суперпластификаторов особенно эффективно, так как позволяют получить высокую прочность и пониженную проницаемость [70-72]. Одним из путей увеличения эффективности действия пластификаторов является их совместное применение с минеральными наполнителями, что, наряду с прочим, позволяет уменьшить расслоение и водоотделение смесей [73]. В качестве заполнителя мелкозернистых бетонов возможно использование отходов литейного производства, отходов мокрой магнитной сепарации, мел [75, 95, 113, 170]. Несмотря на целый ряд преимуществ по сравнению, например, с обычным тяжелым бетоном, мелкозернистый бетон не получил широкого применения в строительстве прежде всего из-за повышенной усадки и пониженного на 20-25% модуля упругости [76]. Большие возможности по повышению эксплуатационных характеристик открывает дисперсное армирование мелкозернистого бетона полимерными и металлическими фибрами. Лесовиком Р.В. и Клюевым С.В. было изучено влияние дозировки полипропиленовых волокон на прочность мелкозернистого бетона на заполнителе из отсевов дробления кварцитопесчаника. Наилучшие показатели по прочности имели образцы, содержащие 1% полипропиленового волокна от массы вяжущего. При этом наблюдается повышение прочности при сжатии до 13% и на растяжение при изгибе до 38%. С увеличением процента армирования бетонных образцов отмечается снижение при изгибе прочность образцов становится меньше прочности контрольного образца [68, 111]. Армированный фиброй бетон со сверхвысокими свойствами – материал на основе цемента, ведущий себя как низкопористая керамика с высокими механическими характеристиками. Оптимальная удобоукладываемость и 31 механические характеристики таких бетонов достигается при В/Ц=0,24. Бетоны с добавлением и без стальной фибры имеют способность рассеивать тепло. Эта характеристика также как способность к механической обработке (сверлению) важна для выбора областей рационального применения армированной фиброй бетонов со сверхвысокими эксплуатационными свойствами в различных технологических процессах [79, 100, 118]. Велика эффективность использования фрезерованной стальной фибры для дисперсного армирования мелкозернистого бетона. При введении 3% стальной фибры прочность мелкозернистого бетона состава 1:3 повышается с 51,6 до 56,7 МПа [74]. Стеклофибробетон также играет важную роль при проектировании городских зон отдыха с эстетической стороны объектов строительства и малых архитектурных форм, которые в свою очередь имеют привлекательный вид. Фибровое армирование бетона дает начало новому материалу – фибробетону. При введении в мелкозернистый бетон (бетон-матрицу) отрезков щелочестойкого стекловолокна получается композиционный материал, где фиброволокно равномерно распределяется по объему изделия или отдельных его частей (зон) [128]. Дисперсное армирование в разы повышает прочностные свойства бетона, улучшает эксплуатационные характеристики конструкций: устойчивость к динамическим, температурно-влажностным воздействиям, износу и т.п. [96]. Фиброцемент, получаемый по СФБ-технологии, отличается большой ударной прочностью и упругостью, а по таким показателям, как трещиностойкость, вязкость разрушения, морозостойкость, водонепроницаемость, огнестойкость в несколько раз превосходит обычный бетон. Одной из ключевых технологических характеристик армированного стальной фиброй, наиболее интересующего самоуплотняющегося бетона, влияющей в последствии на его механические характеристики, является равномерность распределения фибры [131]. Иностранными учеными на примере типичного состава самоуплотняющегося сталефибробетона (50 кг/м3 загнутой 32 фибры длиной 35 мм и характеристическим отношением 65) изучены разные методы оценки устойчивости к статистической и динамической сегрегации в цилиндре (динамическая сегрегация), а также расплыв конуса, с последующим измерением содержания фибры в концентрических сегментах. Такой метод оценки динамического расслоения является развитием существующего метода оценки расслаиваемости обычных (не армированных фиброй), ориентированных на оценку качества конечного материала по испытаниям бетонных смесей. В свою очередь проводились дополнительные изучения влияния состава бетонной смеси (цемент, вода, суперпластификатор) на надежность оценки характеристик бетонной смеси и бетона по испытаниям распределения фибры в самоуплотняющемся сталефибробетоне [81, 130]. Развитие инновационных материалов, таких как армированный текстилем или сверх высокофункциональный бетон (UHPC), позволяет выполнять конструкции тонкой формы, которые отвечают требованиям современной архитектуры [77]. Разработки составов фибробетона, изделий и конструкций из него следует вести для конкретных объектов с учетом индивидуальных условий эксплуатации [78]. К ключевым факторам, характеризующим декоративные свойства бетона, относятся его структура, цветовой оттенок, рисунок и фактура лицевой поверхности [44]. Использование цветного цемента либо добавление в бетонную смесь определенных красителей и пигментов позволяет получить декоративный бетон требуемого цвета [98]. Однако практика свидетельствует, что изделия из декоративного бетона, изготовленного подобным образом, уже через несколько лет под воздействием солнечных лучей и осадков теряют изначальную привлекательную насыщенность оттенков. К тому же красители, введенные в бетонную смесь, в незначительной мере, но ухудшают ее физико-механические характеристики. Практические эксперименты и различные лабораторные исследования показали, что таких недостатков лишен декоративный бетон, полученный путем 33 применения известнякового мраморовидного и доломитизированного щебня и золошлаковой смеси в качестве одного из ингредиентов. На структуру, прочность и цветовые характеристики декоративных бетонов при различной удобоукладываемости влияет вид заполнителя и расход цемента [107]. Декоративные бетоны, приготовленные на граните, габбро, известняке имеют высокие эксплуатационные характеристики по декоративным характеристикам и подобны исходным горным породам. Лучшими показателями по декоративным свойствам и обрабатываемости обладают бетоны, в которых обеспечено преимущественное содержание заполнителя из имитирующих пород фракций 2,5-5 и 5-10 мм при ограниченном содержании частиц размером менее 1,25 мм, имеющих цветовые показатели бетонов и выкрашивающихся при обработке изделий различными инструментами [82]. В качестве пигментов для изготовления декоративных бетонов можно использовать железооксидные пигменты на основе отходов мелкой магнитной сепарации, получаемых в процессе очистки доменных шлаков [37, 83]. Также скульптуры для создания малых используются архитектурных архитектурный бетон. форм и ландшафтной Архитектурный бетон производится на основе серого или белого портландцемента в сочетании с добавлением минеральных пигментов, пластификаторов и модификаторов, заполнителей, таких как мраморная крошка разных цветов, отформовывается методом виброформования или литья в специальных формах и позволяет выпускать любые виды изделий [53]. По своим техническим характеристикам архитектурный бетон в несколько раз превосходит обычный бетон за счет специфического способа укладки раствора и использования специальных добавок. Архитектурный бетон устойчив к воздействию агрессивных сред, легко моется, выдерживает перепады температур, не скользит, не выцветает, обладает стопроцентной устойчивостью к ультрафиолетовым лучам. Кроме этого, архитектурный бетон имеет высокую сопротивляемость давлению и истиранию, обладает высокой противоударной прочностью [65]. 34 Примечательно также, что можно обеспечить быстрое схватывание цемента независимо от воздействия окружающей среды. Необходимо в цемент, в качестве минеральной добавки использовать тонкодисперсный песок и ускоритель схватывания при затворении водой сухой смеси. В качестве ускорителя схватывания использовать поташ 6% и фтористый натрий в количестве 2 % от массы цемента, при этом воду подогревать до +50-+600С [84, 97]. Таким образом, по мнению авторов, архитектурный бетон обеспечивает долговечность конструкции. В качестве строительного материала, в том числе для малых архитектурных форм, наибольший интерес вызывает самоуплотняющийся бетон [52, 55]. Самоуплотняющийся бетон – бетон, который без воздействия на него дополнительной внешней уплотняющей энергии самостоятельно под воздействием собственной массы течет, освобождается от содержащегося в нем воздуха и полностью заполняет все пространство [5]. Анализ исследований, проведенных в Японии, Германии и Швеции [60] дали возможность представить свойства и характеристики самоуплотняющегося бетона: соотношение вода / связующее: 25 / 40%; содержание воздуха: 4,5-6,0%; прочность на сжатие (28 суток): 40-80 МПа; прочность на сжатие (91 сутки): 55-100 МПа; предел прочности на сдвиг (28 суток): 2,4-4,8 МПа; модуль эластичности: 30-36 ГПа; усадочная деформация (х10-6): 600-800 [8]. Самоуплотняющийся бетон обладает высокой прочностью на сжатие за счет плотного состава смеси. Производители самоуплотняющегося бетона могут добиваться прочности на сжатие от 50 МПа до 100 МПа [102]. Самоуплотняющийся бетон обладает хорошими подвижностью и сцеплением между отдельными частицами, поэтому он обладает хорошими свойствами образования плотного соединения с арматурными стержнями. Модуль упругости самоуплотняющегося бетона примерно на 15% ниже, чем у обычного бетона. Это связано с повышенным содержанием мелких пылевидных частиц в бетонной смеси и пониженным содержанием крупной фракции заполнителя по сравнению с обычным бетоном [80, 123]. 35 Усадка бетона всегда связана с количеством цементного теста в бетоне. Так как содержание цементного теста у самоуплотняющегося бетона незначительно отличается от обычного, то оба бетона имеют примерно одинаковую усадку [91, 124]. Поверхность самоуплотняющегося бетона до мельчайших подробностей повторяет поверхность опалубки, поэтому можно получить идеально гладкую и ровную поверхность. Поверхность самоуплотняющегося бетона высыхает быстрее, чем поверхность обычного бетона, уплотняемого вибрационным воздействием, так как на поверхности самоуплотняющегося бетона обычно не выделяется много воды. При заливке нового слоя бетона поверх уже затвердевшего степень сцепления слоев выше, чем у бетона, уплотняемого вибрационным воздействием. Необходимо отметить, что при заливке обычного бетона на слой свежего самоуплотняющегося бетона и последующего вибрационного уплотнения самоуплотняющийся бетон не разрушается [23]. При введении фибры в самоуплотняющиеся бетоны снижается опасность возникновения усадочных трещин, но может ухудшать характеристики текучести. Для каждого вида фибры существует оптимальная дозировка, при которой обеспечиваются необходимые технологические характеристики самоуплотняющегося бетона [86]. Самоуплотняющийся бетон – бетон нового поколения, также, как и бетоны на основе сухих тонкозернисто-порошковых смесей: реакционно-порошковых, порошково-активированных песчаных и порошково-активированных щебеночных, позволяет повысить прочность бетонов и снизить удельный расход цемента на единицу прочности [115, 140]. Бетоны нового поколения могут быть не только высокопрочными, но и бетонами традиционных классов В15-В40 с низким удельным расходом цемента на единицу прочности при сжатии, равным 35 кг/МПА. Для достижения таких технических и экономических критериев оптимизируется состав реологических матриц в бетоне [87]. При изучении свойств самоуплотняющихся бетонных смесей и бетона с добавкой пыли цементообжигательных печей выявлено, что при высоких 36 дозировках пыли цементообжигательных печей и регулировании В/Т-отношения обеспечивается получение самоуплотняющегося бетона средней прочности с пониженным содержанием цемента и низкой стоимостью [88]. Было установлено, что при использовании нескольких типов коммерчески доступной стальной фибры и изучении влияния ряда параметров (об. доли, длины и формы фибры) на протяжении сдвига и пластическую вязкость самоуплотняющегося бетона (состав, кг/м3: цемент 344, зола-уноса 138, щебень 28 мм 310, песок 0-2 мм 776, вода 164; поликарбоксилатный суперпластификатор 5), наблюдалась существенная зависимость пластической вязкости от длины фибры только для изогнутой фибры [89, 120]. При изучении кислотостойкости, коррозии, сорбционных и термических характеристик бетона, а также разработке состава самоуплотняющихся бетонов, устойчивых к региональных действию кислот температурах, и пригодных зарубежными для использования при установлено, что ученными долговечность самоуплотняющихся бетонов повышается с увеличением класса прочности бетона и превышает характеристики обычного (виброуплотненного) бетона [90]. 1.4 Получение эффективных бетонов для малых архитектурных форм Высокий уровень эстетической архитектурно-художественной выразительности, создающий комфорт городской предопределяется свойствами используемых среды, материалов во для многом элементов благоустройства и малых архитектурных форм. Необходимость кардинального изменения уровня благоустройства ставит перед наукой и производителями продукции из бетона ряд неотложных задач по улучшению его основных свойств: прочности, износо- и ударостойкости, химической и цветостойкости, долговечности, а для детских площадок, создаваемых средствами архитектурной и образной пластики, применяемые бетоны должны еще обладать декоративными и антивандальными свойствами, а также быть экологически чистыми. 37 Разрабатываемые составы бетонов по пластическим свойствам и удобоукладываемости должны соответствовать технологиям, обеспечивающим получение изделий с различными фактурами поверхностей – гладкой, шероховатой, рельефной и др. [19]. Высокопрочные бетоны с улучшенными технологическими свойствами могут быть получены на основе высокоактивных модифицированных вяжущих [112]. Ряд ученых производили работы по активации портландцемента и портландцементного клинкера, которые проводились на базе использования шаровых мельниц с применением органических и минеральных добавок. С помощью проведенных экспериментальных работ, цель которых заключалась в получении эффекта активации портландцемента, удалось существенно снизить динамические и вибрационные нагрузки на шарнирные узлы виброцентробежной мельницы. Выпуск активированного портландцемента позволил получить вяжущее с удельной поверхностью 580 м2/г. Физико-механические характеристики элементов дорожного покрытия и МАФ, полученные по вибролитьевой технологии на основе механоактивированного вяжущего, в 2-2,5 раза выше, чем у аналогов, полученных вибропрессованием из цементно-песчаной смеси. Одной из важнейших эксплуатационных характеристик элементов, эксплуатируемых в особо интенсивном режиме, является износостойкость. Увеличение более чем в два раза износостойкости бетонных изделий, полученных на основе механоактивированного цемента, объясняется более плотной упаковкой новообразований в процессе гидратации активированного вяжущего и высоким уровнем адгезии и когезии в структуре бетона. Высокое качество изделий из бетона на основе механоактивированного вяжущего, обусловлено снижением объема макропор до 35% и их максимальных размеров. Повышение доли микропор, а также снижение их среднего эффективного радиуса и капиллярной пористости предопределяет более 38 интенсивную и полную гидратацию цемента, что обеспечивает повышение качества бетонных изделий [134]. Благодаря высокой активности, скорости набора прочности и экзотермии в процессе естественного вызревания изделий на основе механоактивированного вяжущего, существенно улучшаются экономические показатели по энергозатратам и оборачиваемости оснастки (форм) [3]. Прочность через сутки естественного твердения изделий из высокопрочного декоративного бетона при изготовлении элементов благоустройства достигает 80% прочности в 28 суток и составляет около 60 МПа. Технология производства элементов благоустройства и малых архитектурных форм широкой номенклатуры на основе активированного портландцемента, имеет высокие технико-экономические показатели. Опыт эксплуатации благоустроенных территорий из элементов, полученных на основе бетона с использованием активированного портландцемента показал, что на 3040% увеличивается срок межремонтного периода. Это подтверждает целесообразность более широкого применения декоративных бетонов на основе активированного портландцемента для производства изделий, эксплуатируемых в жестких условиях. Применение высокопрочных декоративных бетонов позволяет также улучшить архитектурно-художественную выразительность городской среды обитания [56, 135]. Иностранные ученые предложили метод подбора составов самоуплотняющихся бетонов с высокими и ультравысокими эксплуатационными характеристикам, в том числе с добавками стальной фибры, основанный на изучении характеристик текучести и компьютерном моделировании [114]. Также с использованием модифицированной модели упаковки частиц Андреасена-Андерсена возможно осуществить подбор состава фибробетона со сверхвысокими эксплуатационными свойствами. Эта модель позволит подобрать состав бетона с относительно низким содержанием вяжущего. Расчет степени гидратации показывает, что после 28 суток в исследованном бетоне содержится значительное количество негидратированного цемента, что позволяет заместить 39 часть цемента микронапонителем с целью улучшения удобоукладываемости и снижения стоимости фибробетона со сверхвысокими эксплуатационными свойствами [129]. Метод моделирования, Тагучи, с позволяет дальнейшим провести применением подбор состава математического высокопрочного самоуплотняющегося бетона [136]. Окуловой О.А. исследовано влияние гранулометрического состава заполнителей на текучесть бетонной смеси и прочность бетона. Отсевы дробления кварцевого песка (фракции меньше 0,16 мм) выполняют не только роль уплотнителя структуры, но и способствуют снижению водопотребности бетонной смеси [116]. Рецепт проектирования состава самоуплотняющейся бетонной смеси существенно отличается от состава обычного бетона. Первое отличие – другой подход к соотношению и гранулометрии заполнителей (расход крупного заполнителя, например, кварцитопесчаника не превышает расход песка, рассев заполнителей, приближается к идеальной кривой за счет обогащения нескольких фракций). Второе отличие – обязательное присутствие в смеси наполнителей. Третье отличие – дозировка и тип пластифицирующей добавки, доза которого существенно выше, чем для стандартного обычного бетона [99, 109, 133]. Состав компонентов смеси для приготовления самоуплотняющегося бетона осуществляется, как правило, по японскому методу, разработанному профессором Окамурой. Концепция этой рецептуры базируется на повышении доли мелких пылевидных частиц. Рецептуры самоуплотняющегося бетона базируются на следующих граничных условиях: 1. насыпной объем заполнителя крупной фракции должен быть не более 50% объема бетона; 2. объемная часть песка в растворе должен составлять 40%. В наиболее простой форме стандартную рецептуру самоуплотняющегося бетона можно представить следующим образом (таблица 1) [15, 122]. 40 Таблица 1 – Стандартная рецептура самоуплотняющегося бетона Компонент Цемент Зольная пыль или молотый известняк Вода Водоцементное отношение Песок (зернистость 0-2) Мелкий щебень (2-16) Пластификатор Единица кг/м3 Количество 350 кг/м3 200 кг/м3 кг/м3 кг/м3 кг/м3 кг/м3 170-180 0,49-0,51 650 950 2-4 Состав и виды самоуплотняющегося бетона постоянно развиваются. К примеру, в Германии был получен допуск на использование легкого самоуплотняющегося бетона. Несмотря на низкую плотность в незатворенном состоянии, равную 1,38 кг/дм3, этот бетон обладает прекрасной подвижностью и способностью самоуплотняться. Механические свойства этого бетона аналогичны свойствам обычного бетона [132, 139]. Доктором технических наук Каприеловым С.С. из НИИЖБа были разработаны и внедрены в производство промышленного масштаба высокопрочные бетоны класса В50 на основе самоуплотняющихся бетонных смесей [140]. Также внедрены в производство самоуплотняющиеся смеси для высокопрочных бетонов класса до В90. И.Н. Рыжов из г. Санкт-Петербург осуществил несколько успешных производственных экспериментов по выпуску самоуплотняющихся смесей для высокопрочного бетона класса В60 [141]. В Военном инженерно-техническом университете проводятся исследования и разработка новых рецептур самоуплотняющихся бетонных смесей для получения высокопрочных бетонов классов В75-В80, эксплуатационные свойства которых будут находиться на уровне лучших мировых аналогов, но при этом планируется сокращение их себестоимости. В качестве крупного заполнителя для этих бетонов используется полифракционная смесь габбро-диабазового щебня, имеющего сверхнормативную прочность, а также морской песок, используемый в качестве мелкого заполнителя и наполнителя [37]. 41 Морозостойкость – один из ключевых критериев, от которых зависит долговечность изделий из бетона. Цветной бетон способен выдерживать до 200 циклов последовательной заморозки и оттаивания без изменения массы, и характеристик прочности. Показатель водонепроницаемости раствора составляет 100 Н. Отделочный раствор продемонстрировал отличную адгезию к бетону основного слоя. Современные строительные конструкции из самоуплотняющегося бетона, отливаемые с помощью нового поколения поликарбоксилатных суперпластификаторов, за счет своей геометрической выразительности могут сделать наши города и улицы более «дружелюбными» и привлекательными для людей [105]. Придание бетону цвета – одна из важнейших задач. Подбор оптимальных пигментов является важным фактором при получении эффективных бетонов для малых архитектурных форм. В настоящее время мировое ежегодное потребление основного красителя – природного и синтетического железоокисного пигмента (черного, коричневого, красного и желтого). Находят применение и пигменты на основе двуокиси титана (белый), хрома (зеленый), кобальта (голубой) и углерода (глубокий черный). Органические пигменты применяются редко, т. к. не отвечают требованиям долговечности. Существуют различные отпускные формы красителей (порошок, суспензии, гранулы, компакт-пигменты), а также методы и технологии их применения. В Европе существует гармонизированный стандарт на пигменты для окрашивания строительных материалов на основе цементных и известковых связующих EN 1 2878, в котором содержатся требования к характеристикам пигментов и их влиянию на свойства бетонной смеси (время схватывания, прочность на сжатие, содержание хлора, щелоче- и теплоустойчивость, долговечность, воздействие на окружающую среду) и правила проведения испытаний пигментов для установления их соответствия требованиям стандарта с обязательным привлечением независимой испытательной лаборатории [126]. 42 Пигменты окрашивают только один компонент бетонной смеси – цемент. Поэтому наилучшие результаты получаются при окрашивании однородных мелкозернистых смесей. Архитекторы все чаще ставят условием применения сборных и монолитных железобетонных ограждающих конструкций наличие привлекательного цвета [10]. Зачастую в таких случаях прибегают к более известным и проверенным временем способам получения цветных поверхностей: обнажение цветных природных и искусственных заполнителей для бетона, применение цветных цементов и, наконец, самый простой способ – окрашивание бетонных конструкций фасадными красками. Все перечисленные способы имеют, кроме достоинств, и определенные недостатки: недолговечность и невыразительность, трудоемкость и т.д. Известно, что чаще всего используются гранулированные (непылящие) пигменты, которые легко транспортируются и хранятся [108]. Пигменты для бетонных конструкций должны обеспечивать более высокое качество и выразительность поверхностей, но в приемлемом диапазоне отношения цена/качество. Выразительность окрашенной поверхности бетонных конструкций зависит от ее отражательной способности, т. е. гладкости и однородности. Поэтому бетонную смесь следует пластифицировать. На поверхности не должны образовываться высолы, которые могут испортить весь эффект окрашивания. Пигмент должен легко равномерно распределяться по всей поверхности при минимальном удельном его расходе. На европейском рынке, по данным широко известного немецкого журнала «BFT International», уже имеются комплексные пигменты, получившие название «эффект-гранулы» (например, серии Granufin), которые достаточно успешно решают все эти проблемы. «Эффект-гранулы» имеют существенно меньшие размеры (0,02-0,1 ц), что обеспечивает им значительно большую кроющую способность и равномерность распределения. Расход пигмента или «точка его насыщения» определены экспериментально для разных железоокисных типов, в частности для красного – 4%, черного – 5%, желтого – 7-8% от веса цемента. Большая дозировка эффекта не изменяет, но заметно ухудшает экономические показатели. Для улучшения 43 равномерности распределения пигмента по объему изделия рекомендуется производить его предварительное смешивание с инертными компонентами смеси в бетоносмесителе в течение примерно 20 сек. до введения туда цемента и воды. Так как гранулы содержат в себе некоторые водорастворимые дисперсии, важно, чтобы инертные компоненты были все же предварительно увлажнены (до 6-8%). Содержащийся в «эффект-гранулах» пластификатор улучшает удобоукладываемость смеси и обеспечивает гладкие однородные поверхности изделий при сохранении прочности бетона на сжатие. Другой компонент гранулы блокирует и существенно ограничивает наличие открытых капиллярных пор на поверхности, уменьшая тем самым опасность образования высолов [85, 110, 137]. Значительный интерес представляют разработки новых химических добавок – репеллентов, придающих бетонным поверхностям пыле- и грязеотталкивающие свойства. Химический процесс под названием «sol-gel» позволяет осуществлять направленный синтез нанокомпозитов и придавать бетонным поверхностям индивидуальные специфические эффекты. Диапазон их действия распространяется от таких защитных функций, как обеспечение легкого удаления пыли, грязи и рисунков граффити, до предотвращения появления высолов на бетонных поверхностях конструкций с фасадными красками [104, 112]. Известны успешные попытки необычного применения солнечной энергии для предотвращения загрязнения изделий на основе цементных композиций с добавкой фотокатализатора в виде двуокиси титана TiO. Воздействие солнечного облучения вызывает интенсификацию окисления органических соединений, с которыми конструкция вступает в контакт в процессе эксплуатации. Эффект уменьшения загрязнения особенно заметен в городских условиях, где TiO, в составе цемента резко снижает воздействие NO, SO, NH, СО, летучих компонентов выхлопных газов автомобилей, хлорированных органических соединений, альдегидов и соединений ароматических поликонденсатов. Особенно эффективен процесс самоочищения в изделиях из белого цемента [142]. При производстве самоуплотняющегося бетона целесообразного применение стеклобоя. Замена мелкого заполнителя стеклобоем производится в 44 количестве 0-50%. Растекаемость бетонной смеси повышается с увеличением содержания стеклобоя. При этом с ростом его дозировки наблюдается снижение прочности при сжатии, изгибе и растяжении со скалыванием, а также статического модуля упругости [143]. Многолетними исследованиями ученых БГТУ им. В.Г. Шухова была доказана возможность и экономическая целесообразность использования местных экологически чистых материалов для создания эффективных бетонов. В Европе и США получило развитие производство высоконаполненных цементов, где в качестве кремнеземистого компонента применяют шлаки, золы, метакаолинит и др. с одномодальным распределением частиц по размеру [144, 145]. Удельная поверхность производимых вяжущих 300-350 м2 / кг. При синтезе цементного камня с применением подобного вяжущего образуются, наряду с гидросиликатами кальция, портландит и другие новообразования. Пористость системы достигает 8-15 %. Эксплуатационные характеристики таких изделий определяются не возможностями компонентов, а дефектами композита. Повышение качества бетонов и переход на выпуск неокомпозитов связаны с применением композиционных вяжущих [103]. 1.5 Выводы 1. Для повышения эффективности взаимодействия системы человека и среды его обитания, необходимо расширять номенклатуру и колоритность архитектурных форм. С целью недопущения повышения цен на МАФ, при его создании актуально будет использовать местное сырье и промышленные отходы. Для получения малых форм, а также снижения себестоимости строительных материалов, используемых для создания МАФ, необходимо применять самые последние передовые успехи в области строительного материаловедения. 2. Предпосылками для расширения применения малых архитектурных форм в композиционно-планировочных решениях благоустройства градостроительных ансамблей являются: необходимость снижения видеоэкологического прессинга на 45 среду обитания человека; стремление отойти от эстетического однообразия крупнопанельных подчеркиванию зданий и типовых индивидуальности и микрорайонов; выразительности потребность и благоустраиваемой территории; изобретение оригинальных и эстетически привлекательных объектов малой архитектуры; рост массового коттеджного строительства; разработка и применение экономически эффективных методов и материалов для производства малых архитектурных форм. 3. Основными требованиями к бетонам для малых архитектурных форм являются повышенные атмосферо- и морозостойкость, насыщенность цвета (для окрашенных бетонов) и способность сохранять его во времени, пригодность для изготовления густоармированных изделий сложной конфигурации с обилием мелких деталей. 4. В наибольшей степени, требованиям, указанным выше, отвечают мелкозернистые самоуплотняющиеся бетоны. Наиболее перспективным способом их армирования является применение различных видов фибр. Подобные бетоны отличаются повышенной вандалостойкостью, пригодностью к механической обработке, что важно для создания МАФ из комбинированных материалов. 5. В качестве вяжущих для получения самоуплотняющихся бетонов наиболее перспективными считаются механоактивированные портландцементы сверхвысоких марок, более выгодной альтернативой которым, могут являться специализированные композиционные вяжущие на основе местного сырья. 46 2 МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ПРИМЕНЯЕМЫЕ МАТЕРИАЛЫ Экспериментальные исследования проводились в лабораториях кафедры строительного материаловедения, изделий и конструкций; секции наносистем в строительном материаловедении Белгородского государственного технологического университета им. В. Г. Шухова, в испытательном центре «БГТУ-сертис», научно-исследовательской лаборатории обследования. 2.1 Методика исследований Исследования вещественного состава включало проведение валового химического анализа. Минеральный состав и строение образцов исходных сырьевых компонентов и синтезированных материалов были изучены с помощью метода рентгеновской дифрактометрии и растровой электронной микроскопии. 2.1.1 Рентгенофазовый анализ Рентгенофазовый анализ – метод исследования материала, основанный на определении характера воздействия рентгеновского излучения на кристаллический образец. Сущность метода рентгенофазового анализа заключается в изучении дифракционной картины, зафиксированной дифрактометром, и идентификации полученных отражений определенным параметрам структуру кристаллических фаз [28]. Для регистрации рентгеновских лучей применялся аналитический рентгеновский дифрактометр ARL9900 Intellipower Workstation и ARLX´TRA по методу порошка в диапазоне двойных углов 2Ө 4÷560и 8÷800по ГОСТ 16865-79, ГОСТ 25473-82 и ГОСТ 4.198-85 в автоматизированном режиме работы аппарата. 47 ARLX´TRA – рентгеновский дифрактометр (рисунок 2.1), оснащенный параболическим зеркалом, которое позволяет проводить исследование тонких пленок с 0,750, с применением трубки с Сu-анодом и высокотемпературной приставкой Anton Pаar, позволяющие проводить исследования непосредственно при температуре фазовых превращений различных веществ до температуры 16000С. Рисунок 2.1 – Рентгеновский порошковый дифрактометр ARLX´TRA ARL9900 Intellipower Workstation – позволяет проводить рентгенофлуоресцентный анализ элементов от B до U и рентгенофазовый анализ в диапазоне двойных углов 2Ө 8÷800, с применением трубки с Со-анодом (рисунок 2.2). Обработка данных, расчет концентраций фазового и последовательного анализа элементов, осуществляется с помощью программных комплексов: UniQuant 5.56, Siroquantversion3.0, ICDD DDVIEW 2010, ICDD PDF-2 Release 2010, Difwin, Crystallographica Search Match. 48 Рисунок 2.2 – Рентгеновский дифрактометр ARL9900 Intellipower Workstation Съемку дифрактограмм рентгенофлуоресцентным и последовательного спектрометром, образцов, анализа проводили элементов с полной системой дифракции XRD 12-ти позиционным магазином с использованием программ OXSAS и WinXRD, при параметрах, указанных в таблице 2.1. Таблица 2.1– Характеристики установки трубка рентгеновская Фильтр напряжение на трубке анодный ток скорость сканирования Cu Ni 40кВ 35 мА 8 град/сек С помощью справочника производили расшифровку дифрактограмм. 2.1.2 Исследования морфологических особенностей микроструктуры с помощью растрового электронного микроскопа (РЭМ) Исследования с помощью РЭМ относят к микроскопическому анализу, который предназначен для прямого и косвенного изучения структурных и фазовых изменений в веществах, процессов диффузии, кристалографических особенностей соединений, идентификации минералов путем измерения их 49 оптических констант, формы и размеров кристаллов, а также процессов их роста и разрушения, и других целей. На качество и контраст сканирующего изображения в РЭМ решающее влияние оказывает топография поверхности объекта и его химический состав. Поскольку количество отраженных электронов зависит от химического состава и микрорельефа (топографии) соответствующих изображения: поверхности, то распределение можно получить химических два элементов по поверхности образца и микрорельеф поверхности образца [28]. Микроструктурные исследования и количественный анализ микроструктуры образцов проводились с помощью программно-аппаратного комплекса, включающего высокоразрешающий сканирующий электронный микроскоп высокого разрешения TESCAN MIRA 3 LMU (рисунок 2.3), включающий персональным энергодисперсионный компьютером. Для спектрометр анализа (ЭДС), совмещенный использовался с специально разработанный пакет программ автоматической обработки РЭМ-изображений [30], позволяющий получать практически все морфологические показатели микроструктуры (размер и форму структурных элементов, их ориентацию в пространстве), а также оценивать величину пористости и удельной поверхности. Рисунок 2.3 – TESCAN MIRA 3 LMU 50 Данный метод позволяет проводить исследование микроструктуры по серии разномасштабных изображений, охватывающих весь диапазон изменения размеров имеющихся в породе структурных элементов. Анализу предшествует тестирование микроструктуры на однородность [31, 34]. Если микроструктура оказывается однородной, то результаты анализа отражают усредненные значения показателей микроструктуры всего образца. Если при тестировании оказывается, что микроструктура породы неоднородна, то получаемые результаты соответствуют микроструктуре только в данной конкретной точке. Важнейший из моментов при исследовании микроструктуры с помощью РЭМ является подготовка образцов. Камера образцов РЭМ находится в глубоком вакууме, поэтому образцы перед изучением их микроструктуры были полностью обезвожены. С помощью анализа РЭМ-изображений возможно по образцам малого размера быстро и надежно оценить показатели микроструктуры и устанавливать тип микроструктуры искусственного композита. Это решило задачу создания адекватной модели, позволяющей на основании данных анализа РЭМизображений поверхности образца оценить эксплуатационные свойства материалов и дать прогноз их изменения под влиянием различных природных и техногенных воздействий в период эксплуатации. 2.1.3 Определение гранулометрического состава веществ Гранулометрический состав порошкообразных материалов определяли методом лазерной гранулометрии, который позволяет непосредственно определять размеры частиц и процент их содержания в анализируемом материале. Лазерный анализатор размеров частиц MicroSizer 201 (рисунок 2.4) является полностью автоматизированным прибором, предназначенный для быстрого и точного измерения распределения частиц по размерам в диапазоне от 0.2 до 600 мкм. 51 Рисунок 2.4 – Лазерный анализатор MicroSizer 201 2.1.4 Исследование реологических характеристик бетонных смесей Проектирование состава и получение качественного высокопрочного, самоуплотняющегося и специального бетона являются наиболее проблемной задачей. Ранее для публичного обсуждения была опубликована методика и предложен прибор – статический вискозиметр для определения реологических характеристик высокопластичных бетонных смесей [33]. Реология описывает деформацию тела под действием напряжения. Реологическими свойствами, определение которых позволяет описывать процесс течения систем, являются вязкость, напряжение сдвига и скорость сдвига. Реология бетонных смесей связана с их структурой, имеющейся в процессе твердения. В этой связи оценка реологических свойств смесей необходима в технологическом процессе производства строительных материалов, в том числе и МАФ, а также в процессе структурообразования. Цель реологии заключается в том, чтобы, зная состав материала, определить, какими механическими свойствами он обладает, или создать материал с заданными реологическими свойствами. Реологические характеристики водовяжущих смесей изучались при помощи ротационного вискозиметра «RHEOTEST» (рисунок 2.5). Ширина зазора между цилиндрами прибора составляла 2 мм, градиент скоростей сдвига изменялся от 1 до 437,4 с-1. 52 Рисунок 2.5 – Ротационный вискозиметр RHEOTEST 2.1.5 Изучение свойств бетонной смеси и бетона Испытания бетонных смесей и бетонов проводились поверенными средствами измерений на аттестованном испытательном оборудовании согласно нормативно-технической документации. Для исследования влияния суперпластификаторов на свойства бетонных смесей и бетонов применяли комплексные методы исследования, регламентируемые государственными стандартами. Проведения испытаний проб бетонной смеси на определение показателей удобоукладываемости, расслаиваемости, средней плотности и пористости, объема вовлеченного воздуха осуществлялись согласно нормативной документации. Исследование подвижности цементных суспензий в присутствии суперпластификаторов производили с помощью мини-конуса в соответствии с методикой, разработанной НИИЖБ. Метод основан на измерении диаметра расплыва цементной суспензии под действием силы тяжести. Добавки вводили с водой затворения. Измерения производили после перемешивания цементного теста в течение 3 минут мешалкой с постоянным числом оборотов. Концентрации суперпластификаторов рассчитывали в процентах на сухое вещество от массы 53 цемента. Сохраняемость требуемых технологических свойств бетонной смеси определялась согласно нормативной документации. Подвижность бетонной смеси определяли с помощью стандартного конуса. Конус заполнялся смесью послойно и штыковался по 25 раз каждый из слоев. После снятия конуса, величину осадки измеряли линейкой с точностью 0,5 см. Прочность бетонов определяли согласно нормативной документации на образцах-кубиках с размерами ребер 10×10×10 см. Отклонения от размеров по длине ребер кубов не превышало ±1 %. Образцы изготовляли сериями по 3-6 образцов в каждой серии. Формы с бетонной смесью уплотняли на лабораторной виброплощадке типа 435А. Исследование морозостойкости бетонов проводили согласно нормативной документации на бетонных образцах размером 10×10×10 см. Марка бетона по морозостойкости устанавливалась в зависимости от числа циклов замораживания и оттаивания, которое выдерживали образцы после испытания на сжатие без снижения прочности более 5 % по сравнению с прочностью контрольных образцов в эквивалентном возрасте, а потери массы не превышали 3 %. Для выяснения механизма действия добавок были применены физико-химические методы исследования. Удельную поверхность цементов определяли по методу воздухопроницаемости согласно нормативной документации с помощью прибора ЦНТТМ «Интеграл» ПМЦ – 500. Нормальную густоту и сроки схватывания цементного теста определяли при помощи прибора Вика в соответствии с нормативной документацией. Предел прочности при изгибе образцов-балочек размером 40×40×160 мм определяли, испытывая их на изгиб согласно нормативной документации. 54 2.2. Применяемые материалы При проведении исследований были использованы следующие сырьевые компоненты: а) портландцемент ЦЕМ I 42,5 Н ГОСТ 31108-2003; б) белый портландцемент ЦЕМ I 52,5 Н ГОСТ 31108-2003; в) интенсификатор помола добавка SikaGrind-400; г) суперпластификатор SikaViscoCrete 32 SCC; д) воздухововлекающая добавка SikaAer; е) отсев дробления кварцитопесчаника Лебединского ГОКа Белгородской области; ж) мел ГОСТ 12085-88; з) кварцевый песок ГОСТ 8736-93; и) желтый и красный пигменты Bayferrox, зеленый пигмент Chromoxidgrün; к) вода ГОСТ 23732-2011. 2.2.1 Вяжущее В работе для изготовления образцов использовались: товарный портландцемент марки ЦЕМ I 42,5Н, обладающий стабильно высокими качественными характеристиками и соответствующий требованиям ГОСТ 31108-2003 «Цементы общестроительные. Технические условия» и ГОСТ 30515-97 «Цементы. Общие технические условия». Производитель – ЗАО «Осколцемент» и белый цемент марки ЦЕМ I 52,5 Н, обладающий исключительно быстрой удобоукладываемостью кинетикой бетонов на его набора основе, прочности, также отличной соответствующий требованиям ГОСТ 31108-2003 «Цементы общестроительные. Технические условия». Производитель – ОАО «Холсим (Рус) СМ». Основные характеристики цемента ЦЕМ I 42,5Н приведены в таблицах 2.2, 2.3. 55 Таблица 2.2– Химический состав цемента, % Показатель CaO SiO2 Al2O3 Fe2O3 MgO SO3 R2O в пересчете на Na2O Значение Номинальное Отклонение 66,03 ±0,80 21,45 ±0,45 5,83 ±0,20 4,40 ±0,20 0,58 ±0,06 0,30 ±0,10 0,69 ±0,10 Таблица 2.3–Минеральный состав клинкера (фактический), % Показатель C3 S C2 S C3 A C4AF Значение Номинальное Отклонение 65,10 ±2,50 13,86 ±1,50 8,96 ±1,00 11,95 ±1,50 Проведенные исследования образца ЦЕМ I 42,5Н позволили установить, что минеральный состав образца цемента ЦЕМ I 42,5Н представлен силикатами кальция 3СаО·SiO2, 2СаО·SiO2, алюминатом кальция 3СаО·Al2О3, алюмоферритом кальция 4СаО·Al2О3·Fe2О3 и полугидратом сульфата кальция СаSО4·0,5Н2О (рисунок 2.6). Рисунок 2.6 – Рентгенограмма цемента 56 Основные характеристики цемента ЦЕМ I 52,5 Н приведены в таблицах 2.4, 2.5. Таблица 2.4 – Химический состав цемента, % Показатель CaO SiO2 Al2O3 Fe2O3 MgO SO3 R2O в пересчете на Na2O ппп Номинальное значение 66,0 20,0 5,5 0,5 1,0 3,2 0,12 2,0 Таблица 2.5 – Минеральный состав клинкера (фактический), % Показатель 3CaOSiO2 2CaOSiO2 3CaOAl2O3 3CaOAl2O3Fe2O3 Сумма 3CaOSiO2 + 2CaOSiO2 Номинальное значение 64,5 7,0 13,8 1,4 71,5 2.2.2 Заполнитель В качестве мелкого заполнителя использовались отсев дробления кварцитопесчаника ОАО «Лебединский горно-обогатительный комбинат», мытый кварцевый песок ООО «Песчаный карьер» Корочанский р-н. Белгородской обл., удовлетворяющий требованиям ГОСТ 8736-93 «Песок для строительных работ. Технические условия» и мел МТД-1 карьера Стойленского ГОКа, удовлетворяющий требованиям ГОСТ 17498-72 «Мел. Виды, марки и основные технические требования» и ГОСТ 12085-88 «Мел природный обогащенный. Технические условия». Определение зернового состава и модуля крупности песка осуществлялось путем рассева на ситах с круглыми отверстиями 10 и 5 мм и проволочных ситах 57 со стандартными квадратными ячейками № 5; 2,5; 1,25; 0,63; 0,315; 0,16; 0,14; < 0,14. Рассев производился механизированным способом на вибросите. Все пески, используемые для проведения опытов, были высушены до постоянной массы. Проведенные исследования по определению минералогического состава исходных компонентов позволили установить, что мелкий заполнитель в виде кварцевого песка в качестве главного минерала содержит кварц (β-SiO2) (рисунок 2.7). Содержание кальцита в исследуемом материале (СаСО3) не превышает 5 % (таблица 2.6). Таблица 2.6 – Минеральный состав кварцевого песка Формула SiO2 СаСО3 Название Кварц Кальцит Усл. конц., % 95,2 4,8 Рисунок 2.7 – Рентгенограмма кварцевого песка Основным минералом мелкого заполнителя в виде отсева дробления кварцитопесчаника, относящегося к метаморфическому генезису, является кварц, содержание которого составляет около 87,3 % (таблица 2.7). Акцессорными 58 минералами выступают мусковит (6,3 %), альбит (3,2 %) и кальцит (1,6 %) (рисунок 2.8). Таблица 2.7 – Минеральный состав отсева дробления кварцитопесчаника Формула SiO2 СаСО3 Аl2О2·2SiO2·2H2O К2О·3Аl2О3·6SiO2·2H2O NaAlSi3O8 Содержание, % 87,3 1,6 1,6 6,3 3,2 Рисунок 2.8 – Рентгенограмма кварцитопесчаника В таблице 2.8 приведены физико-химические показатели образца мела марки МТД-1. 59 Таблица 2.8 – Химические и физико-механические показатели мела Показатель Содержание СаСО3+MgCO3 в пересчете на CaCO3 в % Массовая доля полуторных оксидов железа и алюминия, % Массовая доля оксидов железа, % Массовая доля веществ, нерастворимых в соляной кислоте, % остаток на сите сеткой № 0,14, % остаток на сите сеткой № 0,1, % Остаток на сите сеткой № 0045, % Фактическое значение 98,2 0,2-0,4 0,07-0,09 0,4-0,8 0,8 1,3 4,5 2.2.3 Суперпластификатор SikaGrind-400, ООО «Зика» – эффективный интенсификатор помола на основе гликолей, предотвращающий появление коричневых или желтых пятен. Технические характеристики: плотность 1,08+/- 0,03 кг/л (при 200С); показатель pH13,5+/-1. Интенсификатор помола обеспечивает следующие преимущества при производстве цемента: высокая эффективность сепарации благодаря улучшенной дисперсии; быстрое достижение нужной степени помола цемента; уменьшение фракции зерен > 32 мкм клинкерного помола; уменьшает повторное скапливание частиц цемента. SikaViscoCrete 32 SCC, ООО «Зика» – высокотехнологический суперпластификатор на основе поликарбоксилатных эфиров с эффектом стабилизации для самоуплотняющихся и высокоподвижных бетонных смесей. Технические характеристики: плотность 1,050-1,105 кг/дм3 (при 200С); показатель pH 4,0-7,0. Преимущества: высокое водоредуцирование (до 40%); сохраняемость подвижности бетонной смеси до 120 мин.; 60 высокая стабильность бетонной смеси; интенсивный набор прочности; повышение прочности, водонепроницаемости, долговечности бетона, а также стойкости по отношению к химическим и механическим воздействиям; снижение усадки и ползучести бетона. SikaAer, ООО «Зика» – готовая к употреблению воздухововлекающая добавка насинтетической основе. Добавка предназначена для изготовления бетона с высокой морозостойкостью. Технические характеристики: плотность 1,01 кг/л; показатель pH 8,0. Добавка придает бетону следующие свойства: повышенную морозостойкость, в том числе в растворах солей; повышенную водонепроницаемость; увеличение трещиностойкости; улучшенную удобоукладываемость свежей бетонной смеси; частично заменяет недостающую мелкую фракцию заполнителя; регулирует воздухововлечение в зависимости от дозировки; снижает расслоение свежей бетонной смеси; не содержит хлоридов. 2.2.4 Пигменты В качестве неорганических пигментов (красителей) использованы Bayferrox и Chromoxidgrün, производитель ООО «Ланкесс». Данные пигменты позволяют окрашивать бетоны в цвета самых различных оттенков. Пигменты обладают стойкостью к действию извести, к температурам, также проявляют свето- и атмосферостойкость. 61 2.2.5 Вода Для затворения вяжущих, изготовления растворов и бетонов использовалась вода МУП «Белгородский Горводоканал», удовлетворяющая требованиям ГОСТ 23732-2011 «Вода для бетонов и растворов». Вода, не содержит вредных примесей или содержит их ограниченное количество с точки зрения возможной коррозии цементного камня. Белгородская водопроводная вода имеет рН=7,12 (при том, что рН дистиллированной воды 6,5). Карбонатная жесткость ее составляет 5,5-5,6 Мгэкв/л. 2.3 Выводы В современном производстве большое значение имеют эффективные методы контроля качества, методы исследования строительных материалов и характеристик сырьевых компонентов. Они играют существенную роль в повышении качества и стабилизации свойств строительных материалов, снижении брака. Владение современными методами исследований и контроля позволит ускорить создание экономических и высокоэффективных видов строительных материалов, применять их более целенаправленно по назначению. 1. Для изучения генетических особенностей, минералогического состава, морфологических особенностей микроструктуры мелкозернистого бетона и его компонентов, полученных с использованием техногенных песков, использовались как высокоточные инструментальные методы исследований – РФА, РЭМ, так и стандартные методики определения свойств сырья, смесей и изделий. 2. Для исследования влияния вяжущего, суперпластификатора, вида заполнителей на свойства бетонных смесей и бетонов использовали комплексные методы исследования, регламентируемые государственными стандартами. 62 3. В качестве сырьевой основы бетонной смеси, предназначенной для изготовления малых архитектурных форм, а также для изучения возможности использования отсевов дробления кварцитопесчаника для получения композиционного вяжущего и в качестве заполнителя для самоуплотняющегося бетона, применяли местные сырьевые компоненты: мытый кварцевый песок Корочанского карьера (Белгородская обл.), отсев дробления кварцитопесчаника Лебединского месторождения (Белгородская обл.), мел карьера Стойленского ГОКа, цемент трубопроводов. Оскольского и Коломенского заводов, вода местных 63 3 КОМПОЗИЦИОННЫЕ ВЯЖУЩИЕ ДЛЯ МАЛЫХ АРХИТЕКТУРНЫХ ФОРМ 3.1 Проектирование вяжущих для малых архитектурных форм Современное озеленением, благоустройство подразумевает городской расстановку в территории, пространстве наряду города с малых архитектурных форм (МАФ). Если ранее, в большинстве случаев, архитектурные формы имели только функциональное значение, то в последнее время к нему прибавилось еще и эстетическое. Так в скверах и парках расстановка МАФ позволяет делить территорию на определенные зоны, различные по своему восприятию, или позволяет расставить акценты в нужных местах. Появилась тенденция в едином оформлении целых строящихся микрорайонов городов. А единый стиль, в котором оформлены малые архитектурные формы, должен соотносится с оформлением городских территорий, гармонично вписываться в концепцию застройки. Проанализировав большое количество фотодокументов различных войн и конфликтов, психологи установили, что наибольшее угнетающее воздействие на психику человека, после вида жертв, оказывают разрушенные и поврежденные объекты, имеющие художественный, декоративный характер или значение. Поэтому для подавления воли жителей оккупированных территорий производится разрушение памятников, наиболее живописных, узнаваемых зданий и других подобных объектов. Если вспомнить состояние многих городских парков в 90-е годы прошлого века, то, скорее всего, наиболее ярким негативным воспоминанием будут неухоженные и поврежденные парковые скульптуры, заброшенные фонтаны, разрушенная ограда. Поскольку малые архитектурные формы отвечают за формирование благоприятного эмоционального фона, то недостаточная долговечность, ухудшение внешнего вида со временем, появление дефектов будет приковывать 64 особое внимание. В связи с этим, при проектировании композитов для их изготовления, данному фактору следует уделять особое внимание. 3.1.1 Анализ требований к декоративным бетонам Требования, предъявляемые к декоративным бетонам и бетонным смесям для малых архитектурных форм (МАФ) существенно отличаются от рядовых бетонов (рисунок 3.1). Малые архитектурные формы Бетонная смесь Морозостойкость Водонепроницаемость Сегрегационная устойчивость Трещиностойкость Атмосферостойкость Совместимость с пигментами Высокое качество лицевой поверхности Доступность сырья Низкая загрязняемость Долговечность окраски Свойства антогонисты Рисунок 3.1 – Требования к бетонным смесям и бетонам для МАФ Декоративность Высокая текучесть Долговечность Способность к самоуплотнению Высокая подвижность Бетон 65 Как было сказано ранее, для декоративных бетонов большое значение имеет их долговечность, одним из слагаемых которой, для МАФ эксплуатирующимся на открытом воздухе, является морозостойкость. Обеспечение высоких показателей данного свойства достигается в результате реализации комплекса мероприятий, направленных на улучшение микроструктуры матрицы строительного композита. В частности, необходимо стремиться к повышению уплотнения структуры твердеющего вяжущего, ограничения количества и снижения среднего диаметра капиллярной пористости, создания буферных макропор. Реализация данных мероприятий должна обеспечить хорошие показатели и по другим свойствам, влияющим на долговечность (атмосферостойкость, водонепроницаемость). При проектировании бетонов для МАФ особое внимание необходимо уделить обеспечению одновременного выполнения разнородных требований. Одним из путей достижения требуемого результата является оптимизация состава бетонной смеси за счет применения необходимых функциональных химических и минеральных добавок. Данный подход является традиционным, однако не всегда удается обеспечить выполнение всего комплекса требований. Причиной этого является то, что в основе материала остаются лежать все те же компоненты (портландцемент и заполнители), а вводимые добавки лишь корректируют их свойства в ограниченном диапазоне. Целенаправленное создание специализированных ингредиентов для подобных смесей, при данном подходе, не производится. Особенностью МАФ является сравнительно небольшой объем производства, несравнимый с потреблением бетона и ЖБИ в жилищном строительстве. В связи с этим приемлемым с экономической точки зрения, и прогрессивным с технической, является создание гаммы специальных композиционных вяжущих, учитывающих особенности каждого из видов декоративных изделий. Данный путь задачу, хорошо – целенаправленное создание материала под конкретную согласуется с перспективным направлением развития строительной науки геоникой (геомиметикой), предлагающей любой вопрос 66 создания новых материалов рассматривать сквозь призму системы «человек материал – – среда обитания». При этом традиционные строительные материалы, в частности портландцемент, подвергаются глубокой переработке, придающий им новые свойства, более полно раскрывается их потенциал, снижается их расход и, следовательно, экологическая нагрузка на окружающую среду. Ключевым направлением при разработке декоративных бетонов для МАФ является обеспечение возможности их самоуплотнения. Проф. Баженовым Ю.М. и другими учеными высказывается мнение [146], что при получении самоуплотняющихся бетонных смесей, наряду с применением водоредуцирующих добавок, важным фактором является оптимизация гранулометрического состава портландцемента, в частности, обеспечение определенного содержания частиц размерами менее 16 мкм. Результаты проведенных экспериментов показали, что в рядовом цементе содержание данных частиц недостаточно, что приводит к повышению объема пустот между частицами вяжущего. Для заполнения этих пустот требуется дополнительная вода, которая снижает сегрегационную устойчивость смесей и ухудшает ряд других показателей. Введение дополнительного количества частиц указанных размеров повышает эффективность действия суперпластификаторов, повышает седиментационную устойчивость смеси, обеспечивая, в итоге, возможность ее самоуплотнения и высокие эксплуатационные показатели. Однако, получение, транспортирование и хранение (с предупреждением вторичной агрегации и пыления), дозирование частиц указанных размеров для введения в состав вяжущего ощутимо усложняет технологию. Поэтому, в данной работе предлагается обеспечивать в вяжущем необходимое количество частиц указанных размеров за счет помола. При этом к исходному портландцементу будут сделаны необходимые добавки (минеральные и химические), за счет которых будут достигнуты требуемые свойства. Таким образом, будет осуществлен переход от традиционного сырья к композиционному вяжущему целенаправленно разработанному для получения декоративных бетонных смесей и бетонов для МАФ. 67 С технической точки зрения, с учетом принципов, указанных в работе [146], при создании композиционного вяжущего (КВ) для МАФ необходимо решить следующие задачи: 1. Оптимизировать зерновой состав КВ для обеспечения высокой плотности цементного камня (здесь и далее термин «цементный камень» следует понимать в широком смысле, как материал, образующийся в результате затвердевания вяжущего), и необходимых реологических свойств бетонной смеси. Подобрать 2. вид, количество и способ введения химических функциональных добавок, в частности пластифицирующих. 3. Обеспечить возможность объемного окрашивания бетона в светлые и темные цвета. Решение указанных задач, а также гомогенизацию КВ, предполагается осуществить за счет помола. Помол обеспечивает физико-химическую активацию компонентов вяжущего за счет обнажения активных центров на поверхности частиц, «консервируемых» ПАВ, одновременно выступающими в роли интенсификаторов измельчения. На этом основана технология получения вяжущих низкой водопотребности (ВНВ) [147-150]. В определенной степени, разрабатываемые КВ можно обозначить как преемников ВНВ, с более широким набором регулируемых свойств. Таким образом, основными требованиями к бетонной смеси для получения МАФ является сочетание высокой подвижности с сегрегационной устойчивостью; к бетону достаточная морозостойкость. Достижение указанных свойств – предполагается за счет разработки специализированного композиционного вяжущего, получение которого планируется осуществлять при помощи совместного помола компонентов, с введением пластифицирующей добавки при затворении. Главной является их особенностью специализация разрабатываемых для композиционных получения бетонов для вяжущих МАФ. Классическое вяжущее низкой водопотребности, является универсальным вяжущим, не оптимизированным для какого-либо конкретного вида бетонов. ВНВ 68 отличается от портландцемента повышенной активностью или экономичностью, и низкой величиной нормальной густоты. Несмотря на универсальность, как и для всех разновидностей портландцемента для ВНВ можно выделить области рационального применения, например, получение бетонов с повышенной морозостойкостью. Использование разрабатываемых композиционных вяжущих для других целей, отличных определенных изначально, может быть неэффективно, ввиду специфического набора их свойств. 3.1.2 Влияние состава композиционных вяжущих на их гранулометрию Основой композиционных вяжущих является портландцемент (или портландцементный клинкер) и комбинация минеральных и химических добавок, придающих продукту необходимые свойства. Процесс приготовления КВ может заключаться в простом смешивании компонентов, однако, как было показано в целом ряде работ и публикаций [156, 158, 168], целесообразно производить домол товарного портландцемента до удельной поверхности 500…550 м2/кг. Снижение общей энергоемкости данного процесса и улучшение свойств получаемого вяжущего возможно за счет совместного помола всех компонентов. При грамотном выборе минеральных добавок возможно достижение эффекта взаимного ускорения помола составляющих. При выборе между клинкером и товарным портландцементом в качестве основы композиционного вяжущего следует учитывать специфику планируемого производства. Если предполагается транспортировать клинкерную составляющую на большое расстояние в больших объемах, то в таком случае целесообразна организация предварительного дробления клинкера на месте, с последующим совместным помолом всех компонентов в мощных и высокопроизводительных помольных агрегатах. Дополнительным «плюсом» в этом случае является относительная простота организации хранения клинкера. При небольших объемах производства, относительно небольших расстояниях транспортировки, во избежание необходимости установки избыточно 69 мощных мельниц, способных непосредственно работать с клинкером, выгоднее использовать товарный портландцемент, решив вопросы его сохранности при хранении. В связи с тем, что при приготовлении бетонных смесей для МАФ нет необходимости обеспечивать предельно низкие значения В/Ц отношения, было принято решение отказаться от ввода суперпластификатора при помоле, заменив его на этом этапе интенсификатором помола. Водоредуцирующую добавку предполагается вводить традиционным способом с водой затворения. Такое решение обосновано еще и тем, что вызывает опасение полнота сохранности свойств суперпластифицирующей добавки, перенесшей помол. Кроме того, затрудняется возможность варьирования дозировки добавки для получения смесей различной подвижности, т.к. это будет отражаться и на зерновом составе КВ, который, как будет показано дальше, имеет большое значение. В качестве интенсификатора помола была выбрана добавка SikaGrind-400. Рекомендуемая производителем дозировка составляет 0,03%-0,06% от общей массы вяжущего. В работе была принята максимальная дозировка 0,06%. Добавка имеет коричневый цвет. Ввиду малого количества, на практике не было замечено окрашивающее действие на белое КВ. В качестве источника клинкерной составляющей использованы товарные портландцементы. Это позволяет начинать помол всех компонентов с сопоставимой дисперсности, отказаться от необходимости предварительного измельчения клинкера. Зерновой состав рядового портландцемента ЦЕМ I 42,5 Н Старооскольского завода показан на рисунке 3.2. 70 12 ПЦ 300 м2/кг Содержание, % а) ПЦ 550 м2/кг 10 8 6 4 2 0 0 50 100 150 200 250 300 Размер частиц, мкм 12 б) ПЦ 300 м2/кг Содержание, % 10 ПЦ 550 м2/кг 8 6 4 2 0 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Размер частиц, мкм Рисунок 3.2 – Влияние помола на зерновой состав портландцемента: а) в диапазоне 0-300 мкм; б) в диапазоне 0-50 мкм В ряде работ [151, 152] было установлено, что одним из факторов, обеспечивающих получение самоуплотняющихся смесей, является использование микронаполнителя, который должен расположиться между частицами цемента, 71 вытеснить из них воду, и в дальнейшем, обеспечить уплотнение структуры камня. Размер частиц такого заполнителя должен быть менее 16 мкм [1]. По мнению исследователей [153], увеличение удельной поверхности вяжущего более 600 м2/кг не целесообразно, так как по достижению этой отметки существенно падает интенсивность помола в шаровых и вибрационных мельницах вследствие повышенной вторичной агрегации частиц, начинает расти водопотребность. В результате помола в шаровой мельнице зерновой состав портландцемента претерпевает существенные изменения. Сужается диапазон размеров частиц. Его верхняя граница опускается до 100 мкм. В 1,5-2 раза возрастает число частиц каждой фракции в диапазоне 2,5-30 мкм. В тоже время доля частиц менее 2,5 мкм меняется не столь незначительным. существенно, По всей и в видимости, целом, этот их размер количество остается является границей эффективного измельчения для шаровой мельницы при сухом помоле. Общее содержание частиц менее 16 мкм до помола составляло 34%, а после возросло до 54%, увеличение составило 20%. В пересчете это эквивалентно введению 25% микронаполнителя с указанным размером частиц, что вполне согласуется с литературными данными. Ввиду того, что уменьшается размер всех частиц вяжущего, дисперсность микронаполнителя также должна быть увеличена. При верхней границе диапазона размеров частиц 9 мкм, их содержание в исходном цементе составляет 20,8%, после помола 33,6%, прирост 12,8%. В пересчете это эквивалентно введению 14% микронаполнителя аналогичной крупности, что хоть и несколько превышает установленный в [146] оптимум, но вполне укладывается в общую картину. Для более точного соответствия необходимо несколько понизить тонкость помола до 500 м2/кг, что дополнительно снизит нагрузку на помольное оборудование и расход электроэнергии. Использование клинкера не композиционных всегда оправдано вяжущих и с создает высоким содержанием определенные риски. Высказывается мнение [148], что при большом расходе цемента и высокой 72 плотности матрицы в ней возможно возникновение внутренних напряжений и развитие трещин, если свободного пространства не будет достаточно для размещения продуктов гидратации. Кроме того, бетоны для МАФ по прочности должны соответствовать сравнительно невысоким классам В20-В30, а необходимость обеспечения высокой подвижности бетонной смеси предполагает повышенный расход вяжущего. Поэтому целесообразным является снижение содержания клинкерной части в составе композиционного вяжущего за счет введения различных минеральных добавок. Получение КВ за счет помола, а не просто смешивания, в большинстве случаев позволяет использовать минеральные добавки в естественном состоянии, без необходимости их отдельного измельчения, а также полностью снимает вопросы обеспечения однородности конечного продукта. Это особенно важно при применении в качестве минеральных добавок мягких, в частности карбонатных, горных пород, отдельный помол которых сопряжен с рядом трудностей, и всех тонкодисперсных материалов, склонных к агрегации. Правильный выбор минеральной добавки, с учетом ее генезиса и активности, позволит снизить энергозатраты на том или ином этапе изготовления изделия, а также может стать мощным инструментом для управления свойствами КВ. Как было установлено в ряде исследований [159], использование в качестве минеральной добавки в составе композиционных вяжущих кварцевого песка не целесообразно по целому ряду причин. Более перспективным является использование техногенных продуктов, таких как отходы добычи и обогащения железной руды (отсевы дробления кварцитопесчаника и отходы мокрой магнитной сепарации), металлургические шлаки. Последние, несмотря на высокую активность и изученность, часто отличаются нестабильностью состава и свойств, что делает нецелесообразным их использование для малотоннажного высокотехнологичного продукта. Весьма перспективным является применение карбонатных горных пород как наполнителей КВ [160]. В их пользу говорит высокая размолоспособность, хорошее взаимодействие с химическими добавками, белый цвет, что необходимо при получении белых и светлых цветных КВ. 73 С учетом вышесказанного, в дальнейших исследованиях содержание клинкерной части в композиционных вяжущих установим 60 и 80%. В качестве минеральных добавок будем применять мел (М) и отсев дробления кварцитопесчаника (КВП) и их сочетание. Основу КВ будет составлять белый или серый бездобавочные портландцементы. Принятые составы композиционных вяжущих показаны в таблице 3.1. Таблица 3.1 – Составы композиционных вяжущих Содержание, % по массе Обозначение Вид ПЦ ПЦ КВП М КВ-80КВП 80 20 – Серый КВ-80КВП(Б) 80 20 – Белый КВ-80М КВ-80М(Б) КВ-60КВП 80 80 60 – – 40 20 20 – Серый Белый Серый КВ-60КВП+М 60 20 20 Серый КВ-60КВП+М(Б) 60 20 20 Белый КВ-60М(Б) 60 – 40 Белый Для обеспечения возможности сравнения для всех составов было установлено единое время помола 75 мин, при одинаковой по массе загрузке мельницы. Т.е. всем составам было сообщено одинаковое количество энергии, и появляется возможность проанализировать эффективность ее использования. Такое решение принято в связи с тем, что составы, содержащие мел, изначально имеют существенно большую удельную поверхность, и сопоставление по этому показателю не корректно. На рисунках 3.3, 3.4 представлены кривые зернового состава композиционных вяжущих с содержанием клинкерной составляющей 60% и 80% соответственно. 74 10 Содержание, % а) 9 КВ-60КВП+М 8 КВ100 7 КВ-60КВП КВ60М(Б) 6 КВ-60КВП+М(Б) 5 4 3 2 1 0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 Размер частиц, мкм 10 б) 9 8 Содержание, % 7 6 5 КВ-60КВП+М 4 КВ100 3 КВ-60КВП 2 КВ60М(Б) 1 КВ-60КВП+М(Б) 0 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 Размер частиц, мкм Рисунок 3.3 – Кривые зернового состава композиционных вяжущих с содержанием клинкерной составляющей 60% (состав КВ100 приведен для сравнения): а) в диапазоне 0-90 мкм; б) в диапазоне 0-20 мкм 20 75 12 а) Содержание, % 10 КВ80М КВ100 8 КВ-80КВП КВ80КВП(Б) 6 КВ80М(Б) 4 2 0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 Размер частиц, мкм 12 б) КВ80М Содержание, % 10 КВ100 КВ-80КВП 8 КВ80КВП(Б) КВ80М(Б) 6 4 2 0 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 Размер частиц, мкм Рисунок 3.4 – Кривые зернового состава композиционных вяжущих с содержанием клинкерной составляющей 80% (состав КВ100 приведен для сравнения): а) в диапазоне 0-90 мкм; б) в диапазоне 0-20 мкм 76 Как видно из графиков все кривые зернового состава имеют схожий характер, что объяснимо, поскольку в основе всех их лежит портландцемент. Несколько отличается форма кривых распределения частиц составов, содержащих мел. Частицы мела имеют изначально более высокую удельную поверхность, за счет чего создают выпуклость в диапазоне размеров частиц 12-25 мкм. Преобладание именно такого размера зерен мела, вероятно, объясняется его структурой (рисунок 3.5). Частицы мела, ввиду особенностей их возникновения, при незначительной степени метаморфизации, 1 мкм пространственное 2 мкм имеют строение. представляют собой поврежденные кольцевидные Они частично и трубчатые образования, сложенные из сегментов размерами 1…2 мкм. Это обусловливает высокую пористость породы. Использование мела в естественном состоянии в Рисунок 3.5 – Строение частиц мела (20 000) качестве добавки в бетоны возможно только в небольших количествах (до 5% от массы вяжущего). При больших дозировках резко увеличивается водопотребность смешанного вяжущего, повышается водопоглощение бетона, страдают прочность и морозостойкость. Введение мела 20% и более возможно, если композиционное вяжущее изготавливается совместным помолом компонентов. При этом более твердые клинкерные частицы выступают в роли мелющих тел по отношению более мягким объемным карбонатным образованиям. Происходит дезагрегация последних на единичные сегменты и более крупные обломки. Подтверждением 77 этому могут служить явно выраженные пики в диапазоне 1 и 3 мкм на кривых грансостава композиционных вяжущих, содержащих мел (рисунок 3.4). Обломки меловых частиц имеют правильную форму со сглаженными ребрами и углами, большую площадь поверхности и множество активных центров в зоне разлома. Это обусловливает высокую активность мела в качестве минеральной добавки. Вид и количество минеральной добавки оказывает влияние на расположение, ширину и высоту основного пика в распределении частиц. Для составов с большим содержанием минеральных добавок (рисунок 3.3а) можно отметить следующее. По сравнению с бездобавочным составом КВ100 введение 40% не оказывает существенного влияния на форму и размеры основного пика. Учитывая более высокую начальную крупность отсевов это можно объяснить их более высокой размолоспособностью. Введение 40% мела сужает основной пик, смещая его вершину к 17 мкм. Высота пика при этом практически не изменяется, за счет увеличения содержания мелких фракций. Такой характер помола КВ с добавкой мела можно объяснить мягкостью породы – основное воздействие принимает на себя портландцемент. Использование смешанной минеральной добавки (20% мел + 20% КВП) уменьшает высоту основного пика, смещает его вершину с 23 мкм до 32 мкм и увеличивает его ширину. Т.е. при одинаковых энергозатратах на механическую обработку, дисперсность подобных составов несколько выше. Объяснить такое поведение материала при помоле можно взаимным торможением помола. Учитывая наличие положительно-заряженных центров на поверхности карбонатов и отрицательных у частиц КВП, вероятно, имеет место повышенная вторичная агрегация. В тоже время в таких составах возрастает и доля мелкой фракции в диапазоне 1-5 мкм. Вид цемента (белый или обыкновенный серый), судя по форме кривых грансостава КВ, не оказывает существенного влияния. У составов КВ с долей клинкерной составляющей 80%, форма кривых зернового состава определяется, в основном, портландцементом (рисунок 3.4). 78 Обращает на себя небольшое смещение в область более крупных частиц основного пика составов с отсевом дробления КВП. Влияние мела прослеживается в меньшей степени, при этом имеет место уменьшение высоты основного пика с увеличением доли мелких частиц. Особый интерес представляет влияние минеральных добавок в составе КВ на количество зерен менее 16, 9 и 5 мкм, способствующих самоуплотнению смесей (таблица 3.2). Таблица 3.2 – Содержание зерен мелких фракций Содержание зерен фракций, % по массе / эквивалентно добавке (в пересчете), % 0-5 мкм 0-9 мкм 0-16 мкм 17,3 / 6,6 32,1 / 12,7 51,9 / 21,2 15,8 / 4,9 28,8 / 8,7 47,1 / 14,5 32,2 / 26,7 43,7 / 29,7 59 / 32,6 34 / 29,7 46,6 / 34,8 63,7 / 41,4 20,2 / 10 33,4 / 14,4 53,1 / 23 31,4 / 25,5 41,9 / 26,7 55,1 / 26,1 31 / 24,8 42,2 / 27,2 57,7 / 30,4 23,1 / 13,6 39,8 / 23,5 65,6 / 45,3 11,1 20,8 34,4 18,1 33,6 54,5 Обозначение КВ-80КВП КВ-80КВП(Б) КВ-80М КВ-80М(Б) КВ-60КВП КВ-60КВП+М КВ-60КВП+М(Б) КВ-60М(Б) ПЦ* КВ100* * составы приведены для сравнения В соответствии с [152], для оптимизации грансостава рядового портландцемента, с точки зрения уменьшения его водопотребности и обеспечения нужной для самоуплотнения реологии смесей на его основе, требуется ввести микронаполнитель в количестве, зависящем от его крупности: 0-5 мкм – 6 (2) % 0-9 мкм – 11 (2) % 0-16 мкм – 17 (5) % Как видно из таблицы 3.2 помол композиционных вяжущих значительно влияет на данный показатель. В наибольшей степени, указанному критерию соответствуют составы с добавлением отсевов дробления кварцитопесчаника в 79 количестве 20% как на белом, так и на сером цементах, с большим допуском сюда можно отнести и состав с содержанием КВП 40%. КВ, содержащие комплексную добавку, с превышением соответствуют лишь в самом широком диапазоне 0-16 мкм. Содержание указанных частиц в составах с мелом в качестве существенно превышает установленный порог. Однако, указанный критерий, можно отнести к экспериментальным и окончательно говорить о его применимости, можно лишь рассмотрев основные свойства полученных вяжущих в совокупности. Таким образом, при одинаковых затратах энергии на механохимическую активацию компонентов композиционного вяжущего, наиболее благоприятный гранулометрический состав по приросту содержания частиц размерами менее 9 мкм достигается у вяжущих с добавлением 20% отсевов дробления кварцитопесчаника. Составы, содержащие мел в качестве добавки, имеют превышение по содержанию указанных частиц, вызванное высокой дисперсностью мела. Однако, негативное влияние данного факта, может быть сглажено способностью мелких частиц мела взаимодействовать с пластификатором и положительно влиять на разжижение смеси. 3.1.3 Влияние состава композиционных вяжущих на их реологические характеристики Повышенное внимание реологическим характеристикам теста на основе вяжущих веществ уделяется в тех случаях, когда предполагается транспортирование бетонной смеси по трубам, шлангам или лоткам, и формование изделий должно происходить под действием, довольно слабых, гравитационных сил. 80 Добиваясь необходимого характера течения теста при синтезе вяжущего можно обеспечить ему способность к самоуплотнению. На рисунке 3.6 показаны характеры течения различных типов жидкостей. При формировании реологических характеристик, разрабатываемых вяжущих, особое внимание следует уделять течению при малых скоростях сдвига и добиваться напряжения максимального сдвига, снижения при котором начинается течение. В противном случае, при достаточно высоком предельном напряжении сдвига, процесс самоуплотнения не сможет начаться без сообщения Рисунок 3.6 – Графическое представление реологических свойств ряда жидкостей помощи ротационного дополнительной энергии системе – встряхивания или вибрации. Реологические водовяжущих вискозиметра «Реотест». характеристики смесей изучались Ширина зазора при между цилиндрами прибора составляла 2 мм, градиент скоростей сдвига изменялся от 1 до 437,4 с-1. Водовяжущее отношение во всех опытах было равным 0,35. Реологические характеристики КВ снимались с добавлением суперпластификатора SikaViscoCrete 32 SCC в количестве 0,65% от массы вяжущего (рисунок 3.7). Такое решение было принято в связи с тем, что использование полученных вяжущих дальнейшем не предполагается. без пластифицирующей добавки в 81 а) б) 160 160 140 140 Напряжение сдвига, Па 180 Напряжение сдвига, Па 180 120 100 80 60 120 100 80 60 40 40 20 20 0 0 0 0 140 140 Напряжение сдвига, Па 160 100 80 60 40 400 180 160 120 200 Градиент скорости сдвига, с-1 г) 180 Напряжение сдвига, Па в) 200 400 Градиент скорости сдвига, с-1 120 100 80 60 40 20 20 0 0 200 0 400 Градиент скорости сдвига, 0 с-1 200 400 Градиент скорости сдвига, с-1 82 180 е) 180 160 160 140 140 Напряжение сдвига, Па Напряжение сдвига, Па д) 120 100 80 60 40 120 100 80 60 40 20 20 0 0 0 0 200 400 Градиент скорости сдвига, с-1 200 400 Градиент скорости сдвига, с-1 Рисунок 3.7 – Реограммы водовяжущих смесей с В/Т=0,35 и добавкой СП 0,65%: а) КВ-80КВП; б) КВ-60КВП; в) КВ-80М; г) КВ-60КВП+М; д) – портландцемент без добавки СП; е) – портландцемент Как видно из рисунка 3.7 д, у исходного портландцемента при малых градиентах скорости сдвига (до 15 с-1) наблюдается участок вязкого течения с практически неразрушенной структурой – режим течения с максимальной пластической вязкостью. При дальнейшем увеличении градиента скорости сдвига до 70 с-1 суспензия проявляет псевдопластические свойства, что обычно обусловлено разрушением коагуляционной структуры дисперсии, распадом ее на более мелкие первичные частицы, что сопровождается освобождением иммобилизованной воды, заключенной в пустотах структурной ячейки, и падением вязкости [161]. В дальнейшем (при более высоких градиентах скоростей сдвига) течение происходит с практически постоянной минимальной вязкостью полностью разрушенной структуры. 83 Петля гистерезиса псевдопластического небольшая течения и имеет (соответствует утолщение градиенту на скорости участке сдвига 15…70 с-1) и в дальнейшем имеет примерно одинаковую ширину во всем диапазоне изменения градиентов скоростей сдвига. Это свидетельствует о наличии тиксотропных свойств. Таким образом характер течения водоцементной суспензии сложный, нелинейный, вязкопластичный. Введение суперпластификатора снижает предел текучести практически до нуля, т.е. в системе вязкое течение начинается при очень малых градиентах скоростей сдвига. Участок вязкого течения с практически неразрушенной структурой отсутствует. Вязкость системы несколько ниже в широком диапазоне градиентов скорости сдвига. Следует отметить, что градиенты скорости сдвига до 50…70 с-1 имеют место в основном при заливке смеси в форму, транспортировке по лоткам и трубопроводам, вибрировании (т.е. вязкость смеси оказывает влияние на протекание технологических операций по транспортированию и укладке смеси), в то время как более высокие значения этого параметра возникают в ходе приготовления смесей при быстром перемешивании (т.е. вязкость смеси влияет на энергозатраты при перемешивании). Для самоуплотняющихся смесей наиболее важными параметрами являются градиент скорости сдвига, при котором начинается течение, и вязкость смеси при низких значениях данного показателя до 20-30 с-1. Чем ниже эти два показателя, тем легче будет происходить самоуплотнение бетонной смеси. При переходе от портландцемента с добавкой СП к композиционным вяжущим характер реограмм не изменяется. Во всех случаях предел текучести данной суспензии близок к нулю. Наличие довольно широкой петли определенной структурированности системы. гистерезиса свидетельствует о 84 Как видно, изменение вида и содержания минеральной добавки в составе вяжущего оказывает влияние на его реологические свойства, что проявляется в некотором снижении вязкости суспензий, которое имеет место при использовании КВП, и усиливается при добавлении мела. Площадь петли гистерезиса визуально также уменьшается. Причиной этого, вероятно, является сочетание двух факторов: 1. Повышение плотности упаковки частиц КВ за счет улучшения его зернового состава по сравнению с исходным ПЦ (повышение доли мелких частиц). 2. Способность вводимых добавок эффективно взаимодействовать с пластификатором. Первый фактор приводит к уменьшению общего объема пустот между частицами вяжущего и высвобождению части воды, ранее заполнявшей их, т.е. повышению количества свободной воды в системе. При этом возрастает число контактов между частицами, что должно привести к повышению вязкости системы, однако это вероятно компенсируется действием СП, выступающим в роли молекулярной смазки между контактирующими частицами [161]. Большее число центров адсорбции у вяжущего с отсевом дробления КВП способствует этому. Еще более ярко вышесказанное проявляется у КВ с добавкой мела. Реограммы составов, содержащих 20% мела показаны на рисунке 3.7 (в, г). Как видно вязкость состава (тангенс угла наклона кривой к оси абсцисс) существенно ниже, чем у всех предыдущих. Площадь петли гистерезиса данных составов также ниже чем у предыдущих, что свидетельствует о более низкой структурированности системы. Сочетание двух различных минеральных добавок – отсевов дробления КВП и мела, позволяет получить вяжущее, суспензия которого имеет еще более низкую вязкость, чем каждый из них в отдельности. Таким образом, введение пластификатора позволяет снизить предельное напряжение сдвига смесей на разработанных композиционных вяжущих 85 практически до нуля. При этом составы, содержащие комбинированную минеральную добавку (мел + отсевы дробления КВП), имеют меньшую динамическую вязкость в широком диапазоне градиентов скорости сдвига, и меньшую склонность к структурированию при прекращении перемешивания. 3.2 Влияние состава композиционного вяжущего на процесс твердения Твердение материалов на основе портландцемента является достаточно тонким и сложным процессом, чувствительным к внешним и внутренним факторам. Переход от портландцемента к композиционному вяжущему с другой дисперсностью, большим количеством разнородных минеральных добавок и химических модификаторов не может не отразиться на ходе гидратационных процессов. Их изучение и обеспечение оптимального протекания, позволяют добиваться высоких прочностных показателей, высоких темпов набора прочности, необходимых для отказа от тепловой обработки. Поскольку портландцемент является базовым материалом современного строительства, свойства которого в достаточной степени изучены и широко известны, оценку качества полученных композиционных вяжущих целесообразно проводить в сравнении с ним, опираясь на базовый набор нормируемых свойств. Однако, действующие нормативные документы, в частности ГОСТ 30744-2001, не предусматривают испытания вяжущих с использованием пластифицирующих и других типов добавок. В тоже время, идеология композиционных вяжущих для МАФ предусматривает обязательное введение пластифицирующих добавок, без которых невозможно получение самоуплотняющихся бетонных смесей. В связи с этим было принято решение проводить определение всех свойств КВ с добавлением суперпластификатора SikaViscoCrete 32 SCC в количестве 0,65% от массы вяжущего, как неотъемлемого компонента системы. Отдельные аспекты такого решения требуют дополнительного осмысления вне рамок данной работы, в частности: 86 – справедливость единой дозировки суперпластификатора для всех составов. Как будет показано далее, для отдельных составов она может быть изменена; – взаимодействие пластифицирующей добавки с песком и т.д. На данный момент не существует единых нормативных документов на испытания композиционных вяжущих. Поскольку замена ощутимой части портландцемента в строительстве композиционными вяжущими на его основе является делом ближайших лет, назревает необходимость в создании их классификации, выработки принципов маркировки, фиксации основных терминов и понятий, разработке или адаптации существующих методик испытаний. Для обеспечения удобства сравнения, свойства портландцемента определялись как с добавлением СП, так и без него. Под нормальной густотой КВ подразумевается количество воды с принятым количеством обязательных добавок, которое позволяет получить тесто стандартной подвижности, определяемой по прибору Вика. Активность вяжущего определялась при испытании образцов-балочек уменьшенного размера 2,5х2,5х10 см, изготовленных из раствора традиционного состава КВ: песок=1:3 с добавлением 0,65% суперпластификатора от массы КВ. Формование образцов производилось на виброплощадке, количество воды подбиралось на встряхивающем столике. Твердение образцов в течение 1 сут. до распалубки происходило в воздушно влажных условиях, далее в воде. Нарастание прочности рассматривалось в динамике. Прочность в возрасте 1 сут. определялась при естественной влажности. Составы композиционных вяжущих ожидаемо показали результаты, превосходящие аналогичные показатели у базового портландцемента. Однако, при одинаковом содержании, различные минеральные добавки по-разному влияют на прочностные показатели материалов. Результаты испытаний приведены в таблице 3.3. 87 Таблица 3.3 – Основные показатели физико-механических свойств композиционных вяжущих ср, кг/м3 НГ, % 1 2 КВ-80КВП Состав Сроки схват., мин. Нач. Кон. 3 4 5 2212 17,5 150 320 КВ-80КВП(Б) 2190 17 110 360 КВ-80М 2150 18,5 140 330 КВ-80М(Б) 2178 18 130 320 КВ-60КВП 2197 19 130 400 КВ-60КВП+М 2240 16,5 160 350 КВ-60КВП+М(Б) 2171 16 130 320 Предел прочности, МПа Возр., На На сут. сжатие изгиб 6 7 8 1 17,4 5,2 3 39,5 7,3 7 54,8 9,5 14 60,1 10,8 28 83,3 11,3 1 22,2 4,6 3 42 9,2 7 59,6 10,6 14 67,3 11,6 28 74,1 12,7 1 19,9 5,3 3 42,5 8,2 7 57,1 10,0 14 63,7 11,4 28 74,1 12 1 26,3 4,8 3 35,4 9 7 55,2 10,1 14 47,1 11,7 28 70,4 12,1 1 21,8 4,4 3 38,2 7,3 7 47,8 8,7 14 51 10,0 28 60,7 11,7 1 22,9 5,5 3 32,5 7,5 7 39,7 10,5 14 50,2 10,3 28 69,4 11,7 1 24,6 5,8 3 39,1 9,1 7 46,3 10,1 14 52,8 10 28 64,7 11,4 88 Окончание таблицы 3.3 1 2 3 4 5 КВ-60М(Б) 2155 19,5 150 330 ПЦ (серый) (с доб. СП) 2187 20,5 140 310 ПЦ (серый) (без доб. СП) 2150 27 130 270 Отсевы дробления кварцитопесчаника. 6 1 3 7 14 28 1 3 7 14 28 1 7 28 Как было 7 16,7 35,1 38,3 47,8 57 14,4 30,9 41,7 49 64,1 10,8 29,1 51 показано 8 4,1 7,4 9,4 10,5 12,7 4,7 8,2 10 10 10,5 3,4 8,1 8,4 ранее, композиционное вяжущее с данной минеральной добавкой в результате помола приобретает наиболее самоуплотняющихся благоприятный смесей. зерновой Данный факт состав находит для получения дополнительное подтверждение в показателе нормальной густоты, который у состава КВ-80КВП ниже, чем у исходного портландцемента с добавкой СП, 17,5% против 20,5%. Как видно из таблицы 3.3, составы с отсевами дробления КВП показывают лучшие результаты по прочности и плотности. Так, предел прочности при сжатии в возрасте 28 сут. (активность) состава КВ-80КВП, превосходит аналогичный показатель у исходного портландцемента на 63%, портландцемента с добавлением СП на 30%. Причем прирост прочности за счет всех факторов, не связанных с применением СП, составляет более 30% при снижении количества клинкерной составляющей на 20%. Плотность затвердевшего раствора на базе состава ВНВ-80КВП, вычисленная как среднее значение плотностей всех испытанных образцов в возрасте 28 сут., также превосходит другие составы. Поскольку истинная плотность кварца составляет 2650 кг/м3, а портландцемента 2975 кг/м3, то рост 89 плотности при уменьшении доли последнего может свидетельствовать о повышении плотности упаковки частиц. Активность состава КВ-80КВП(Б) достигает 74 МПа, что существенно выше, чем у исходного цемента. Вместе с тем, имеет место некоторое снижение белизны продукта. Однако, благодаря высокой активности и низкой водопотребности, подобное вяжущее может быть с успехом применено для получения окрашенных бетонных смесей, в том числе в светлые тона. При этом расход дорогого белого цемента на производство изделий снижается. Увеличение содержания отсевов дробления КВП до 40% за счет сокращения клинкерной части, приводит к закономерному снижению прочности. Активность состава КВ-60КВП составляет 60,7 МПа, что, тем не менее, выше чем у исходного портландцемента без применения СП. Нормальная густота данного состава составляет 19%. Повышение, в сравнении с составом КВ-80КВП, вероятно, связано с некоторым избытком мелких частиц, приводящих к раздвижке зерен, о чем уже упоминалось ранее. Мел. Активность вяжущих с добавлением мела в целом несколько ниже, чем у составов с кварцитопесчаником. Общей причиной этого, скорее всего, является их более высокая (на 1-1,5%) водопотребность, вызванная избытком мелких частиц. Однако, в абсолютных величинах прирост активности состава КВ-80М – 15,6% по сравнению с ПЦ+СП, и 48% с исходным ПЦ, является хорошим показателем. Состав КВ-80М(Б) на белом портландцементе имеет активность 70,4 МПа. Следует учитывать, что активность белого цемента изначально более низкая. При повышении содержания мела в композиционном вяжущем на базе белого цемента (состав КВ-60М(Б)) его итоговая активность составляет 57 МПа. Данный состав позволяет существенно сократить расход дорогого вяжущего, сохранив его белый цвет. Смешанная добавка. Составы КВ-60КВП+М и КВ-60КВП+М(Б), при низком содержании клинкерной части, имеют высокие показатели активности 69,4 и 64,7 МПа, соответственно. По данному показателю они существенно 90 превосходят составы с тем же содержанием клинкерной части, но с монодобавкой. Непосредственной причиной этого является наиболее низкая, из всех рассмотренных, нормальная густота данных вяжущих 16,5% и 16%. Полученные результаты хорошо согласуются с данными по реологии составов (п. 3.1.3), однако несколько противоречат выводам анализа зернового состава вяжущих по общему содержанию частиц менее 16 мкм. Повторно анализируя кривые зернового состава вяжущих (рисунок 3.2 б), можно предположить, что причиной низкой водопотребности составов со смешанной добавкой может быть более низкое содержание частиц 4-20 мкм, доля которых в общем объеме весьма значительна, и почти в 2 раза более высокое содержание фракции 1-4 мкм. По всей видимости, именно такой зерновой состав дает наиболее благоприятную упаковку частиц в материале. Вяжущее со смешанной добавкой на основе белого цемента, как и состав КВ-80КВП(Б), имеет незначительный светло-серый оттенок и может быть с успехом применено для получения цветных бетонов для МАФ как темных, так и светлых тонов. Композиционное вяжущее на основе серого цемента может быть использовано для получения темных окрашенных и серых неокрашенных материалов. Дополнительную потенциально привлекательность повышенная данным сульфатостойкость составам и придает стойкость их против выщелачивания. Предпосылками для этого служит пониженное содержание клинкерной части – источника Ca(OH)2, и способность отсевов дробления КВП взаимодействовать с ним, с образованием низкоосновных гидросиликатов кальция [162]. Сроки схватывания всех полученных вяжущих лежат в пределах нормы, предусмотренной для портландцемента. Благодаря выбору современной пластифицирующей добавки, она не оказывает ощутимого влияния на данный параметр. Важное значение, в свете возможности экономии энергоресурсов, имеет динамика набора прочности разработанными КВ. Быстрый набор определенного 91 уровня прочности позволит существенно сократить длительность или полностью отказаться от тепловой обработки изделий, снизив при этом затраты на оборудование. Кривые набора прочности составов с содержанием минеральной добавки 20% приведены на рисунке 3.8. Как видно из графика образцы на полученных композиционных вяжущих набирают прочность на сжатие значительно быстрее, чем портландцемент с добавкой СП. Причин этого несколько: 1. Большая общая активность. 2. Более высокая дисперсность частиц клинкерной составляющей, что ускоряет протекание химических реакций гидратации. 3. Выполнение частицами минеральной добавки роли центров кристаллизации, что было доказано в ряде работ [163]. Одни из лучших результатов показывает именно кварцитопесчаник. 4. Меньшее общее количество воды в системе, при достаточном количестве свободной воды за счет более рационального взаимного размещения частиц различных фракций. Уменьшение расстояния между частицами, за счет более плотной упаковки, также ускоряет их срастание. Наиболее высокая скорость набора прочности у композиционных вяжущих с 20% добавки наблюдается в первые 7 сут. твердения. Прочность всех составов, кроме КВ-80М(Б), после 3-х суток твердения в воде составляет около 40 МПа, что создает предпосылки для отказа от тепловой обработки. Заметное снижение скорости набора прочности после 7 сут. твердения, вероятно, связано с исчерпанием запаса наиболее мелких и активных частиц ввиду их растворения, и нарастанием слоя продуктов гидратации на более крупных частицах, препятствующего проникновению воды. Состав КВ-80М(Б) показывает более спокойный характер нарастания прочности, сходный с портландцементом. Возможной причиной этого является отсутствие взаимодействия образующегося гидроксида кальция с частицами мела. 92 12 Предел прочности при сжатии, МПа . Предел прочности при сжатии, МПа . 80 70 60 50 40 30 ПЦ (серый) с СП КВ-80КВП КВ-80КВП(Б) КВ-80М КВ-80М(Б) 20 10 10 0 8 6 ПЦ (серый) с СП КВ-80КВП КВ-80КВП(Б) КВ-80М КВ-80М(Б) 4 2 0 0 10 20 Время твердения, сут 30 0 10 20 Время твердения, сут 30 Рисунок 3.8 – Динамика набора прочности КВ с содержанием минеральной добавки 20% На кривых, нарастание прочности предела прочности при изгибе (рисунки 3.8 и 3.9), составы с добавлением мела показывают лучший среди других результат на отрезке времени с 8-10 по 14 сут. По данным [93, 112] с компонентами цементного камня химически взаимодействуют карбонатные минералы. Карбонатные минералы активно реагируют с трехкальциевым алюминатом (С3А) и продуктами его гидратации с образованием гидрокарбоалюминатных фаз (ЗСаО*Аl2О3*СаСО3*12Н2О и др.). Наиболее интенсивно гидрокарбоалюминаты кальция образуются при нормальном твердении портландцементных бетонов в сроки 3-14 сут. от начала твердения. При гидрокарбоалюминаты твердении образуются бетона только в в условиях начальные пропаривания сроки (2-4 ч. 93 изотермического прогрева при 80-90С). В последующем они разрушаются. В бетонах автоклавного твердения гидрокарбоалюминаты не образуются. Более детально процесс взаимодействия карбонатных наполнителей с клинкерными минералами рассмотрен [155]. В частности, говорится, что кристаллы гидроалюмината кальция САН10, имеющие форму гексагональных призм, так же, как и кристаллы эттрингита, на ранних стадиях твердения армируют и упрочняют систему. В цементной системе с добавкой тонкодисперсного кальцита формируются не только устойчивые структуры гидросульфоалюминатов кальция и гидратов AFm-фаз, но и активируется образование гидрокарбоалюминатов кальция (ГКАК-3 и ГКАК-1). Кроме того, в присутствии гидратов САН10, AI(OH)3 и Са(ОН)2 возможно вторичное формирование эттрингита, а при избытке СаС03 – образование 3CaO*AI203* 3CaC03*32H20 и ЗСаО*Аl203-СаС03-12Н20. 70 60 Предел прочности при изгибе, МПа . Предел прочности при сжатии, МПа . 12 50 40 30 ПЦ (серый) с СП КВ-60КВП КВ-60М(Б) КВ-60КВП+М КВ-60КВП+М(Б) 20 10 0 10 8 6 4 ПЦ (серый) с СП КВ-60КВП КВ-60М(Б) КВ-60КВП+М КВ-60КВП+М(Б) 2 0 0 10 20 Время твердения, сут 30 0 10 20 Время твердения, сут 30 Рисунок 3.9 – Динамика набора прочности КВ с содержанием минеральной добавки 40% 94 Композиционные вяжущие с более высоким содержанием минеральной добавки также имеют хорошие темпы набора прочности. В возрасте 3 сут. предел прочности на сжатие всех составов превышает 30 МПа. В интервале 3-14 сут. наилучшие показатели показывают составы КВ-60КВП и КВ-60КВП+М(Б). Наиболее высокую марочную прочность демонстрирует также состав со смешанной добавкой на сером портландцементе КВ-60КВП+М. Причинами лидерства составов со смешанной добавкой, как уже упоминалось ранее, являются благоприятный зерновой состав и наличие достаточно активных наполнителей. Указанные составы создают необходимые предпосылки для отказа от тепловой обработки. Таким образом, все разработанные составы композиционных вяжущих обеспечивают прирост прочности по сравнению с исходным портландцементом. Оптимальными с точки зрения прочностных характеристик, водопотребности, темпов набора прочности и функциональности являются составы: 1. КВ-80КВП – состав, имеющий максимальную активность, для рядовых и окрашенных в темные цвета бетонов. 2. КВ-80М(Б) – состав, имеющий высокую активность, для белых или светлых окрашенных бетонов. 3. КВ-60КВП+М – экономичный состав для рядовых и окрашенных в темные цвета бетонов. 4. КВ-60КВП+М(Б) – экономичный состав, с пониженным расходом белого цемента для окрашенных в светлые цвета бетонов. 3.3 Свойства композиционных вяжущих в зависимости от состава Показанные ранее высокие прочностные характеристики составов, в первую очередь, объясняются микроструктурой цементного камня. Для оценки качества структуры материала на основе разработанных составов композиционного вяжущего были проведены микроскопические 95 исследования. С учетом результатов предыдущих исследований, для изучения были выбраны наиболее перспективные композиции. Образцы были изготовлены из раствора состава Ц:П=1:3, В/Ц=0,5. Достаточно высокое значение В/Ц при использовании суперпластификатора, объясняется низким модулем крупности используемых белгородских песков (Мкр 1…1,2). Уплотнение смеси производилось встряхиванием. Твердение: первые сутки в формах в воздушно-влажных условиях, далее, после распалубки, ТВО в мягком режиме при 40-450С, продолжительность изотермической выдержки 12 ч. На рисунке 3.10 показаны микрофотографии указанных составов при низких уровнях увеличения. На уровне близком к макроскопическому, конгломераты имеют достаточно однородную структуру. Визуально, наиболее монолитной представляется структура излома образца на основе вяжущего, содержащего в качестве минеральной добавки 20% отсевов кварцитопесчаника (КВ-80КВП). В данном образце практически невозможно выделить отдельные зерна заполнителя. Излом образца с добавкой 20% мела (КВ-80М(Б)) выглядит более рыхлым и менее однородным. Однако следует учитывать, что представлено изображение с большим увеличением. Образец на основе вяжущего КВ-60КВП+М имеет вид излома схожий с составом на основе вяжущего КВ-80КВП, также полученного на основе серого цемента. Образец на основе вяжущего КВ-60КВП+М(Б) имеет более рыхлый излом, с хорошо просматривающимися частицами заполнителя, схожий с образцом на основе вяжущего КВ-80М(Б). Таким образом, образцы на основе серого портландцемента имеют более плотную структуру на изломе. 96 КВ-80КВП КВ-80М(Б) КВ-60КВП+М КВП-60КВП+М(Б) Рисунок 3.10 – Микрофотографии раствора на КВ различных составов при малом увеличении (х50, х100) Пористость образцов представлена в основном двумя типоразмерами пор. Первый тип – воздушные ячейки размерами около 1 мм (отмечены на фотографии 97 состава КВ-80М(Б)), присутствуют во всех образцах. Причиной возникновения, вероятно, является воздух, механически защемленный при укладке смеси в форму. На внутренней поверхности стенок пор хорошо просматриваются отдельные частицы песка, равномерно покрытые оболочкой из цементного камня. Количество подобных пор составляет 1-3 шт. на изломе образца размерами 1 см2. Второй тип – поры размерами 0,1…0,4 мм. Распределение равномерное. Вероятная причина образования – воздух, вовлеченный в растворную смесь при перемешивании. При большем увеличении (рисунок 3.11) видно, что пространство между частицами мелкого заполнителя полностью заполнено цементным камнем. Разрушение композита происходит по материалу матрицы, что может свидетельствовать о ее хорошем сцеплении с поверхностью кварцевого песка. На изломе, по выступам рельефа можно идентифицировать наиболее мелкие частицы заполнителя, полностью покрытые слоем новообразований. Пористость матрицы сформирована капиллярными порами размерами сечения 5…20 мкм и гелевыми порами новообразований. Наиболее плотное и однородное строение имеет материал матрицы материала на основе вяжущего состава КВ-80КВП. Поверхность излома составов с содержанием минеральной добавки 40% более раковистая. Внутренняя поверхность поры (рисунок 3.11, состав КВ-80М(Б)), как уже упоминалось, покрыта сплошным глянцевым слоем цементного камня, без существенных дефектов. Подобный характер пор позволяет предположить, они не окажут существенного влияния на водопоглощение материала, и не окажут негативного влияния на морозостойкость. 98 КВ-80КВП КВ-80М(Б) КВ-60КВП+М КВ-60КВП+М(Б) Рисунок 3.11 – Микрофотографии раствора на КВ различных составов при малом увеличении (х300) 99 Новообразования цементного камня (рисунок 3.12) хорошо закристаллизованы, имеют мелкокристаллический характер, преимущественно пластинчатое строение. КВ-80КВП КВ-80М(Б) Рисунок 3.12 – Микрофотографии раствора на КВ различных составов при малом увеличении (х2000) Обращает на себя внимание склонность материала к заполнению новообразованиями довольно крупных дефектов (рисунок 3.13). Как видно на рисунке достаточно крупный дефект размером порядка 25 мкм, полностью заполнен волокнистыми кристаллами новообразований, предположительно – гидросиликатов кальция. Данное явление в той или иной степени наблюдается свидетельствовать о и у наличии других рассмотренных достаточного запаса составов, активного и может вещества клинкерных частиц ввиду сокращения объема свободного пространства внутри материала за счет рационального использования минеральных добавок. 100 Рисунок 3.13 – Пример заполнения поры новообразованиями (состав КВ-60КВП+М(Б)) Наличие запаса активного вещества при плотной структуре материала матрицы композита, позволяет предположить у него наличие способности к самовосстановлению, т.е. заращиванию микродефектов, возникающих при эксплуатации. Данное свойство является весьма важным для декоративных бетонов, т.к. способствует сохранению хорошего состояния поверхности материала (снижение загрязняемости, сопротивление проникновению внутрь химически-агрессивных веществ и воды). Результаты микроскопических исследований подтверждаются и данными рентгенофазового анализа. На рисунке 3.14 приведены рентгенограммы продуктов гидратации серого портландцемента, а также композиционных вяжущих на его основе – КВ-80КВП и КВ-60КВП+М на различных сроках твердения. Минеральные добавки в составе композиционного вяжущего оказывают влияние на твердение клинкерной части, о чем свидетельствует различная высота характерных пиков клинкерных минералов и гидроксида кальция, относящихся к разным составам. а) Ca(OH)2 101 C3S+C2S Ca(OH)2 C3S 28 сут 14 сут 5 сут б) 28 сут Ca(OH)2 1 сут C3S+C2S Ca(OH)2 C3S 14 сут 5 сут 1 сут 28 сут C3S+C2S Ca(OH)2 в) Ca(OH)2 C3S 14 сут 5 сут 1 сут Рисунок 3.14 – Рентгенограммы продуктов гидратации на разных сроках твердения: а) исходный портландцемент; б) КВ-80КВП; в) КВ-60КВП+М 102 Наиболее быстрыми темпами гидратация алита протекает у исходного портландцемента (рисунок 3.14 а). Гидратация основной доли этого минерала происходит уже к 5-м суткам. Содержание портландита к этому моменту так же выше, чем в остальных составах. Однако, новообразования (кроме Ca(OH)2), имеющие отражения в области двойных углов 4…160, плохо закристаллизованы. К 28 суткам степень гидратации алита возрастает незначительно, количество портландита увеличивается. Появляются пики, принадлежащие различным гидратным новообразованиям, небольшой пик, соответствующий эттрингиту (3CaOAl2O33CaSO432H2O). Степень гидратации алита клинкерной части композиционного вяжущего с добавкой отсевов дробления кварцитопесчаника (рисунок 3.14 б) наиболее интенсивно увеличивается в первые 5…7 суток твердения, и достигает значения близкого к исходному цементу. К 28-м суткам степень гидратации C3A у всех составов имеет примерно одинаковое значение. Количество образующегося портландита в начальный период твердения несколько меньше, чем у исходного портландцемента. Вероятно, это связано с протеканием пуццолановой реакции между Ca(OH)2 и наиболее активными частицами кварца в составе отсевов дробления КВП. Отчасти это подтверждается наибольшим, из всех рассмотренных вяжущих, количеством гидратных новообразований, имеющие отражения в области двойных углов 4…160, однако степень их кристаллизации сравнительно невысока. На 5 сутки гидратные новообразования, имеющие отражения в области двойных углов 4…160, имеют лучшую кристаллизацию, чем в исходном портландцементе. К 28 суткам, в целом, количество новообразований и степень их кристаллизации так же выше. Пики эттрингита не зафиксированы, наблюдаются четкие отражения тоберморитоподобных ГСК. Гидратация C3S в составе КВ-60КВП+М (рисунок 3.14 в) протекает медленнее, чем в других рассмотренных вяжущих, однако степень его гидратации повышается постепенно на протяжении всех 28 сут. твердения, достигая в итоге такого же значения, как и у других составов. Количество образующегося 103 портландита несколько ниже, чем у других вяжущих, что, кроме протекания пуццолановой реакции с отсевами дробления КВП, может быть связано с превращением его в начальный период твердения (1 сут.) в 4-х кальциевый монокарбонатный гидроалюминат (3CaOAl2O3CaCO312H2O) и другие подобные соединения. Это, наряду с большей степенью гидратации трехкальциевого алюмината, обеспечивает данному вяжущему более быстрый первичный набор прочности. К 28 суткам достигается наибольшая из всех составов полнота гидратации алита, степень закристаллизованности новообразований также несколько выше, чем у композиционного вяжущего с добавкой только отсевов дробления КВП. Таким образом, прочность камня на основе композиционных вяжущих в основном создается активным компонентом – клинкерной составляющей. Минеральная добавка в составе вяжущего влияет на процесс его образования на микроуровне. В некоторых случаях минеральная добавка может сама проявлять некоторую активность (гидравлическую или пуццолановую), повышая общее содержание новообразований в твердеющем вяжущем. Ценным свойством отсевов дробления кварцитопесчаника является пуццолановая активность, а мела – ускорение гидратации алюминатов и образование с ними различных соединений в начальные сроки твердения, способствующие повышению ранней прочности. С этой точки зрения имеет смысл использование смешанной добавки из отсевов дробления кварцитопесчаника и мела, что и подтверждается рентгенографическими исследованиями. В целом, исследований результаты подтверждают микроскопических правильность и принятых рентгенографических ранее отдельных технических решений (оптимизация гранулометрии, выбор вида и количества минеральных и химических добавок), что в комплексе обеспечивает высокие показатели физико-механических свойств, разрабатываемых композиционных вяжущих. 104 3.4 Повышение функциональности композиционных вяжущих для самоуплотняющихся бетонов Разработанные вяжущие обладают высокими показателями свойств. Однако, специфика требований к малым архитектурным формам и их повышенное социально-психологическое значение, создают необходимость принятия дополнительных обеспечительных мер, направленных на повышение долговечности и архитектурной выразительности. Введение воздухововлекающих добавок способствует созданию определенного количества мелких, равномерно распределенных пор, являющихся демпферами расширения замерзающей воды, способствует обеспечению достаточной морозостойкости материала, и повышению способности бетонной смеси к уплотнению. Совместимость с пигментами при объемном окрашивании бетона позволит получать яркие оттенки, не теряющие свою насыщенность со временем. Оптимизация дозировки пластифицирующей добавки для каждого из составов призвана повысить эффективность ее действия. 3.4.1 Оптимизация содержания суперпластификатора Точность дозировки любых химических добавок в бетоны напрямую связана с качеством конечного продукта. Особенное значение это имеет при приготовлении самоуплотняющихся бетонных смесей, в которых отклонение от оптимальных реологических показателей может привести к браку. Количество пластифицирующей добавки и воды, в данном случае, являются инструментами оперативного корректирования вязкости формовочной массы. Оптимальное количество пластифицирующей добавки в составе композиционного вяжущего зависит от ряда факторов, таких как: минеральный состав клинкерной составляющей; вид и количество минеральной добавки; дисперсность всех компонентов системы. Данная величина была определена для всех рассматриваемых составов КВ по методу миниконуса НИИЖБ. 105 Данный метод имеет достаточную точность, и отличается простотой и оперативностью, что дает возможность поддерживать постоянным качество получаемого вяжущего при изменении входных параметров (вида портландцемента, минеральных и химических добавок). Сравнение величин оптимальной дозировки суперпластификатора у различных составов КВ, в свою очередь, может дать дополнительную информацию об особенностях их строения и свойствах. Под оптимальной дозировкой, в данном случае, следует понимать такое количество суперпластификатора от массы вяжущего, до которого значение отношения Кол во суперпластификатора возрастает. Т.е. добавка работает с максимальной Расплыв миниконуса отдачей. На графике, как правило, это точка перегиба. Увеличение количества суперпластификатора сверх выявленного оптимума, будет обеспечивать дополнительный эффект, неуклонно снижающийся по мере роста количества добавки. Кривые зависимости диаметра расплыва миниконуса от дозировки 200 200 175 175 150 150 Расплыв, мм Расплыв, мм суперпластификатора при В/Вяж=0,37 представлены на рисунке 3.15. 125 100 75 125 100 75 50 50 0 0,2 0,4 0,6 0,8 Кол-во СП, % от КВ 1 КВ-80КВП (отп. доз. СП=0,58%) 0 0,2 0,4 0,6 0,8 Кол-во СП, % от КВ 1 КВ-80КВП(Б) (отп. доз. СП=0,65%) 200 200 175 175 150 150 Расплыв, мм Расплыв, мм 106 125 100 75 50 0,2 0,4 0,6 0,8 Кол-во СП, % от КВ 75 1 КВ-80М (отп. доз. СП=0,8%) 0 200 200 175 175 150 150 125 100 75 0,2 0,4 0,6 0,8 Кол-во СП, % от КВ 1 КВ-80М(Б) (отп. доз. СП=0,82%) Расплыв, мм Расплыв, мм 100 50 0 125 100 75 50 50 0 0,2 0,4 0,6 0,8 Кол-во СП, % от КВ 0 1 КВ-60КВП (отп. доз. СП=0,48%) 200 200 175 175 150 150 125 100 75 0,2 0,4 0,6 0,8 Кол-во СП, % от КВ 1 КВ-60КВП+М (отп. доз. СП=0,62%) Расплыв, мм Расплыв, мм 125 125 100 75 50 50 0 0,2 0,4 0,6 0,8 Кол-во СП, % от КВ 1 КВ-60КВП+М(Б) (отп. доз. СП=0,8%) 0 0,2 0,4 0,6 0,8 Кол-во СП, % от КВ 1 КВ-60М(Б) (отп. доз. СП=0,6%) Рисунок 3.15 – Кривые зависимости расплыва миниконуса композиционных вяжущих от дозировки СП 107 Как видно из графиков оптимальное количество суперпластификатора варьируется в зависимости от состава композиционного вяжущего, и, в большинстве случаев, отличается от унифицированного значения 0,65%, принятого при определении активности вяжущих. Проанализировав данные можно выявить ряд закономерностей. Так, при одинаковом виде и содержании минеральной добавки, значение оптимальной дозировки выше для белого цемента. Возможной причиной этого является повышенное содержание трехкальциевого алюмината в белом цементе и несколько большее содержание мелких частиц. Составы, содержащие в качестве минеральной добавки отсевы дробления КВП, требуют меньшего количества суперпластификатора. Вероятно, это связано с более низкой адсорбцией молекул СП на их поверхность, ввиду большого количества кварца, имеющего преимущественно отрицательный заряд поверхности. Наибольшее значение оптимальной дозировки добавки СП имеют составы, содержащие в качестве минеральной добавки мел. Это может быть связано, как с наличием на поверхности частиц мела положительно заряженных центров, так и с большей дисперсностью его частиц. Также следует иметь ввиду, что при оптимальной дозировке СП, различные составы КВ имеют неодинаковый диаметр расплыва миниконуса (рисунок 3.16). В данном случае процесс растекания цементного теста по поверхности стекла под действием силы тяжести, упрощенно моделирует самоуплотнение бетонной смеси после заливки в форму. И является результирующим величины напряжения сдвига, при которой начинается течение и вязкости смеси. Как видно из диаграммы наибольший диаметр расплыва показывают составы, содержащие в своем составе мел. Увеличение содержания отсевов дробления кварцитопесчаника с 20 до 40%, значительно снижает диаметр расплыва, что еще раз позволяет рекомендовать ограничить его содержание в композиционном вяжущем для самоуплотняющихся смесей на уровне 20%. 108 200 187 190 Расплыв миниконуса, мм 180 170 185 182 180 175 170 160 160 150 145 140 130 120 110 100 КВ-80КВП КВ-80КВП(Б) КВ-80М КВ-80М(Б) КВ-60КВП КВ-60КВП+М КВ60КВП+М(Б) КВ-60М(Б) Рисунок 3.16 – Величина диаметра расплыва миниконуса различных составов КВ при оптимальной дозировке добавки СП Оптимальная дозировка СП, % от КВ 0,9 0,8 0,8 0,82 0,8 0,7 0,65 0,62 0,6 0,6 0,58 0,48 0,5 0,4 0,3 КВ-80КВП КВ-80КВП(Б) КВ-80М КВ-80М(Б) КВ-60КВП КВ-60КВП+М КВ60КВП+М(Б) КВ-60М(Б) Рисунок 3.17 – Оптимальная дозировка СП для различных составов КВ 109 При сопоставлении диаграмм оптимальной дозировки СП (рисунок 3.17) и диаметра расплыва миниконуса при оптимальной дозировке СП (рисунок 3.16) становится видно, что данные величины в значительной степени взаимосвязаны. Так, составы имеющие наибольший расплыв миниконуса, имеют наибольшие значения оптимальных дозировок добавки суперпластификатора. Справедливо и обратное, состав КВ-60КВП имеющий наименьший диаметр расплыва, имеет и наименьшую оптимальную дозировку суперпластификатора. Данные факты свидетельствуют о том, что каждый из составов имеет определенную емкость по адсорбции суперпластификатора. Это, в определенной мере, позволяет выявить из ряда родственных составов композиционных вяжущих наиболее пригодные для приготовления самоуплотняющихся бетонных смесей. Другими словами, добиваясь максимальных значений оптимальной дозировки суперпластификатора за счет варьирования вида и количества минеральных добавок в составе КВ, можно повышать их эффективность для получения самоуплотняющихся бетонных смесей, при прочих равных условиях. Определенный интерес представляет величина расплыва миниконуса при дозировке суперпластификатора 0,65% от массы вяжущего, принятой при определении основных физико-механических показателей (таблица 3.3). Для упрощения, данная величина была вычислена методом линейной интерполяции по исходным данным графиков, изображенных на рисунке 3.15. Результаты расчета приведены на рисунке 3.18. Указанная дозировка не обеспечивает одинаковой подвижности всех составов. Однако, для большинства из них (за исключением КВ-80КВП(Б) и КВ-60КВП) отклонение от среднего значения лежит в пределах от -6% до +7,5%, что позволяет признать справедливость сопоставления результатов определения физико-механических показателей. 110 Расплыв конуса при дозировке СП 0,65% от КВ 200 190 184 177,5 180 170 178 177,8 КВ60КВП+М(Б) КВ-60М(Б) 170 169,3 160,3 160 150,8 150 140 130 120 110 100 КВ-80КВП КВ-80КВП(Б) КВ-80М КВ-80М(Б) КВ-60КВП КВ-60КВП+М Рисунок 3.18 – Величина диаметра расплыва миниконуса при дозировке СП 0,65% Таким образом, в зависимости от количества и вида минеральных добавок, каждый состав имеет определенную емкость по адсорбции суперпластификатора. Наибольший расплыв конуса демонстрируют составы, содержащие мел, что, в свою очередь, согласуется с результатами изучения реологических характеристик. 3.4.2 Взаимодействие композиционных вяжущих с воздухововлекающей добавкой Как известно, вовлечение воздуха происходит на стадии перемешивания бетонной или растворной смеси, причем добавки лишь стабилизируют воздушные пузырьки, образовавшиеся в смеси при ее перемешивании. В этом случае происходят как бы два процесса. Один из них заключается в захвате воздуха при перемешивании, который диспергируется затем на пузырьки меньших размеров 111 на стадии приложения сдвиговых нагрузок, зависящих от конструкции бетоносмесителей. Второй процесс, в котором участвует заполнитель, носит название пространственного заслона; он нужен для захвата и фиксации пузырьков воздуха при всевозможных перемещениях бетонной смеси в процессе перемешивания. Традиционно, для увеличения количества вовлеченного воздуха применяют воздухововлекающие добавки, чаще всего являющиеся ПАВ. Авторы [164] считают, что термин «воздухововлекающие добавки» не вполне удачен, так как при приготовлении бетонной смеси в ней в любом случае оказывается некоторое количество воздуха, которое, в первую очередь, зависит от условий ее перемешивания и указанных выше функций заполнителя. Основной задачей воздухововлекающих добавок является повышение содержания пузырьков воздуха по сравнению со смесью без добавок и уменьшение их размеров. Иными словами, следует различать воздухововлечение как процесс и систему воздушных пор (объем пор и характер распределения по размерам), имея в виду, что воздухововлекающие добавки в бетоне уменьшают размеры пузырьков воздуха и способствуют их сохранению в бетоне. При отсутствии воздухововлекающих добавок пузырьки воздуха, попавшие в бетонную смесь, в большинстве случаев сравнительно быстро коалесцируют и улетучиваются из нее. Обеспечение оптимальной величины воздухововлечения дает ряд положительных эффектов, особенно важных для бетонов для МАФ: – увеличение морозостойкости бетона; – повышение подвижности и удобоукладываемости бетонной смеси; – повышение сегрегационной устойчивости бетонной смеси; – повышение водонепроницаемости бетона; – повышение трещиностойкости бетона; – улучшение качества лицевой поверхности бетона. Также известен и ряд факторов, влияющих на данный процесс. Так, повышению величины воздухововлечения способствуют: увеличение 112 дозировки химической добавки; повышение подвижности бетонной или растворной смеси; уменьшение размеров крупного заполнителя; увеличение содержания мелкого заполнителя; наличие пластифицирующих добавок. Негативно влияют: чрезмерная подвижность бетонной смеси ОК>17,5 см; большое содержание мелких частиц, в том числе минеральных добавок, глинистых примесей в песке; повышенная температура бетонной смеси; вибрирование. Как было установлено в результате микроскопического анализа, в структуре растворов на основе разрабатываемых композиционных вяжущих (рисунок 3.10) содержится некоторое количество вовлеченного воздуха. Для оценки этого количества был проведен следующий эксперимент. Готовилась растворная смесь состава Вяж: П=1:3, В/Вяж=0,43, количество суперпластификатора 0,65% от массы композиционного вяжущего. Перемешивание смеси производилось дрелью с насадкой-мешалкой в течение определенного времени с частотой вращения 800…900 об/мин. С помощью прибора для оценки подвижности растворных смесей определялась глубина погружения стандартного конуса. Затем смесь разделялась на две части. Первая часть укладывалась в форму и уплотнялась на встряхивающем столике (30 ударов), вторая часть в форме помещалась в емкость, в которой с помощью ручного вакуум-насоса создавалось разряжение, величина которого контролировалась по вакуум-манометру. Емкость с формой также подвергалась уплотнению на встряхивающем столике: 3 цикла из 30 ударов с перерывом между циклами 1 мин. После чего вакуум снимался, материал после выдержки в течение 1 сут. в воздушно-влажных условиях подвергался ТВО. Готовые образцы высушивались, взвешивались, определялся их объем. Из-за нестандартной формы образцов определение характеристик не производилось. Расчет удаленного воздуха осуществлялся по формуле 3.1: прочностных 113 Воздух вак ср ср срвак 100% (3.1) Также были приготовлены составы, в которые после предварительного перемешивания с 90% воды затворения, с оставшейся водой вводилось 0,15 и 0,3% от массы КВ воздухововлекающей добавки SikaAer200. Данная дозировка лежит в пределах, рекомендованных производителем. В таблице 3.4 приведены данные по количеству воздуха, удаляемого из смеси вакуумированием для составов, на основе вяжущих КВ-80КВП, КВ-80М(Б), КВ-60КВП+М и КВ-60КВП+М(Б). Таблица 3.4 – Количество воздуха, удаляемого вакуумированием Вид вяжущего Дозировка добавки, % масс от КВ 0 0,15 0,3 0 0,15 0,3 0 0,15 0,3 0 0,15 0,3 КВ-80КВП КВ-80М КВ-60КВП+М КВ-60КВП+М(Б) Как видно из Средняя плотность затвердевшего раствора, кг/м3 Без После вакуумирования вакуумирования 2145 2178 2046 2140 2010 2122 2068 2108 2099 2175 2109 2201 2044 2090 2059 2149 2038 2138 2097 2140 2057 2140 2044 2140 приведенных данных, величина Кол-во удаленного воздуха, % об. 1,5 4,4 5,3 1,9 3,5 4,2 2,2 4,2 4,7 2 3,9 4,5 воздухововлечения растворных смесей на основе композиционных вяжущих без применения специализированных добавок составляет 1,5…2%. Причем минимальное воздухововлечение при перемешивании обеспечивает состав с добавкой отсевов дробления кварцитопесчаника КВ-80КВП. Составы на композиционных вяжущих 114 с 20% мела в качестве минеральной добавки, удерживают воздуха больше на 0,5% от общего объема материала. Данный факт несколько противоречит высказанным ранее теоретическим положениям. Однако, авторами [164] предлагается другое объяснение. Мелкие частицы с адсорбированными молекулами ПАВ, могут прилипать к стенкам воздушного пузырька, в определенных условиях стабилизируя его. Подобное явление – стабилизация пен тонкодисперсными минеральными порошками, известно в технологии пенобетона. Одним из стабилизирующих агентов является мел [165, 166]. На рисунке 3.19 показано влияние на величину воздухововлечения дозировки воздухововлекающей добавки. 6 Количество удалённого воздуха, % об. 5 4 3 КВ-80КВП 2 КВ-80М(Б) КВ-60КВП+М 1 КВ-60КВП+М(Б) 0 0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 Дозировка добавки, % масс от КВ Рисунок 3.19 – Изменение величины воздухововлечения в зависимости от вида вяжущего и дозировки воздуховолекающей добавки Применение воздухововлекающей добавки в минимальной дозировке позволяет увеличить количество вовлеченного воздуха в 1,5…2 раза. 115 При увеличении дозировки, количество вовлеченного воздуха увеличивается, однако темп прироста данного параметра постепенно снижается. Следует иметь ввиду, что представленные результаты по определению количества воздуха в растворной смеси, не являются абсолютными, ввиду особенностей применяемой методики. Вероятно, некоторое количество наиболее мелких воздушных включений не удаляется из смеси. Тем не менее, данный метод отличается простотой, не требует сложного аппаратного оформления, дает достаточно стабильные результаты, пригодные для сравнительного анализа. Значительный интерес представляет влияние количества вовлеченного воздуха на подвижность растворной смеси (рисунок 3.20). Глубина погружения стандартного конуса, см. 15 КВ-80КВП КВ-80М(Б) КВ-60КВП+М КВ-60КВП+М(Б) 14 13 12 11 10 9 8 0 0,15 0,3 Дозировка добавки, % масс от КВ Рисунок 3.20 – Влияние количества воздухововлекающей добавки на величину погружения конуса С увеличением количества вовлеченного воздуха глубина погружения стандартного конуса в растворную смесь увеличивается на 2…2,5 см на всех составах композиционных вяжущих 116 Таким образом, воздухововлекающая добавка совместима с разрабатываемыми композиционными вяжущими. И ее применение приводит к повышению пластичности смеси. Разработанная методика оценки количества вовлеченного в смесь воздуха отличается аппаратной простотой и может быть применена для решения подобных задач в дальнейшем. 3.4.3 Взаимодействие композиционных вяжущих с пигментами Для окрашивания бетона используют два основных метода: полного окрашивания массы бетона и поверхностный. При применении поверхностного метода бетон окрашивают после схватывания и твердения. Первый метод предусматривает введение красителя в бетон, когда он находится в пластичном состоянии. При использовании первого метода применяются три вида красителей: природные и синтетические пигменты, многокомпонентные окрашивающие добавки, окрашивающие строительные растворы. Наибольшую долговечность обеспечивает объемное окрашивание минеральными пигментами. Пигмент, применяемый для окрашивания бетона, раствора и цементного теста, представляет собой тонкоизмельченный сухой порошок, а в водной среде – суспензию или шлам. Он должен быть нерастворим в воде, инертен к ингредиентам бетона и стоек в высокощелочной среде. Оценка характера взаимодействия полученных композиционных вяжущих производилась на составе КВ-60КВП+М(Б) как на наиболее экономичном и потенциально востребованном. В качестве красителя были взяты желтый, красный пигменты Bayferrox и зеленый – Chromoxidgrün, производителя Lanxess. Готовилась растворная смесь состава вяжущего: П=1:3, В/Вяж.=0,43, количество суперпластификатора 0,65% от массы композиционного вяжущего. Был принят следующий порядок приготовления смеси: вяжущее, пигмент, песок перемешивались всухую, затем затворялись водным раствором 117 суперпластификатора и повторно перемешивались. Перемешивание смеси осуществлялось дрелью с насадкой-мешалкой в течение определенного времени с частотой вращения 800…900 об/мин. В качестве мелкого заполнителя был использован обыкновенный мытый кварцевый песок. Поскольку на конечный оттенок влияет большое количество факторов, в данном эксперименте не ставилась задача получения чистых эталонных цветов, а оценивалась эффективность окрашивания состава на наиболее доступном сырье при рекомендованных производителем пигментов дозировках. Фотографирование образцов производилось при следующих условиях: фотоаппарат на штативе, расстояние до объекта 30 см, фокусное расстояние объектива постоянное, управление выдержкой и диафрагмой вручную – одинаковые для всех образцов; источник света – галогеновая лампа 50 Вт, расстояние до объекта 50 см; баланс белого – вручную, по белому листу. Результаты колорирования раствора представлены на рисунке 3.21. Без пигмента 2% на композиционном вяжущем 118 4% 6% 8% Рисунок 3.21 – Результаты объемного окрашивания раствора, на основе вяжущего КВ-60КВП+М(Б) Для сопоставления на рисунке 3.22 приведена фотография окрашенных образцов с сайта производителя [138]. Прямое сравнение не корректно ввиду отличий в технике фотографирования. Образец без добавления пигмента имеет светло-серый оттенок, что вызвано присутствием в составе вяжущего отсевов дробления КВП и использованием в качестве заполнителя обычного песка. Тем не менее, достигнутая степень белизны является приемлемой для изготовления рядовых объектов МАФ, не представляющих особой культурной ценности. При этом, экономия белого цемента составляет 40%. 119 Окрашенные образцы при малых дозировках пигмента (2 и 4%) по интенсивности цвета уступают результатам, демонстрируемых производителем. При более высоких дозировках (6 и 8%) интенсивность окраски, субъективно, не уступает образцу. Следует учитывать, что образцы на композиционном вяжущем, вероятно, имеют более высокое В/Ц, поскольку на фотографии производителя показаны мелкоштучные изделия, полученные методом вибропрессования при более низком В/Ц. Повышенное водоцементное отношение смеси, снижает интенсивность Рисунок 3.22 – Результаты окрашивания материала с сайта производителя пигментов дозировки пигмента, вероятно, окраски [164]. интенсивный, по результатами производителя, насыщенности связан с окраски улучшенной сравнению с Более с рост повышением гранулометрией композиционного вяжущего, заключающейся в снижении пустотности зернистой части системы и повышением концентрации пигмента в оставшемся свободном пространстве. Таким образом, применение композиционного вяжущего на основе белого портландцемента с комплексной минеральной добавкой, позволяет получить высокую интенсивность цвета даже при повышенном содержании воды в смеси. Причиной этого является более высокая концентрация пигмента в межзерновом пространстве раствора ввиду снижения его пустотности, вследствие оптимизации гранулометрического состава вяжущего. Образцы раствора на основе экономичного состава КВ, имеющего пониженную степень белизны, продемонстрировали пригодность к окрашиванию в любые цвета. Вероятность появления высолов и снижения интенсивности окраски в процессе эксплуатации при использовании указанного 120 композиционного вяжущего существенно ниже, чем при использовании портландцемента. Причиной этого является уменьшенное на 40% количество клинкерной составляющей (источника Ca(OH)2) и наличие в составе тонкомолотых отсевов дробления кварцитопесчаника, способных связывать свободный гидроксид кальция. Степень белизны неокрашенного и интенсивность окраски раствора могут быть повышены за счет применения специальных (светлых) заполнителей и вяжущего без добавки отсевов дробления КВП. 3.5 Выводы 1. Важным элементом обеспечения возможности получения самоуплотняющихся бетонов для изготовления МАФ является оптимизация зернового состава вяжущего, заключающаяся в нормированном увеличении доли частиц размерами менее 9 мкм. 2. Получение композиционного вяжущего за счет помола позволяет, в том числе, регулировать количество частиц размерами менее 9 мкм, влияющих на реологические специальных характеристики минеральных вяжущего, добавок отказаться нормированного от приобретения зернового состава, используемых для подобных целей. 3. Использование в составе КВ таких минеральных добавок как отсевы дробления КВП и мел, позволяют улучшить реологические характеристики паст, на основе указанных вяжущих, снизив (в сочетании с суперпластификатором) напряжение сдвига, при котором начинается течение, динамическую вязкость в широком диапазоне изменения градиента скорости сдвига, склонность смесей к структурированию, что важно при получении самоуплотняющихся бетонных смесей. 4. Сочетание 3-х факторов: помол, рациональный выбор минеральной добавки с учетом ее генезиса и свойств, использование эффективной водоредуцирующей добавки позволяют получать композиционные вяжущие, 121 обладающие требующимся в конкретной ситуации набором свойств, существенно превосходящие исходный портландцемент. 5. Наличие минеральных добавок в составе композиционного вяжущего при их правильном подборе и обработке, позволяет снизить его водопотребность и повысить плотность камня на его основе, снизить вязкость раствора. 6. Гидратация композиционных вяжущих протекает с образованием плотного кристаллического сростка, имеющего высокую адгезию к заполнителю. Причиной этого является более плотная упаковка частиц в системе, вызванная оптимизацией зернового состава композиционных вяжущих в ходе их помола. Сокращение объема межзерновых пустот и повышение дисперсности вяжущего приводит к увеличению числа контактов между частицами, и, как следствие, к быстрому нарастанию прочности, а также созданию запаса негидратированных клинкерных минералов, необходимого для «залечивания» имеющихся и возникающих микродефектов. 7. Использование комплексной добавки (отсевы дробления КВП и мел) на всех этапах выделяющейся твердения при способствует гидратации связыванию свободной извести, портландцемента; повышает степень закристаллизованности новообразований. 8. Количество и вид минеральных добавок, а также дисперсность всех компонентов композиционного вяжущего формируют его емкость по адсорбции суперпластификатора. Добиваясь повышения этой емкости, т.е. максимальных значений эффективной дозировки, за счет варьирования вида и количества минеральных добавок в составе КВ, можно повышать их пригодность для получения самоуплотняющихся бетонных смесей, при прочих равных условиях. Наибольший расплыв конуса демонстрируют составы, содержащие мел, что, в свою очередь, согласуется с результатами изучения реологических характеристик. 9. Предложена простая методика оценки количества вовлеченного в смесь воздуха, заключающаяся в оценке изменения средней плотности бетона в результате вакуумирования смеси. Установлено, что вид минеральной добавки в КВ влияет на эффективность действия воздухововлекающих агентов. В частности, 122 воздухововлечение смесей, содержащих мел несколько выше ввиду стабилизирующего действия тонкодисперсного мела на оболочку пузырьков воздуха, сформированную молекулами ПАВ. 10. Установлена возможность получения материала с достаточно высокой степенью белизны на основе композиционных вяжущих с добавкой отсевов дробления КВП, изначально имеющих серый цвет. Применение композиционного вяжущего на основе белого портландцемента с комплексной минеральной добавкой, позволяет получить высокую интенсивность цвета даже при повышенном содержании воды в смеси. Причиной этого является более высокая концентрация пигмента в межзерновом пространстве раствора ввиду снижения его пустотности при оптимизации гранулометрического состава вяжущего. Вероятность появления высолов и снижения интенсивности окраски в процессе эксплуатации при использовании указанного композиционного вяжущего существенно ниже, чем при использовании портландцемента. Причиной этого является уменьшенное на 40% количество клинкерной составляющей (источника Ca(OH)2) и наличие кварцитопесчаника, в составе способных являющийся их источником. тонкомолотых связывать свободный отсевов гидроксид дробления кальция, 123 4 САМОУПЛОТНЯЮЩИЕСЯ БЕТОНЫ ДЛЯ МАЛЫХ АРХИТЕКТУРНЫХ ФОРМ 4.1 Малые архитектурные формы в архитектурной геонике Одно из основных направлений науки геоники, рассматриваемое в настоящее время – архитектурная геоника, которая очень актуальна для получения малых архитектурных форм. Под геоникой можно понимать подход к созданию материалов, композитов, архитектурных ансамблей, художественных произведений и т.д., при котором идея и основные элементы заимствуются при изучении геологических и космохимических процессов; минералов и горных пород и др. «Архитектурная геоника» – создание архитектурных ансамблей с учетом результатов и воздействий геологических и косвенных химических процессов на неорганический мир. Архитектурная геоника позволяет создавать малые архитектурные формы, новую цветовую гамму и т.д., используя «опыт» неорганического мира. К объектам неорганического мира, которые могут стать предметом для подражания относятся структуры химических элементов и соединений, некоторые характеристики минералов, горных пород, формы выветривания и элементы космической тематики [9]. Широкий простор для творчества архитекторов представляет мир минералов. В настоящее время установлено около 4900 минеральных видов. Архитектурная геоника включает в себя создание архитектурных ансамблей с учетом габитуса кристаллов и строения кристаллической решетки минералов (рисунок 4.1). 124 Рисунок 4.1 – Примеры соответствия кристаллической решетки минералов архитектурным постройкам Природные минералы – физически и химически индивидуальные продукты геологических процессов. Они обладают набором конкретных свойств (форма кристалла, твердость, цвет, преломление света и т.д.). Сообщество минералов одинаковой кристаллической структуры и единого химического состава образуют минеральный вид. Абсолютное большинство минералов образуют зернистые агрегаты и входят в состав горных пород. И только некоторые при определенных условиях «растут» в свободных условиях и становятся уникальным созданием неорганического мира, способным вызвать у художника, зодчего, архитектора вдохновение и стать прообразом выдающегося архитектурного ансамбля (рисунок 4.2), который вызовет положительные эмоции у миллионов людей, 125 стимулирует творчество поэтов и художников, улучшит настроение простому человеку [9]. Кристалл кварца Гостиница (Вьетнам) Рисунок 4.2 – Архитектурные решения Все кристаллы, выросшие в «свободных», не стесненных условиях, обладают характерной только для них внешней формой, которая предопределяется упорядоченным внутренним строением на уровне атомов и 126 молекул. Регулярность внутреннего строения имеет важнейшее значение для формы кристаллических тел. Только это условие и предопределяет при генезисе кристалла самостоятельно, самопроизвольно, без всякой помощи извне принимать ту форму (габитус), которой характерен для минерала с определенной кристаллической структурой (рисунки 4.3, 4.4). Рисунок 4.3 – Форма кристаллов Рисунок 4.4 – Структура кристаллической решетки минералов 127 Таким образом, творения неорганического мира (кристаллы различных минералов, текстуры горных пород) могут являться архитектурными геоническими моделями [9]. Архитектурная геоника позволяет специалистам разрабатывать новую тектонику архитектурных ансамблей, используя достижения неорганического мира. Проектировать сооружения, органически вписывающихся в среду обитания в соответствии с геоморфологией, климатом, культурными традициями и т. д. (рисунок 4.5). Рисунок 4.5 – Пути использования архитектурной геоники Новое научное направление решает не только практические вопросы организации среды обитания, создания конструктивных элементов, форм, пространства и др., но и способствует улучшению эмоционального состояния 128 человека, стимулированию творчества, гармонизации функций, чувственных ассоциации и в целом оптимизации триады «человек – материал – среда обитания» [9]. Главная цель архитектурной геоники – комплексное сочетание морфологичеаских особенностей, строения, свойств природного камня и архитектурного сооружения любого назначения. Геоника может использовать результаты исследования геологических процессов для разработки технологий производства материалов. 4.2 Определение основных требований к самоуплотняющемуся бетону для малых архитектурных форм В связи с многообразием изделий, относящихся к МАФ и условий их эксплуатации, возникает необходимость уточнения исходных данных для проектирования бетонной смеси. На рисунке 4.6 показаны основные варианты условий работы декоративных изделий. Условия эксплуатации Внутри помещений На воздухе В воде* МАФ Характер агрессивных воздействий Замораживание в водонасыщенном состоянии Воздействие агрессивных веществ Вне помещений На воздухе В воде* Перепады температур Механические воздействия * элементы оформления фонтанов, бассейнов, искусственных водоемов. Рисунок 4.6 – Анализ условий эксплуатации МАФ 129 Как видно из рисунка во всех случаях декоративные изделия могут подвергаться механическим воздействиям, поэтому они должны обладать уровнем прочности, достаточным для противодействия им. К наиболее значимым факторам механических воздействий (нагрузок) следует отнести: 1. Собственный вес изделия, особенно при наличии у изделия консольных элементов и (или) малой площади опоры или недостаточного количества точек крепления. 2. Воздействие веса людей. Данный фактор следует учитывать, и в том случае, когда пребывание человека на изделии не предусмотрено (фотография на скульптуре, играющие дети и т.п.) 3. Воздействие ветровых (при большой площади вертикального сечения) и снеговых (при большой площади в плане) нагрузок. Дополнительным методом противодействия указанным воздействиям является армирование. Для декоративных изделий, эксплуатирующихся на открытом воздухе, дополнительную эксплуатационную нагрузку создает воздействие воды. В теплое время года значительное изменение влажности может вызывать деформации набухания-усушки, приводящие к растрескиванию поверхности изделий. Также, проникающая внутрь изделий растворенных химически вода, активных содержит веществ, определенное количество способствующих коррозии цементного камня и арматуры. В холодное время года (период отрицательных температур) основное значение приобретает фактор морозостойкости, поскольку чаще всего декоративные изделия размещаются на поверхности земли или другой горизонтальной поверхности, являющейся накопителем влаги и источником брызг. Таким образом, бетоны для МАФ должны обладать всем необходимым набором свойств, способствующим повышению морозостойкости: высокая прочность материала матрицы и заполнителя; ограниченная капиллярная 130 пористость; наличие в структуре матрицы равномерно распределенных ячеистых макропор – демпферов расширения замерзающей воды. В отдельных случаях при эксплуатации МАФ могут возникать существенные перепады температур. В частности, элементы оформления фонтанов могут разогреваться солнцем до значительных температур, а затем быстро охлаждаться брызгами воды при изменении направления и силы ветра. Подобные явления опасны при многократном повторении. Мерой противодействия им является достаточный уровень прочности бетона и снижение величины нагрева элементов изделий за счет выбора светлых цветов (если это не противоречит художественному замыслу). Технологические свойства бетонной смеси должны соответствовать средствам ее уплотнения и формования. К технологическим свойствам бетонной смеси для МАФ относится, прежде всего, удобоукладываемость, а также удобообрабатываемость связанность (отделываемость), (нерасслаиваемость) при седиментационная устойчивость, технологической переработке, деформативная устойчивость после распалубливания. Удобоукладываемость отражает способность бетонной смеси к уплотнению принятыми средствами уплотнения и характеризуется подвижностью и жесткостью. Поскольку в данной работе акцент делается на достижение самоуплотнения, то бетонная смесь должна иметь подвижность, измеряемую осадкой конуса (ОК) более 17 см. 4.3 Выбор основных компонентов бетонной смеси 4.3.1 Вяжущее Цементный камень в бетоне является наиболее подверженным внешним воздействиям компонентом. Качество микроструктуры цементного камня, а, следовательно, и мезо- и макроструктуры бетона, его плотность, прочность и стойкость к действию агрессивных факторов определяется химико-минеральным 131 и вещественным составом и свойствами цемента. На основании анализа экспериментальных данных и в соответствии с приведенным обоснованием (глава 3), в качестве вяжущих при получении бетонов для декоративных изделий целесообразно применять разработанные композиционные вяжущие типов: – КВ-80КВП; – КВ-80М(Б); – КВ-60КВП+М; – КВ-60КВП+М(Б). В качестве базы для сравнения использованы исходные портландцементы. 4.3.2 Обоснование состава мелкого заполнителя Мелкий и крупный заполнители являются наряду с цементным камнем одними из структурообразующих компонентов бетона, занимая 65…70% его объема. В качестве мелкого заполнителя в бетоне для малых архитектурных форм могут применяться все виды природных песков по ГОСТ 8736-85, а также пески из отсевов дробления, в том числе обогащенные. При технико-экономическом обосновании допускается применять пески с модулем крупности 1,5…2,0 в которых содержание зерен менее 0,16 мм составляет до 20% массы, а пылевидных и глинистых частиц – не более 3% массы. Для районов, где нет месторождений более крупных песков и отсутствует возможность применения укрупняющих добавок, допускается применение очень мелких песков с модулем крупности 1,0…1,5. При этом для бетона допускается применять эти пески с содержанием зерен менее 0,16 мм до 20% массы, а пылевидных и глинистых частиц – не более 3% массы. Количество пылевидных и глинистых частиц в природном песке не должно превышать 3% массы, а в песке из отсевов дробления – 5%. Как было установлено в работе [43], из скальных горных пород, принимающих участие в геологическом строении КМА, наиболее ценным сырьем 132 для получения заполнителя бетонов являются кварцитопесчаники мельче 5 мм, получаемые в больших объемах при производстве щебня. Приводятся данные об усредненном зерновом составе данного продукта (таблица 4.1). Таблица 4.1 – Основные свойства продуктов дробления [43] Порода Размер зерен, мм Выход от общей массы отсева, % Насыпная плотность, кг/м3 Пустотность, % Кварцитопесчаник 2...5 0,63...2 Менее 0,63 44 26 30 1332 1344 1668 48,77 48,31 35,85 В той же работе даются рекомендации по рациональному применению отсевов дробления: наиболее крупную фракцию следует применять в качестве заполнителя бетонов, используемых при производстве тонкостенных железобетонных конструкций, причем наиболее ценным является отсев из кварцитопесчаников. Фракция 0,63...2 мм может служить укрупняющей добавкой к местным пескам, применяемым в качестве мелких заполнителей бетона, что будет способствовать экономии цемента. Отмечено также, что отсев с размером зерен менее 0,63 мм наиболее пригоден для производства автоклавных силикатных изделий. В данной работе, фракция отсевов дробления КВП менее 0,63 мм, хорошо показала себя в качестве минеральной добавки при получении композиционных вяжущих. Следует отметить, что использование именно этого продукта в традиционных технологиях представляет наибольшую сложность ввиду большого содержания пылевидных частиц. Согласно приведенным рекомендациям, фракция 0,63…2 мм отсевов дробления КВП так же может быть использована в качестве укрупняющей добавки к крупности. белгородским пескам, отличающимся пониженным модулем 133 Возможна реализация двух стратегий применения 3-х основных фракций отсевов дробления кварцитопесчаника при изготовлении МАФ: 1. Полная утилизация одной или нескольких фракций продукта, с накоплением оставшихся для применения в других целях или технологических циклах (принцип – «отобрать лучшее»). 2. Полная утилизация всех фракций в технологическом цикле производства одного вида продукции. При работе по первой стратегии состав бетонной смеси подбирается исходя из того, что в качестве одного из ее компонентов полностью используется одна из фракций утилизируемого продукта, например, наиболее крупная 2…5 мм. При этом количество материала других фракций, может оказаться избыточным для возможности использования их в той же бетонной смеси. Т.е. происходит их постепенное накопление, если нет возможности применить их в других целях. В нашем случае, накапливаемым продуктом будет наиболее мелкая фракция отсевов дробления КВП менее 0,63 мм, поскольку потребность в ней ограничена 20% от массы применяемого вяжущего. При этом данная фракция является наиболее сложной с точки зрения, как хранения (пыление, слеживание при увлажнении), так и дальнейшего применения. В связи с этим применение данной стратегии работы с отсевами дробления КВП в условиях производства ограниченного количества видов продукции не рационально. При выборе второй стратегии общее количество утилизируемого продукта при производстве одного вида продукции определяется исходя из потребности в наиболее ценном компоненте или компоненте с наименьшим расходом. В данном случае, таким продуктом является фракция менее 0,63 мм, применяемая при изготовлении композиционного вяжущего. Количество материала других фракций, остающихся после отделения целевой части, недостаточно для приготовления полноценной бетонной смеси, поэтому их недостаток компенсируется за счет дополнительно приобретаемых материалов (в нашем случае песка и укрупняющей добавки). Минусом данной стратегии являются дополнительные затраты на приобретение, транспортировку и хранение 134 кондиционных заполнителей, являющихся более дорогими чем не фракционированные отходы дробления КВП. К положительным моментам можно отнести отсутствие необходимости во вторичной утилизации отдельных продуктов, а также минимизация отдельных недостатков, таких как повышенное содержание лещадных зерен во фракции 2…5 мм, вследствие смешивания с кондиционным продуктом. Таким образом, применение второй стратегии использования отсевов КВП при производстве одного вида высокотехнологичной продукции в относительно небольших объемах более целесообразно. Таким образом, в качестве заполнителя при получении бетонов для МАФ выбран мытый кварцевый песок белгородских месторождений с добавкой фракции 2…0,63 мм отсевов дробления КВП и укрупняющей добавки 2…5 мм. Морозостойкость песка из отсевов дробления должна обеспечивать получение бетона требуемой морозо- и морозосолестойкости. Пригодность песка, содержащего вредные примеси, определяется так же, как и для крупного заполнителя. 4.4 Влияние зернового состава мелкого заполнителя на свойства бетонной смеси Расчет исходных составов бетонных смесей класса В25 на основе композиционных вяжущих и исходных портландцементов приведен в Приложении 1. Результаты расчета представлены в таблице 4.2. Таблица 4.2 – Расчетные составы бетонных смесей Состав Вид вяжущего Расход компонентов, кг на 1 м3 бетонной смеси Вяжущее 1 2 3 Мелкий заполнитель 4 Вода 5 Расч. Водосредняя вяжущее плотность отношение смеси, (В/В) кг/м3 6 7 135 Окончание таблицы 4.2 1 2 3 4 5 6 7 КВ1 КВ-80КВП 295 1768 230,1 0,78 2293 КВ2 КВ-80М(Б) 307 1756 230 0,75 2290 КВ3 КВ-60КВП+М 319 1742 229,7 0,72 2291 КВ4 КВ-60КВП+М(Б) 359 1704 230 0,64 2293 ПЦ1 Серый портландцемент 451 1655 227 0,51 2333 ПЦ2 Белый портландцемент 383 1713 228 0,6 2324 Содержание в композиционных вяжущих фракции <0,63 мм отсевов дробления КВП составляет 20%. В соответствии с расчетом, приведенным в Приложении 1, расход отсевов дробления кварцитопесчаника на кубометр бетонной смеси составит: 59 кг на 1 м3 бетонной смеси на основе КВ-80КВП (КВ1); 63,8 кг на 1 м3 бетонной смеси на основе КВ-60КВП+М (КВ3); 71,8 кг на 1 м3 бетонной смеси на основе КВ-60КВП+М(Б) (КВ4). В соответствии с данными табл. 4.1 на указанное количество фракции <0,63 мм приходится: 50,9 кг фр. 0,63…2 мм и 86,2 кг фр. 2…5 мм на 1 м3 бетонной смеси на основе КВ-80КВП (КВ1); 55,1 кг фр. 0,63…2 мм и 93,3 кг фр. 2…5 мм на 1 м3 бетонной смеси на основе КВ-60КВП+М (КВ3); 62,4 кг фр. 0,63…2 мм и 105,6 кг фр. 2…5 мм на 1 м3 бетонной смеси на основе КВ-60КВП+М(Б) (КВ4). Необходимое дополнительное количество песка составит: 1630,9 кг на 1 м3 бетонной смеси на основе КВ-60КВП+М (КВ3); 1593,6 кг на 1 м3 бетонной смеси на основе КВ-60КВП+М (КВ3); 1536 кг на 1 м3 бетонной смеси на основе КВ-60КВП+М(Б) (КВ4). 136 Зная зерновой состав отсевов дробления КВП, природного кварцевого песка и их соотношение, можно рассчитать модуль крупности получаемой смеси (таблица 4.3). Таблица 4.3 – Зерновой состав песка Остаток на сите, мм Продукт Модуль крупности 2,5 1,25 0,63 0,315 0,14 < 0,14 Отсев дробления кварцитопесчаника 44 14 18 7 6 11 3,5 Кварцевый песок 0,1 2,3 6,1 25,6 63,6 2 1,43 5,5 3,3 7,2 24,2 59 1,8 1,67 6 3,6 7,5 23,3 57,8 1,8 1,71 7 3,8 7,7 22,9 56,8 1,8 1,76 Смесь 1 (для вяжущего КВ-80КВП) Смесь 2 (для вяжущего КВ-60КВП+М) Смесь 3 (для вяжущего КВ-60КВП+М(Б)) Таким образом, при полной утилизации отсевов дробления кварцитопесчаника в цикле производства одного вида продукции мелкая фракция (<0,63 мм) применяется в качестве компонента вяжущего, оставшийся материал с размером частиц более 0,63 мм используется взамен 10% кварцевого песка. При этом происходит повышение модуля крупности смеси с 1,4 до 1,7…1,75, с соответствующим снижением водопотребности заполнителя. В связи с применением суперпластификатора и воздухововлекающей добавки, в ходе пробных замесов была произведена корректировка подвижности расчетных составов бетонных смесей. Избыточная подвижность устранялась за счет введения дополнительного количества песка, при этом, согласно рекомендациям [167] В/Ц отношение было уменьшено на 0,04 для компенсации потерь прочности, возникающих из-за дополнительно введенного воздуха. В таблице 4.4 представлено влияние вида и количества мелкого заполнителя на удобоукладываемость бетонных смесей. 137 Таблица 4.4 – Влияние вида и количества мелкого заполнителя на удобоукладываемость бетонных смесей Мелкий заполнитель Состав Вид вяжущего Водо-вяжущее отношение после корректировки Вид Кварцевый песок КВ1 КВ-80КВП 0,74 Смесь 1 (кварцевый песок + отсев дробления) КВ2 КВ-80М(Б) 0,71 Кварцевый песок Кварцевый песок КВ3 КВ-60КВП+М 0,68 Смесь 2 (кварцевый песок + отсев дробления) Кварцевый песок КВ60КВП+М(Б) 0,6 ПЦ1 Серый портландцемент 0,56 Кварцевый песок ПЦ2 Белый портландцемент 0,47 Кварцевый песок КВ4 Смесь 3 (кварцевый песок + отсев дробления) УдобоУвеличение укладырасхода по ваемость отношению к смеси ОК, расчетному см кол-ву, % 0 +4% +8% + 12 % 0 +4% +8% + 12 % 0 +4% +8% + 12 % 0 +4% +8% + 12 % 0 +4% +8% + 12 % 0 +4% +8% + 12 % 0 +4% +8% + 12 % 0 +4% +8% + 12 % 0 +4% +8% + 12 % 22 16 11 6 21 15 10 5 24 18 14 10 23 20 16 11 25 23 18 14 24 23 17 14 25 22 18 13 22 19 16 11 21 18 16 10 138 Зависимости подвижности бетонных смесей от количества дополнительно введенного песка после корректировки водовяжущего отношения показаны на рисунке 4.7. КВ1 (песок) а) 25 КВ1 (смесь) КВ3 (песок) КВ3 (смесь) ОК, см 20 ПЦ1 (песок) 15 10 5 0 2 4 6 8 10 12 Увеличение дозировки мелкого заполнителя, % б) КВ2 (песок) 25 КВ4 (песок) КВ4 (смесь) ПЦ2 (песок) ОК, см 20 15 10 5 0 2 4 6 8 10 12 Увеличение дозировки мелкого заполнителя, % Рисунок 4.7 – Влияние увеличения расхода мелкого заполнителя на удобоукладываемость бетонных смесей: а) на основе серого портландцемента; б) на основе белого портландцемента 139 В соответствии с полученными зависимостями, для обеспечения удобоукладываемости смеси ОК=18 см, необходимо увеличение дозировки песка для составов: – на сером портландцементе: КВ1 – 1,8%; КВ3 – 7,8%; ПЦ1 – 3,7%; – на белом портландцементе: КВ2 – 2%; КВ4 – 8%; ПЦ2 – 4%. Анализируя полученные зависимости, можно установить некоторые закономерности влияния количества мелкого заполнителя на подвижность смесей. 1. Удобоукладываемость смесей при увеличении дозировки мелкого заполнителя более интенсивно снижается в ряду: портландцемент КВ с содержанием клинкерной части 60% КВ с содержанием клинкерной части 80%. В этой же последовательности наблюдается рост активности указанных вяжущих. Для получения заданного класса бетона по прочности требуется меньшее количество вяжущего более высокой активности. Соответственно, происходит снижение доли мелких частиц в бетонной смеси, обеспечивающих ее подвижность, пластичность, стойкость против расслоения. На поверхности частиц вяжущего, ввиду наличия точек с различными зарядами, образуется оболочка, сформированная молекулами пластификатора и водой, выполняющая роль смазки. Внутреннее трение в системе существенно снижается. Проводя аналогии, можно представить роль частиц вяжущего в обеспечении пластичности мелкозернистой бетонной смеси, как роль шариков в подшипнике, обеспечивающих свободное перемещение его обойм относительно друг друга. Так, сухое трение между частицами песка, заменяется на трение через прослойку тонкодисперсных частиц в «антифрикционной» водной и ПАВ оболочке. Увеличение количества мелкого заполнителя приводит к снижению толщины прослойки вяжущего, приводя к снижению удобоукладываемости смеси. Таким образом, для обеспечения высокой удобоукладываемости при получении самоуплотняющихся бетонных смесей невысоких классов по прочности В20-В30, целесообразно использовать композиционные вяжущие с содержанием клинкерной части не более 60%, во избежание перерасхода вяжущего и превышения заданного уровня прочности. 140 2. Композиционные вяжущие ввиду оптимизированного зернового состава и большей удельной поверхности позволяют получать высокоподвижные мелкозернистые бетонные смеси при меньшем расходе клинкерной части. Откорректированные по удобоукладываемости составы бетонных смесей представлены в таблице 4.5. Таблица 4.5 – Итоговые составы бетонных смесей Расход компонентов кг на 1 м3 бетонной смеси Состав Вяжущее Вид вяж. Мелкий заполнитель В том числе Всего СП Sika Возд. Visco вовл. В/Ц Crete 32 Отс. др. доб., Отс. др. вода, л SCC КВП фр. % КВП фр. Песок % 0,63…2 кг 2…5 мм кг мм Ц М КВП <0,63 мм – 47,2 20% 50,9 86,2 1630,9 0,74 220 0,58% 0,15% 1,71 0,44 КВ1 КВ80КВП 295 236 80% КВ2 КВ80КВП(Б) 307 245,6 61,4 80% 20% – – – 1791,1 0,71 218 0,82% 0,15% 2,52 0,46 КВ3 КВ60КВП+М 319 191,4 63,8 60% 20% 63,8 20% 55,1 93,3 1706,6 0,68 217 0,62% 0,15% 1,98 0,48 КВКВ4 60КВП+М (Б) 359 215,4 71,8 60% 20% 71,8 20% 62,4 105,6 1638 0,6 215 0,8% 2,87 0,15% 0,54 ПЦ1 Цемент серый 383 383 – – – – 1713 0,56 214 0,65% 0,15% 2,5 0,57 ПЦ2 Цемент белый 451 451 – – – – 1665 0,47 212 0,65% 0,15% 2,93 0,68 Как видно из таблицы 4.5 составы 1 и 2 на основе разработанных композиционных вяжущих демонстрируют существенную экономию вяжущего 16,7 и 20% соответственно по отношению к аналогичным составам на основе 141 портландцемента. Если для бетонов на базе композиционных вяжущих рассматривать только клинкерную часть, то снижение расхода цемента будет еще выше: 50 и 52 % соответственно для составов 1 и 2. Подобное снижение расхода портландцемента на 1 м3 продукции при переходе от традиционного портландцемента к специализированным композиционным вяжущим объясняется не только более высокой активностью последних. Важными факторами в этом случае являются оптимизация зернового состава вяжущего, улучшение гранулометрии используемого природного песка за счет комплексного использования всех фракций отсевов дробления кварцитопесчаника. Снижение расхода клинкерной составляющей без ущерба для основных свойств бетонной смеси и бетона позволяет минимизировать расход химических добавок, повысить степень наполнения материала инертными компонентами, снижающими усадочные деформации бетона. 4.5 Свойства полученных самоуплотняющихся мелкозернистых бетонов 4.5.1 Оценка эффективности самоуплотнения В соответствии с результатами расчетов составов были изготовлены и испытаны образцы мелкозернистого бетона проектного класса В25 на разработанных композиционных вяжущих и портландцементе с добавкой суперпластификатора и воздухововлекающего агента. Изготовление образцов осуществлялось в соответствии с нормативнотехнической документацией. Перемешивание смеси производилось вручную. Добавки вводились с водой затворения. Фактическая подвижность смеси контролировалась по величине осадки конуса. Формование производилось в формах размерами 10х10х10 см. Было изготовлено 2 партии по 3 образца каждого вида. Твердение первой партии 142 осуществлялось в водной среде в течение 28 сут. Вторая партия подвергалась пропарке по режиму 2+4+2 с температурой изотермической выдержки 60С. Для оценки динамики набора прочности (первая партия) производилось ее определение неразрушающим методом на 3, 7, 14 и 28 (контроль) сутки твердения. Испытание осуществлялось с помощью электронного склерометра типа ОНИКС. Поскольку разрабатываемые бетонные смеси являются самоуплотняющимися, виброуплотнение основных образцов не производилось, однако формы подвергались 5 кратному встряхиванию на встряхивающем столике для лучшего распределения массы и минимизации масштабного фактора (малая высота слоя смеси). Визуально оценивалось водоотделение. Для оценки эффективности, вторая серия образцов того же состава подвергались виброуплотнению на лабораторной виброплощадке в течение 90 с. Ввиду высокой подвижности смеси осуществлялась дополнительная герметизация стыков форм путем проклейки их самоклеящейся лентой. Эффективность самоуплотнения оценивалась по разнице в плотности и прочности образцов. Все составы имели однородную, близкую к литой консистенцию. Через некоторое время после прекращения перемешивания на поверхности бетонной смеси составов КВ3, ПЦ1 и ПЦ2 выступало небольшое количество воды, при этом масса в целом оставалась достаточно однородной. При виброуплонении составов происходило их расслоение с образованием на поверхности слоя цементного молока. Основные физико-механические показатели бетонов различных составов представлены в таблице 4.6. 143 Таблица 4.6 – Сравнительные показатели свойств мелкозернистых бетонов при само- и виброуплотнении (естественное твердение, 28 сут.) Бетон Бетонная смесь Сост. КВ1 КВ2 КВ3 КВ4 ПЦ1 ПЦ2 Средняя Удобоплотность укладысмеси, ваемость 3 кг/м ОК, см 2190 2205 2214 2250 2210 2245 18 17 18 18 19 20 Водоотделение (визуально) Средняя Прочность ВодоВид плотность при Фактический Морозостойкость, поглощение, уплотнения* бетона, сжатии, класс бетона циклов % масс 3 кг/м МПа Незначительное Отсутствует Незначительное Отсутствует Незначительное Незначительное * СУ – самоуплотнение, ВУ - виброуплотнение СУ 2057 34,4 В25 6,9 >100 ВУ 2185 39,5 В30 6,1 – СУ 2080 33,5 В25 6,2 >100 ВУ 2190 38,4 В25 5,7 – СУ 2058 35,7 В25 5,2 >150 ВУ 2130 39,0 В30 4,7 – СУ 2102 32,1 В25 4,8 >150 ВУ 2160 35,6 В25 4,2 – СУ 2070 33,6 В25 5,7 >100 ВУ 2190 40,5 В30 4 – СУ 2029 32,5 В25 6,1 >100 ВУ 2156 38,7 В30 4,2 – 144 Как видно из таблицы, проектный класс, с определенным запасом, достигался при самоуплотнении смесей. Однако, виброуплотнение во всех случаях, ожидаемо, позволяло повысить плотность и прочность бетона. На диаграмме (рисунок 4.8) показано приращение прочности и плотности в результате самоуплотнения. 25 Прирост средней плотности (%) за счёт виброуплотнения 20,5 19,1 Прирост показателя, % 20 14,8 14,6 15 Прирост прочности (%) за счёт виброуплотнения 10,9 9,2 10 6,2 5,8 5,3 5 3,5 6,3 2,8 0 КВ1 КВ2 КВ3 КВ4 ПЦ1 ПЦ2 Состав Рисунок 4.8 – Оценка эффективности самоуплотнения Составы КВ1 и КВ2, на композиционных вяжущих с содержанием клинкерной части 80%, при самоуплотнении имеют меньшую прочность, чем составы КВ3 и КВ4, с содержанием клинкерной части в вяжущем 60%. Причиной этого является более высокая активность вяжущих в составах КВ1 и КВ2, что приводит к снижению количества вяжущего в бетонной смеси. Это негативно сказывается на способности таких смесей к самоуплотнению под 145 действием гравитационных сил, поскольку именно цементный клей обеспечивает снижение внутреннего трения между частицами. Возникает недостаток мелких частиц в смеси. Сравнивая составы на основе композиционных вяжущих, оптимизированных для получения самоуплотняющихся смесей КВ3 и КВ4 с соcтавами на основе традиционного портландцемента (ПЦ1 и ПЦ2), можно отметить, что последние имеют существенно больший прирост рассматриваемых показателей в результате виброуплотнения. Это свидетельствует о не оптимальности их характеристик для уплотнения под действием собственного веса, и требует приложения к ним дополнительных энергозатрат или перерасхода вяжущего для компенсации недобора прочности. Необходимость виброуплотнения усложняет работу с такими смесями, повышает требования к конструкции форм. Смеси КВ3 и КВ4 на основе композиционных вяжущих достаточно эффективно самоуплотняются. Прирост плотности и прочности при принудительном уплотнении в 1,5…2 раза ниже, чем у контрольных, что свидетельствует о более полной реализации потенциала вяжущего. Поскольку все составы имеют примерно одинаковую подвижность, объяснением данному факту может служить благоприятный зерновой состав композиционных вяжущих, целенаправленно разработанных для целей получения самоуплотняющихся бетонных смесей. Оптимизированная гранулометрия, наряду с действием суперпластификатора, способствует снижению внутреннего трения в бетонной смеси. Вторым фактором, положительно влияющим на уплотнение под действием собственного веса, может являться наличие укрупняющей добавки из крупных фракций отсевов КВП. Более крупные частицы сами по себе имеют повышенную плотность и, возможно в некоторой степени, уплотняют находящуюся под ними смесь. На прирост плотности и прочности виброуплотненных смесей также, вероятно, оказало влияние удаление части вовлеченного за счет поризующей 146 добавки воздуха. Данное явление может негативно отразиться на долговечности материала, особенно при воздействии мороза. Введение воздуховолекающих добавок в подвижные смеси, подвергаемые виброуплотнению, нерационально. Таким образом, достаточная эффективность самоуплотнения самоуплотняющихся мелкозернистых бетонных смесей обеспечивается за счет следующих факторов: 1. Оптимизированный зерновой состав вяжущего, заключающийся в обеспечении нормированного содержания в смеси мелких частиц (<9 мкм). Указанные частицы в сочетании с пластифицирующей добавкой и водой способствуют формированию на поверхности более крупных частиц высокоподвижного антифрикционного слоя, снижающего внутреннее трение в смеси. 2. Достаточно высокий расход вяжущего в бетонной смеси, необходимый для формирования достаточной толщины антифрикционного слоя на поверхности крупных частиц (мелкий заполнитель, крупные частицы вяжущего). В рассматриваемой системе расход вяжущего должен быть не ниже 300 кг/м 3. В связи с этим большую эффективность самоуплотнения при получении бетона класса В25 демонстрируют составы КВ3 и КВ4 на композиционных вяжущих с содержанием клинкерной части 60%. 4.5.2 Влияние вида вяжущего на кинетику набора прочности Как уже упоминалось ранее, возможность отказаться от тепловой обработки создает дополнительные преимущества для производителя за счет экономии энергоресурсов и снижения затрат на оборудование. В связи с этим была изучена скорость твердения бетонов на композиционных вяжущих и портландцементах. Результаты представлены в таблице 4.7 и на рисунке 4.9. 147 Таблица 4.7 – Скорость набора прочности бетонами проектного класса В25 различных составов (естественное твердение) 3 сут. 7 сут. 14 сут. 28 сут. Rсж, МПа (разруш. метод) КВ1 23,2 26,8 27,9 33,2 34,4 3,5 КВ2 21,2 23,9 26,5 34,7 33,5 -3,6 КВ3 18,7 25,7 27,5 32,5 35,7 9 КВ4 16,6 22,5 25,9 31 32,1 3,4 ПЦ1 12,3 20,1 28,7 34,5 33,6 -2,7 ПЦ2 9,5 16,8 22,5 28,7 32,5 11,7 Rсж, МПа (неразрушающий метод) Состав Расхождение, % Предел прочности при сжатии, МПа . 35 30 25 20 15 КВ3 ПЦ1 КВ1 10 КВ4 ПЦ2 КВ2 5 0 0 5 10 15 20 25 Возраст бетона, сут Рисунок 4.9 – Скорость твердения бетонов Сочетание прочности при разрушающего изучении и скорости неразрушающего твердения, методов позволяет определения отказаться от 148 изготовления большого количества образцов, существенно снизить трудоемкость испытаний, получить большой массив данных. По заявлению производителей, приборы неразрушающего контроля обеспечивают достаточно высокую точность результатов за счет большого количества замеров (в данном случае 10) и их статистической обработки, осуществляемой микропроцессором устройства. В случае проведения определения прочности тех же образцов традиционным методом, появляется возможность оценить расхождение результатов, которое вызвано, в большей степени, не погрешностью прибора, а тем, что оценивается поверхностная прочность материала. Различие между поверхностной и объемной прочностями увеличивается по мере снижения плотности материала и увеличения содержания в нем крупного заполнителя, создающего локальные участки с повышенной прочностью. Таким образом, для мелкозернистых бетонов применение рассматриваемой методики дает приемлемую точность. Как видно из графиков (рисунок 4.9) вид вяжущего оказывает влияние на скорость набора прочности бетонов. Во временном интервале 0-10 сут. прочность образцов на композиционных вяжущих в 1,25…1,5 раза превышает прочность контрольных образцов на портландцементе. Объяснением этому может служить более высокая удельная поверхность клинкерной составляющей композиционных вяжущих, что приводит к ускорению гидратационных процессов в ранний период. Аналогией в данном случае могут послужить быстротвердеющие портландцементы, имеющие повышенную дисперсность частиц. Составы КВ1 и КВ2 на композиционных вяжущих имеют более высокие темпы набора прочности в интервале 1-12 сут., чем составы КВ3 и КВ4 за счет большего содержания в них тонкодисперсной клинкерной составляющей. Еще одним фактором, благоприятным для структурообразования в ранний период, является уменьшенный объем свободного пространства между частицами композиционного вяжущего. Этому способствует наличие частиц минеральной добавки определенных размеров. При этом сокращаются промежутки, которые должны быть заполнены новообразованиями кристаллического сростка – цементного камня. для получения прочного 149 Сродство применяемых минеральных добавок к портландцементу также способствуют образованию прочного пространственного каркаса. Причиной более медленного нарастания прочности образцов на основе портландцемента, даже при большем его расходе, является меньшая площадь реакционноспособной поверхности клинкерных частиц. При этом имеет место известное явление блокирования доступа воды к непрореагировавшему веществу зерен цемента плотным слоем новообразований на поверхности частиц. Также имеет место более высокая пустотность цементных частиц, приводящая как к использованию дополнительного количества воды, так и необходимости заполнения новообразованиями больших объемов для получения однородного кристаллического сростка. К положительным моментам наличия в бетоне существенного количества непрогидратировавшего клинкерного материала можно отнести склонность таких композитов к самозалечиванию, возникающих при эксплуатации дефектов – микротрещин. В бетонах на композиционных вяжущих данный фактор, вероятно, будет проявляться слабо. В целом, составы КВ1-КВ4 на основе композиционных вяжущих приобретают на 3-и сутки порядка 40…45% от максимальной прочности, а на 7-е – 60…65%. Данный факт позволяет отказаться от тепловой обработки бетонов, при круглогодичном наличии благоприятных условий для твердения (температура около 20ºС). Отказ от тепловой обработки декоративных бетонов важен так же и с точки зрения сохранения яркости окраски, которая снижается за счет неизбежного появления высолов на поверхности материала после пропаривания. 4.5.3 Особенности твердения самоуплотняющихся мелкозернистых бетонов при тепловой обработке Как было показано выше, бетоны на разработанных композиционных вяжущих имеют хорошую динамику набора прочности в нормальных условиях. Однако, для обеспечения выпуска продукции в холодное время года практический 150 интерес представляет информация о твердении бетонов на разработанных вяжущих при тепловлажностной обработке. Тепловая обработка производилась в среде насыщенного пара. Режим 2+4+2, температура изотермической выдержки 60ºС. Основные показатели свойств материалов после пропаривания представлены в таблице 4.8. Таблица 4.8 – Физико-механические показатели образцов после ТВО Состав Средняя плотность, кг/м3 Прочность при сжатии, МПа ТВО естест. тверд. Доля набранной при ТВО прочности, % Влажность после ТВО, % Дефекты КВ1 2090 25,6 34,4 74 5 Светлый налет КВ2 2130 24,5 33,5 73 4,9 --//-- КВ3 2120 23,4 35,7 66 4 --//-- КВ4 2085 23,9 32,1 74 4,3 --//-- ПЦ1 2090 29,5 33,6 88 4,7 --//-- ПЦ2 2135 27,8 32,5 86 4,4 --//-- Прочность бетона на основе разработанных композиционных вяжущих, подвергавшегося тепловой обработке, в среднем на 25…35% ниже аналогичного показателя при естественном твердении. Недобор прочности контрольных составов (на основе портландцемента) значительно ниже и составляет 12...14%. Как известно, на ряду с ускорением протекания физико-химических процессов, повышение температуры создает предпосылки для возникновения дефектов структуры материала, снижающих его прочность. В частности, при тепловой обработке в материале имеет место значительный тепло- и массоперенос, приводящий, при неблагоприятном развитии, к возникновению градиентов влажностей и температур, вызывающих появление существенных внутренних напряжений, которым не набравший определенной прочности материал не может противостоять. Контракционные усадочные деформации, 151 интенсивно развивающиеся в течение нескольких часов вместо 28 сут., также могут стать причиной возникновения микродефектов. Также негативным эффектом тепловой обработки может стать образование на поверхности клинкерных частиц плотных оболочек новообразований, затрудняющих их дальнейшую гидратацию. Одной из наиболее вероятных причин недобора прочности самоуплотняющимися мелкозернистыми бетонами на основе разработанных композиционных вяжущих является быстрое обрастание клинкерных частиц продуктами гидратации гранулометрии, ввиду свободного уменьшенного, межзернового за счет пространства. При оптимизации этом рост кристаллов гидросиликатов кальция уже в раннем периоде происходит не в свободном объеме, а в ограниченном пространстве между соседними частицами (в т.ч. минеральных добавок), что приводит к уплотнению гидратного слоя и снижения его проницаемости для воды. При твердении в естественных условиях данное явление менее выражено, поскольку из-за низкой скорости протекания реакций, наряду с образованием новых, происходит перекристаллизация ранее образовавшихся продуктов. Новообразования не начинают уплотняться вокруг клинкерных частиц, пока не заполняется весь имеющийся свободный объем между частицами минеральных добавок и заполнителя. Еще одной вероятной причиной пониженной прочности образцов на композиционных вяжущих, подвергшихся ТВО, является меньшее содержание клинкерной составляющей. Это приводит к уменьшению энергии, выделяющейся за счет экзотермических реакций. Внутренняя температура бетона в этом случае нарастает с меньшей Противодействием скоростью, данному явлению приводя к может стать недобору прочности. увеличение времени изотермической выдержки на 15...20%. Таким образом, бетоны на разработанных вяжущих не целесообразно подвергать тепловлажностной обработке. В случае наличия необходимости обеспечения ускоренного набора прочности тепловую обработку желательно производить в мягком режиме с максимальной температурой 45...50С и 152 увеличенной продолжительностью изотермической выдержки. При указанной температуре сохраняются благоприятные условия для образования гидрокарбоалюминатов кальция, о чем упоминалось в главе 3. 4.5.4 Изучение процесса усадки самоуплотняющихся мелкозернистых бетонов различных составов Одним из факторов, влияющих на долговечность бетона является величина и характер нарастания усадочных деформаций. Определение усадки при твердении производилось на образцах-балочках 4х4х16 см. Изменение размеров образцов производилось индикатором часового типа, закрепленным в специальном штативе, обеспечивавшем неизменность расстояния между ним и основанием, на которое помещались образцы. Для обеспечения фиксации образца в приборе и постоянства базы замера, к центру торцов балочки предварительно приклеивались металлические шайбы. Измерения производились каждые 5 сут. в период с 3 по 28 сутки твердения. Хранение образцов производилось в воде. В дальнейшем определялась усадка в возрасте 2, 4 и 6 месяцев, при хранении материала в воздушно-сухих условиях лаборатории. Результаты испытаний показаны на рисунке 4.10. Как известно усадка бетона при твердении бывает двух видов: контракционная и влажностная. Контракционная усадка – развивается вследствие химических реакций, происходящих в бетоне при взаимодействии воды и минералов цемента. При этом гидраты, образующиеся в ходе химического взаимодействия, имеют меньший объем, чем исходные материалы. Считается, что контракционная усадка почти не отражается на объеме изделий из бетона, а приводит к возрастанию пористости бетона. Степень такой усадки напрямую зависит от минерального состава и степени гидратации цемента. Влажностная усадка – связана с высыханием бетона и превышает контракционную в 5-10 раз. Влажностная усадка бетона проходит в 2 стадии, 153 пластическую (первичную), и по мере высыхания и твердения бетона (гидравлическую). Пластическая усадка бетона интенсивно развивается в первые 30 минут – полтора часа после укладки бетона и связана с впитыванием воды опалубкой, основанием, выделением ее из бетонной смеси, испарением. Чем меньше в бетоне воды, тем меньше степень пластической усадки, чем больше поверхность конструкций по площади, чем меньше в ней арматуры – тем сильнее выражена пластическая усадка бетона. Если в условиях жаркого климата бетон не получает необходимого влажностного ухода, пластическая усадка приводит к а) Величина усадочных деформаций, мм/м образованию трещин. 0,6 Серый цемент К1 0,5 К3 0,4 ПЦ1 Твердение в воде 0,3 0,2 Твердение на воздухе 0,1 0 3 8 13 18 б) Величина усадочных деформаций, мм/м Сутки 23 28 2м 4м 6м Месяцы Возраст бетона 0,6 Белый цемент 0,5 К2 К4 ПЦ2 0,4 Твердение в воде 0,3 0,2 Твердение на воздухе 0,1 0 3 8 13 18 Сутки 23 28 Возраст бетона 2м 4м 6м Месяцы Рисунок 4.10 – Развитие усадочных деформаций бетона во времени а) на основе серого цемента; б) на основе белого цемента 154 После схватывания бетона идут процессы его твердения, которые сопровождаются гидравлической усадкой. Она в 5-10 раз меньше пластической, однако, отражается на поведении бетона наибольшим образом. По мере испарения воды, потери ее из межкристаллических пространств, происходит уменьшение объема цементного камня во всех слоях бетона, что создает внутренние напряжения, которые наиболее выражены при неравномерном высыхании бетона. Это может стать причиной трещин, снижения непроницаемости, морозостойкости и прочности бетона. В результате анализа большого количества данных [145] была установлена закономерность, которая заключается в том, что суммарное влияние на усадку бетона технологических факторов удается практически однозначно выразить через один параметр – расход воды, независимо от дозировки остальных составляющих бетонной смеси. Как видно из рисунка 4.10, во время твердения в водной среде (1-28 сут.) усадочные деформации составов КВ3 и КВ4 на основе композиционных вяжущих с пониженным (до 60%) содержанием клинкерной части незначительно (на 0,04...0,05 мм/м) ниже контрольных составов на основе портландцемента при их общей величине 0,15...0,2 мм/м. Наиболее вероятной причиной произошедших деформаций является уменьшение объема новообразований по сравнению с объемом исходных продуктов. Усадка бетонов составов КВ1 и КВ2 на основе вяжущих с содержанием клинкерной части 80% в период 3-20 сут. выше, чем у составов КВ3 и КВ4. Это вызвано более высокой скоростью протекания химических реакций ввиду большего содержания в таких составах высокодисперсных клинкерных частиц. К 28 суткам, скорость протекания усадки составов КВ1 и КВ2 снижается, а ее величина приближается к аналогичному показателю составов КВ3 и КВ4. Результаты определения величины усадочных деформаций хорошо согласуются с результатами кинетики твердения составов. Меньшая деформация образцов на основе композиционных вяжущих может быть объяснена меньшим содержанием в них клинкерной составляющей и более плотным расположением частиц. 155 На этапе хранения в воздушно-сухих условиях в течение полугода, величина усадочных деформаций ощутимо возрастает, достигая для образцов на основе композиционных вяжущих 0,4...0,45 мм/м и 0,57...0,63 мм/м для цементных образцов. Полученные значения усадочных деформаций являются типичными для мелкозернистых бетонов. Различие между усадкой основных и контрольных образцов, вероятно объясняется несколько большим исходным В/Т смесей на основе портландцемента. 4.5.5 Влияние состава самоуплотняющегося мелкозернистого бетона на строение порового пространства Для выявления особенностей строения порового пространства материалов была изучена динамика поглощения образцами воды. Эксперимент проводился следующим образом: высушенные до постоянной массы образцы-балочки (4х4х16 см) измерялись и взвешивались. Подготовленные образцы помещались в воду и подвергались взвешиванию каждые 15 мин. до достижения 2 часов, затем через каждый час до 6 часов. По изменению массы вычислялась величина водопоглощения по объему на каждый момент времени, а также рассчитывалось итоговое водопоглощение материала по массе. Для сопоставления испытаниям подвергался также образец состава Ц:П=1:3, на основе портландцемента ЦЕМI 42,5Н с В/Ц=0,55. В таблице 4.9 представлено изменение количества поглощенной бетонами воды в зависимости от времени. На основании данных таблицы 4.9, были вычислены водопоглощения по объему в различные моменты времени. величины 156 Таблица 4.9 – Изменение количества поглощенной бетонами воды в зависимости от времени Водопоглощение образцов, г Состав 15 мин 30 мин 45 мин 60 мин 75 мин 90 мин 105 мин 120 мин 180 мин 240 мин 300 мин 360 мин КВ1 8 13 18 23 24 28 28,8 30 32 33 34 34 КВ2 9 12 19 22 24,5 27,4 29,5 31 33 32 33 33,4 КВ3 7 12 17 21 23,3 26,8 27,2 28,7 31 32 33 33,5 КВ4 8 12 16 22 24 29 30 30,5 31 31 31 31,5 ПЦ1 4 7 10 14 18 21 23 24 25 26 26,5 26,5 ПЦ2 5 7 11 15 17 22 24 25 26 27 27,5 28 ЦП 15 22,9 26,3 29,8 31,5 34 36 36,8 38 38,5 38,5 38,5 Из графика видно, что наиболее интенсивно поглощение воды происходит в течение 60…80 мин. с момента погружения материала. В период времени с 80 по 130 мин. происходит замедление процесса, связанное с заполнением большей части пор водой. В следующий рассмотренный период времени (до 360 мин.) масса образцов либо медленно и незначительно прирастает, либо остается неизменной. На рисунке 4.11 представлена динамика водопоглощения образцов различных составов. Наибольшую скорость поглощения воды демонстрирует контрольный цементно-песчаный образец. В интервале времени 0…20 мин. угол наклона кривой скорости поглощения воды приближается к 80º. Это свидетельствует о наличии развитой сети достаточно крупных капиллярных пор, позволяющих воде быстро проникать в центр материала. Подобное явление является нежелательным с точки зрения долговечности материала по части морозо- и коррозионной стойкости. Дальнейшее поглощение воды связано с перераспределением ее 157 внутри материала, заполнением мелких капилляров, не имеющих выхода на поверхность. б) а) 16 14 Водопоглощение по объёму, % 14 Водопоглощение по объёму, % 16 12 10 8 КВ1 6 КВ3 4 ПЦ1 2 ЦП 0 12 10 8 6 КВ2 4 КВ4 2 ПЦ2 0 0 60 120 180 240 300 360 Время нахождения в воде, мин 0 60 120 180 240 300 360 Время нахождения в воде, мин Рисунок 4.11 – Динамика водопоглощения образцов различных составов а) на основе серого цемента; б) на основе белого цемента Скорость поглощения воды самоуплотняющимися мелкозернистыми бетонами на основе композиционных вяжущих в целом ниже, чем у цементнопесчаного образца. Следует учитывать, что в материале присутствует порядка 3…4% ячеистых пор, образовавшихся за счет введения воздухововлекающей добавки. Заполнение этих пор происходит через капилляры, сообщающиеся с поверхностью. Таким образом, в материале имеется достаточный свободный объем для размещения воды. С учетом этого можно выдвинуть предположение, 158 что капиллярная пористость материалов на композиционных вяжущих существенно меньше, чем у обычного цементно-песчаного бетона. Имеет место иная схема поглощения воды. В традиционном цементнопесчаном материале основной объем воды размещается непосредственно в капиллярной пористости, а в разработанных материалах капилляры служат транспортной системой для заполнения макропор. Подобная структура строения порового пространства является более благоприятной с точки зрения обеспечения морозостойкости, поскольку известно, что температура замерзания воды снижается при уменьшении диаметра капиллярной поры, достигая, для самых мелких из них -8…-9С. Также имеется большой свободный объем в виде ячеистых пор, для вытеснения воды из капилляров при промерзании от поверхности вглубь изделия. В тоже время снижение диаметра капилляра увеличивает высоту подъема жидкости в нем. Рассмотренная структура является предпочтительной также и с точки зрения противодействия агрессивным веществам, попадающим на поверхность материала. В этом случае, при близкой величине водопоглощения, по сравнению с традиционным цементно-песчаным материалом, совокупная площадь поверхности пор материала на композиционном вяжущем будет существенно меньше, т.к. половина их объема образована ячеистыми порами. Поскольку скорость протекания химических реакций связана с величиной реакционноспособной поверхности, вероятно снижение скорости протекания внутренней химической коррозии. Также меньшее количество и размер капиллярных пор облегчают их кольматацию продуктами реакции, и прекращение попадания химически активных веществ внутрь материала. 4.6 Выводы 1. При получении бетонов на основе композиционных вяжущих с использованием отсевов дробления кварцитопесчаника возможна реализация двух стратегий их использования: 1. полная утилизация одной или нескольких фракций 159 продукта, с накоплением оставшихся для применения в других целях или технологических циклах (принцип – «отобрать лучшее»); 2. полная утилизация всех фракций в технологическом цикле производства одного вида продукции. Вторая стратегия является предпочтительной при выпуске небольших объемов однотипной продукции. 2. При полной утилизации отходов дробления КВП в технологическом цикле производства одного вида изделий, добавление фракции отсевов дробления КВП размером >0,63 мм, оставшейся после получения композиционного вяжущего, к песку, позволяет увеличить его модуль крупности с 1,4 до 1,7…1,75, и снизить его водопотребность. 3. Замена портландцемента разработанными композиционными вяжущими более высокой активности обеспечивает снижение расхода клинкерной составляющей на 40…45%. Важными факторами в этом случае являются оптимизация зернового состава вяжущего, улучшение гранулометрии используемого природного песка за счет комплексного использования всех фракций отсевов дробления кварцитопесчаника. 4. Разработанные составы мелкозернистых бетонов на композиционных вяжущих демонстрируют хорошую способность к самоуплотнению, выражающуюся в приросте прочности за счет виброуплотнения на 9…10%, против 19…20% у контрольных образцов на базе портландцемента. 5. Удобоукладываемость смесей при увеличении дозировки мелкого заполнителя более интенсивно снижается в ряду: портландцемент КВ с содержанием клинкерной части 60% КВ с содержанием клинкерной части 80%. Для получения заданного класса бетона по прочности требуется меньшее количество вяжущего более высокой активности. Соответственно, происходит снижение доли мелких частиц в бетонной смеси, обеспечивающих ее подвижность, пластичность, стойкость против расслоения. На поверхности частиц вяжущего, ввиду наличия точек с различными зарядами, образуется оболочка, сформированная молекулами пластификатора и водой, выполняющая роль смазки. Внутреннее трение в системе существенно снижается. Проводя аналогии, можно представить 160 роль частиц вяжущего в обеспечении пластичности мелкозернистой бетонной смеси, как роль шариков в подшипнике, обеспечивающих свободное перемещение его обойм относительно друг друга. Так, сухое трение между частицами песка, заменяется на трение через прослойку тонкодисперсных частиц в «антифрикционной» водной и ПАВ оболочке. Увеличение количества мелкого заполнителя приводит к снижению толщины прослойки вяжущего, приводя к снижению удобоукладываемости смеси. Поэтому для бетонов невысоких классов по прочности (в частности В25) целесообразно использовать композиционные вяжущие с содержанием клинкерной части не выше 60%. 6. Прочность бетонов на разработанных композиционных вяжущих во временном интервале 0-10 сут. в 1,25…1,5 раза превышает прочность контрольных составов такого же класса на портландцементе. Объяснением этому может служить более высокая удельная поверхность клинкерной составляющей композиционных вяжущих, что приводит к ускорению гидратационных процессов в ранний период, а также уменьшенный, за счет наличия частиц минеральной добавки определенных размеров объем свободного пространства между частицами композиционного вяжущего. При этом сокращается время, за которое новообразования заполняют свободный объем для получения прочного кристаллического сростка. Сродство применяемых минеральных добавок к портландцементу так же способствуют образованию прочного пространственного каркаса. 7. Материалы на основе разработанных композиционных вяжущих не целесообразно подвергать тепловлажностной обработке. Прочность бетона, на подвергавшегося тепловой обработке на 25…35% ниже аналогичного показателя при естественном твердении. Это является следствием быстрого обрастания клинкерных частиц продуктами гидратации ввиду уменьшенного, за счет оптимизации гранулометрии, свободного межзернового пространства. Рост кристаллов гидросиликатов кальция уже в раннем периоде происходит не в свободном объеме, а в ограниченном пространстве между соседними частицами 161 (в том числе минеральных добавок), что приводит к избыточному уплотнению гидратного слоя и снижения его проницаемости для воды. В случае наличия необходимости обеспечения ускоренного набора прочности тепловую обработку желательно производить в мягком режиме с максимальной температурой 45...50С и увеличенной продолжительностью изотермической выдержки 8. Величина усадочных деформаций при хранении на воздухе за 6 мес. составила 0,4...0,45 мм/м, что является приемлемым показателем для мелкозернистых бетонов. 9. При изучении динамики поглощения воды установлено, что в традиционном цементно-песчаном материале основной объем воды размещается непосредственно в капиллярной пористости, а в разработанных материалах капилляры служат транспортной системой для заполнения макропор. Подобная структура строения порового пространства является более благоприятной с точки зрения обеспечения морозостойкости, поскольку температура замерзания воды снижается при уменьшении диаметра капиллярной поры, и имеется достаточный свободный объем в виде ячеистых пор, для вытеснения воды из капилляров при промерзании от поверхности вглубь изделия. Подобная структура строения порового пространства является предпочтительной так же и с точки зрения противодействия коррозионным процессам из-за меньшей площади сечения пор и склонности тонких капилляров к кольматации продуктами реакции блокирования доступа химически активных веществ внутрь материала. и 162 5 ВНЕДРЕНИЕ И ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ РАБОТЫ Для формирования облегчающего готового заинтересованным осуществленных разработок, решения лицам была «материал принятие осуществлена – технология», решения в разработка пользу технологии производства композиционных вяжущих и самоуплотняющихся бетонов для малых архитектурных форм на их основе, подготовлены основные нормативные документы, произведено технико-экономическое обоснование целесообразности организации производства. В ходе внедрения результатов научно-исследовательской работы были разработаны, получены и зарегистрированы документы: 1. Расчет состава бетона (Приложение 1). 2. Справка о внедрении результатов научно-исследовательской работы в учебный процесс (Приложение 2). 3. Протоколы о намерениях внедрения результатов диссертационной работы (Приложения 3, 4). 4. Стандарт архитектурных организации форм. «Бетон Технические самоуплотняющийся условия» СТО для малых 02066339-014-2014 (Приложение 5). 5. Рекомендации на изготовление самоуплотняющегося бетона для малых архитектурных форм (Приложение 6). 6. Свидетельство о регистрации ноу-хау № 20140019, 2014 г. «Композиционные вяжущие» (Приложение 7). 5.1 Разработка технологии производства изделий Композиционные вяжущие достаточно прочно вошли в практику строительства в тех случаях, когда стоимость или показатели свойств традиционного портландцемента не оптимальны для решаемой задачи. 163 Примерами могут послужить составы для укрепления оснований автомобильных дорог, заполнения шахтных выработок и т.п. Оправданность таких решений давно подтверждена практикой. Изготовление декоративных изделий на основе композиционных вяжущих требует изменения приоритетов и иного подхода к организации производства. Данный вид продукции хорошо вписывается в формирующуюся концепцию необходимости целенаправленного создания композиционных вяжущих под конкретную задачу. В связи с этим приготовление вяжущего можно считать неотъемлемой частью технологического цикла изготовления изделий. Можно выделить два основных технологических блока: 1. Приготовление бетонной смеси, включая получение вяжущего. 2. Изготовление изделий. Для уточнения отдельных параметров следует оценить предполагаемую мощность производства. Ввиду сравнительно небольшой бетоноемкости декоративных изделий и повышенной сложности конфигураций форм, не позволяющей содержать их большой парк, суточную мощность производства по бетону зададим на уровне 10 м3. При среднем объеме бетона в изделии 0,15…0,3 м3, это будет соответствовать 30…60 изделиям в сутки. Планируемый годовой объем выпуска, при 250 рабочих сутках, составит 2500 м 3. Увеличение производственной мощности до 25% возможно за счет перехода на непрерывный режим работы (около 340 рабочих суток в год). Дальнейшее наращивание мощности возможно через создание параллельных технологических цепочек, использующих общие сырьевые и складские мощности. 5.1.1 Приготовление композиционного вяжущего и бетонной смеси на его основе Складирование сырьевых компонентов, ввиду небольшой годовой мощности производства предполагается осуществлять в закрытых складах. 164 Такое решение позволяет сократить затраты на специализированное складское оборудование, увеличивая, однако, потребность в производственных площадях. Сведения о потребности и запасах материалов представлены в таблице 5.1. Таблица 5.1 – Сведения о запасах и расходе сырья Компонент Ед. изм Портландцемент Отсев дробления КВП Мел молотый (МТД 1) Песок Суперпластификатор Воздухововл. доб. Интенсификатор помола Пигмент 2 1 т т т т кг кг кг кг Расход На 1 м3 0,203 0,226 0,068 1,67 2,43 0,51 0,3 – сут 2,03 2,26 0,68 16,7 24,3 5,1 3 – Хранимый запас год 507,5 565 170 4175 6075 1275 750 – сут 30 120 30 23 60 60 60 60(/2) нат. ед 60,9 271,2 20,4 384 1458 306 180 – 1) Запасы по портландцементу устанавливаются общие для белого и рядового, соотношение между ними может быть определено после анализа спроса и уточнения производственной программы; здесь и далее указан средний расход компонента. 2) Расход и количество хранимого пигмента зависит от спроса на тот или иной вид окрашенной продукции. Поскольку песок является местным, легкодоступным сырьем, объем его запаса должен обеспечивать 15 сут. работы производства. Хранение песка должно производиться в отапливаемом вентилируемом помещении, что позволит избежать его смерзания в холодное время года, а также негативного влияния температуры на свойства бетонной смеси. Загрузка новых партий песка в холодное время года должна производиться таким образом, чтобы их время пребывания на складе составляло не менее 7 сут., что необходимо для стабилизации его температуры и влажности. С учетом этого объем запаса песка должен составлять не менее 23 суточной потребности. Наиболее сложным, с точки зрения подготовки к использованию компонентом, является отсев дробления кварцитопесчаника. В связи с необходимостью производить отделение фракции с размером частиц менее 165 0,63 мм, влажность данного продукта не должна превышать 2…3%. Осуществлять принудительную сушку отсевов дробления КВП не рационально ввиду небольшой потребности в них. Более рациональным подходом может являться их длительное выдерживание на отапливаемом вентилируемом складе, обеспечивающее снижение влажности до приемлемой величины. Загрузку отсевов на хранение желательно производить в теплое время года в момент, когда их естественная влажность минимальна. В случае невозможности создания запаса сухого продукта, необходимо задействовать в помещении хранения отсевов дробления систему вентиляции непосредственно после их загрузки. Установим объем хранимого запаса кварцитопесчаника в размере 120 сут. потребности. Пополнение запаса следует производить таким образом, чтобы время пребывания на складе составляло не менее 60 сут. Доставку автомобильным портландцементов транспортом и в мела предполагается крупной осуществлять фасовке (биг-бегах). Хранение необходимо организовывать на отапливаемом и вентилируемом складе отдельно от песка и отсевов дробления КВП во избежание увлажнения. Запас портландцементов ввиду относительно небольшого расстояния транспортировки установим в размере 30 сут. потребности. Небольшой хранимый запас позволит избежать создания избыточных запасов одного из видов портландцемента при увеличении потребности в другом. Запас мела также установим на 30 сут. работы производства. Хранение пигментов предполагается организовать совместно с портландцементом, поскольку требования к условиям их складирования очень близки. Потребность в пигментах зависит от текущего спроса на тот или иной вид продукции, поэтому на данном этапе может быть установлена лишь условно: на 60 сут. работы, при выпуске 50% окрашенной продукции. Доставка – автотранспортом. Хранение химических добавок также возможно осуществлять в одном помещении с портландцементом, выделив отдельный участок. Объем хранения установим в размере 60 сут. потребности. Доставка на производство – автотранспортом. 166 Технологическая схема приготовления композиционного вяжущего показана на рисунке 5.1. Портландцемент со склада Отсевы дробления КВП со склада Мел со склада <0,63 мм >0,63 мм Расходные бункера мельниц Мел ПЦ Добавка ускоритель помола Вибросито КВП Весовой дозатор Мельница А Мельница Б В расходные бункера бетоносмесительного узла Рисунок 5.1 – Технологическая схема приготовления вяжущего Биг-беги с портландцементом и мелом помещаются в растариватели, установленные выше уровня расходных бункеров мельниц. Заполнение последних происходит под действием гравитационных сил. Отсевы дробления скиповым подъемником подаются в расходный бункер вибросита, расположенного на высокой отметке. Мелкая фракция (менее 0,63 мм) направляется в соответствующий расходный бункер мельниц, а крупная фракция (более 0,63 мм) – в расходный бункер бетоносмесительного узла. Подача отсевов дробления на вибросито осуществляется через сетку с отверстиями 10 мм для предотвращения попадания крупных частиц щебня. Удаление задержанных крупных частиц осуществляется периодически вручную. Предусмотрено использование двух мельниц. Не смотря на более высокие затраты данная мера призвана обеспечить бесперебойную работу производства в 167 случае поломки или планового обслуживания одной из них; дает возможность готовить одновременно два вида вяжущего; формирует запас производственной мощности. Работа мельниц планируется в цикличном режиме. Загрузка компонентов вяжущего в мельницу осуществляется последовательно, через весовой дозатор, способный обслуживать оба помольных агрегата. Выгрузка вяжущего обеспечивающего осуществляется подъем и в бункер загрузку продукта скипового в подъемника, расходные бункера бетоносмесительного узла. Приготовление принудительного бетонной смеси перемешивания. осуществляется Схема приготовления в смесителях бетонной смеси представлена на рисунке 5.2. Вяжущее из помольного отделения Отсев дробления >0,63 мм с вибросита Песок со склада Расходные бункера смесителей Композ. Вяж. Дозатор пигментов КВП Песок Весовой дозатор Бетономеситель А В автобетоносмеситель малой емкости Устройство дозирования и подачи воды и добавок Бетономеситель Б В самоходный бункер формовочного цеха Рисунок 5.2 – Технологическая схема приготовления бетонной смеси Бетоносмесительное отделение скомпоновано по вертикальной схеме. Высота установки бетоносмесителей определяется возможностью перегрузки 168 готовой смеси в самоходный бункер для доставки в формовочный цех и укладки в форму, либо загрузки автобетоносмесителя малого объема для обеспечения транспортировки бетонной смеси к месту монолитного бетонирования. Расходные бункера смесителей расположены на верхней отметке. Загрузка компонентов в них производится со скиповых подъемников через распределительную воронку. Дозирование сыпучих компонентов осуществляется последовательно порционно в работающий смеситель. Дозатор снабжается течкой с затвором, позволяющим загружать любой из бетоносмесителей. Подача добавок и воды осуществляется специализированным устройством, обеспечивающим распределение дозы добавки во всем объеме воды. Работа устройства происходит в автоматическом режиме. Управление процессом приготовления бетонной смеси – компьютеризированное. Дозирование и подача пигмента осуществляются в ручном режиме с помощью специальных весов. Бетоносмесительный узел размещается в отапливаемом помещении, должна быть обеспечена подача и отвод воды после промывки бетоносмесителей. 5.1.2 Изготовление изделий в заводских условиях Поскольку конструкции изделий малых архитектурных форм крайне разнообразны, целесообразен стендовый способ организации производства. При этом планируется динамическое распределение площадей формовочного цеха в зависимости от объемов выпуска того или иного вида продукции. Предполагается осуществить продольное зонирование формовочного участка. Схема организации производства декоративных изделий представлена на рисунке 5.3. Вдоль продольной оси формовочного цеха монтируется рельсовый путь 2 для обеспечения движения самоходного бункера-бетонораздатчика 3. Загрузка самоходного бункера бетонной смесью требуемого вида производится в помещении бетоносмесительного узла 1, куда также проложен рельсовый путь. Процедуру приготовления и доставки бетонной смеси инициирует старший 169 работник, отвечающий за изготовление определенного вида изделия по мере готовности к формованию. 4 5 1 4 3 2 Изделие 1 Изделие 3 5 6 6 Изделие 2 Изделие N Изделие N 7 8 4 4 1 — участок загрузки бетоном самоходного бункера-бетонораздатчика; 2 — рельсовый путь, зона движения бетонораздатчика; 3 — самоходный бункер-бетонораздатчик, обеспечивающий транспортировку бетонной смеси к месту бетонирования и ее подачу в форму; 4 — зоны для безопасного перемещения персонала; 5 — зоны формования изделий; 6 — зоны осуществления подготовительных операций (временное хранение и подготовка форм, установка арматуры и т.п.); 7 — легкий мостовой кран с дистанционным управлением; 8 — зона дозревания, контроля качества и упаковки изделий. Рисунок 5.3 – Схема организации производства декоративных изделий 170 Формование производится в зоне 5, непосредственно прилегающей к рельсовому пути самоходного бункера. Целесообразно осуществлять одновременное бетонирование нескольких однотипных изделий, при этом снижаются потери бетонной смеси, неиспользованный остаток которой сливается в формы для изготовления фундаментных блоков, установленные на одном из участков формования. Подача смеси в рабочую форму осуществляется самотеком по металлическим желобам или резиновым рукавам. Более полное распределение смеси и хорошее качество поверхности обеспечивается за счет простукивания формы резиновой киянкой. Кратковременное хранение используемых форм, их очистка, смазка, сборка, установка арматуры и другие подготовительные операции производятся в зонах 6. Неиспользуемые формы после очистки и сборки отправляются на склад, расположенный в отдельном помещении. Перемещение готовых изделий в зону дозревания 8 и других грузов внутри цеха осуществляется за счет мостового крана 7 малой грузоподъемности (до 5 тн) с дистанционным управлением с земли. Из соображений безопасности перемещение грузов необходимо производить вдоль рельсового пути самоходного бункера. В случае невозможности монтажа мостового крана (по техническим или экономическим самоходными причинам) погрузчиками перемещение (желательно грузов с можно электрическим осуществлять приводом) с соответствующей оснасткой. В зоне 8 происходит внутрицеховая выдержка изделий до набора ими отпускной прочности, осуществляются контроль их качества и упаковка. Далее изделия могут быть перемещены на основной склад. В случае недостатка места в основном формовочном цеху, зона 8 может быть вынесена в отдельное отапливаемое и вентилируемое помещение, однако это создаст трудности перемещения изделий с помощью крана (в случае его наличия). 171 5.1.3 Изготовление изделий на стройплощадке При наличии технической возможности изготовления декоративных изделий или их элементов в заводских условиях следует отдавать предпочтение такому методу. Однако, при необходимости возведения крупноразмерных объектов, деление которых на отдельные элементы представляет технические сложности, возможно применение метода монолитного бетонирования на стройплощадке. Примером подобных сооружений могут быть ограждения фонтанов, набережных и т.п. Следует иметь ввиду, что разработанные самоуплотняющиеся бетоны на композиционных вяжущих, не испытывались на пригодность для изготовления чаш фонтанов и бассейнов. Процесс монолитного бетонирования происходит следующим образом. Первоначально возводятся конструкции, которые будут служить основанием декоративным конструкциям. Класс бетона, сечение и армирование основания определяются в соответствии с расчетами. Для организации связей, оставляются выпуски арматуры. Желательно чтобы с момента возведения основания до возведения декоративных конструкций прошло не менее 3-х месяцев, за которые произойдет основная усадка бетона. Зона контакта возводимой декоративной конструкции с основанием должна быть зачищена от загрязнений и обработана составом, увеличивающим адгезию. Далее производится установка опалубки и осуществляется необходимое армирование. При высоте декоративной конструкции более 1 м, необходимо принять решение о послойном бетонировании. Возможность монолитного однослойного бетонирования толстостенных конструкций высотой более 1 м требует дополнительной проверки. Для бетонирования следует применять пластиковую опалубку, не требующую смазки или производить смазку полимерными составами, исключающими загрязнение поверхности. Смазку маслом или эмульсиями на его основе производить нельзя. Для обеспечения высокого качества бетонирование следует производить при температуре воздуха от 10 до 30ºС. При этом время транспортирования 172 бетонной смеси при 30ºС не должно превышать 40 мин. с момента затворения водой. При более низких температурах оно может быть увеличено, однако желательно производить бетонирование не позднее 1,5 часа с момента затворения. В случае необходимости транспортирования бетонной смеси на дальние расстояния, необходимо в заводских условиях приготовить сухую бетонную смесь, а затворение водой производить на стройплощадке. Снятие опалубки следует производить после набора бетоном прочности, исключающей возможность повреждения мелких деталей декоративной бетонной конструкции. После снятия опалубки, при необходимости осуществляется шпаклевание обнаруженных дефектов, далее конструкция должна быть укрыта материалом, предотвращающим испарение влаги и создающим парниковый эффект. При укрытии конструкций следует пользоваться специальным каркасом, исключающим непосредственный контакт укрывного материала с поверхностью твердеющего бетона и предотвращающим попадание на него капель конденсата. Обогрев твердеющей конструкции производить ввиду сложности его равномерной организации в полевых условиях. Твердение декоративной конструкции в укрытии должно производиться до достижения ею 45…50% от марочной прочности. Готовая конструкция в зависимости от условий эксплуатации может быть обработана защитными составами после окончательного затвердевания. 5.2 Виды малых архитектурных форм Среди МАФ можно выделить несколько основных функциональных типов изделий: 1. Плоские накладные элементы. К данному типу относятся декоративные оконные и дверные перемычки, барельефы. Конструктивно, данные изделия представляют собой плиты или балки, прикрепляемые по всей площади монтажной поверхности к вертикальным (реже к горизонтальным – потолочный монтаж) плоскостям зданий и сооружений. 173 Наибольшие нагрузки подобные изделия испытывают при распалубке, транспортировке и монтаже от собственного веса. Армируются, в основном сетками, или сетчатыми каркасами (при достаточно большой толщине изделия). 2. Элементы балюстрад и ограждений. Конструктивно представляют собой стойки различных, часто переменных сечений, и балки, опирающиеся на них. К этой же группе можно отнести сборные декоративные железобетонные заборы. 3. Скульптурные элементы (геометрические фигуры, фигуры людей, животных и т.п.). Являются наиболее сложными с точки зрения расчетов. В данной работе осуществим расчет колонны «кристалл кварца», приведенной на рисунке 5.4. В качестве расчетной схемы примем столб. Расчеты выполнены в соответствии СП с 20.13330.2011 Актуализированная Рисунок 5.4 – Общий вид декоративной колонны требованиями СП «Нагрузки редакция 20.13330.2011 СНиП «Нагрузки действующих и воздействия. 2.01.07-85*» и и воздействия. Актуализированная редакция СНиП 2.01.07-85*». Расчет столба по прочности на эксплуатационные нагрузки. Исходные данные: высота столба l=3,3 м, класс бетона В25, Rb =14,3 МПа, Eb =24000 МПа, продольная арматура 612 А400 (А-III), Rs =350 МПа; Es =200000 МПа; b=40 см, h=60 см, As =6,786 см2, a=2,5 см. На столб не опираются какие-либо конструкции. Вертикальная расчетная нагрузка от собственного веса столба: N=0,4*0,6*3,3*25*1,1=21,8 кН. 174 Проверка прочности нормальных сечений Столб является центрально сжатым. ea Случайный эксцентриситет l 330 0,55 см; 600 600 ea h 60 2 30 30 ea 1 см. Принимается ea =2 см. Относительный эксцентриситет e e0 2 0, 033 . Принимаем e =0,15. h 60 Коэффициент, учитывающий влияние длительной нагрузки l 1 . kb 0,15 0,15 0,33 ; ks 0, 7 . l 0,3 e 1 0,3 0,15 Момент инерции бетонного сечения относительно центра тяжести J 60 403 32 104 м4 . 12 2 2 h То же, арматуры J s As a 6,786 20 2,5 0,21 104 м4 . 2 Жесткость столба D kb Eb J k s Es J s 0,33 24 106 32 10 4 0,7 2 108 0, 21 10 4 25344 2940 28284 кН . м2 Условная критическая сила N cr 2D l02 3,142 28284 6402кН . 6,62 Коэффициент продольного изгиба при центренном сжатии 1 1 N N cr 1 1,003 . 21,8 1 6402 Площадь сжатой зоны бетона 2 0,02 1,003 2e Ab bh 1 0 60 40 1 2159см 2 h 0,4 см; 175 Несущая способность столба N Rb Ab 8500 * 2159 *104 1835 кН>21,8 кН. Прочность обеспечена. Расчет столба на стадии изготовления, транспортировки, складирования и монтажа Расчетная схема столба на этой стадии отличается от стадии эксплуатации и представляет собой балку, свободно лежащую на двух опорах (прокладках) или зависшую на строповочных петлях. Нагрузка – равномерно распределенная от собственного веса. На всех стадиях расчетную схему можно считать одинаковой. Наибольшие динамические воздействия возникают в стадии транспортировки, которые учитываются введением коэффициента динамичности равным 1,6. В этой связи будет достаточным проверить несущую способность трещиностойкость столба только на стадии транспортировки. Исходные данные: Длина столба – 3,3 м, максимальный расчетный пролет – 3,2 м. Расчетная нагрузка на 1 пог. м столба g 0,4 * 0,6 * 25*1,6 9,6 кН / м . Максимальный изгибающий момент: gl02 9,6 3,22 M 12,3кН м , Q=9.6*3.2/2=15.36 кН. 8 8 Отпускная прочность бетона на сжатие Rb 0.7 R =0,7*14,3=10 МПа. Расчет прочности нормальных сечений: Высота бетона сжатой зоны: х Rs As 350 3.393 104 0, 034 м R b b 5,95 0, 6 Рабочая высота сечения h0=40-2,5=37,5 см. и 176 Относительная высота сжатой зоны бетона 0,034 0,09 . 0,375 Граничное значение относительной высоты сжатой зоны бетона: R 0.8 0.8 0.53; R ; Rs 350 1 1 0.0035 Es 0.0035 2 105 Максимальный момент, который может быть воспринят сечением: M ult Rs As h0 0.5x 350 103 3,394 104 0,375 0.5 0,067 40,6 кН м. M M ult - прочность обеспечена. Расчет прочности наклонных сечений: Проверка прочности бетонной полосы между хомутами: 0.3Rbbh0 0.3 5.95 103 0.60 0.375 401 кН > 15.36 кН, прочность обеспечена. При отпускной прочности бетона R0 0.7 R отпускное расчетное сопротивление осевому растяжению Rbt 0.75 1.1 0.77 МПа . Поперечная сила, воспринимаемая бетоном Qb1 2,5Rbt bh0 2.5 0.77 103 0.6 0.375 433 кН . Хомуты устанавливаются конструктивно из арматуры А240 6, шаг 400 мм. При отпускной прочности бетона R0 0.7 R отпускное расчетное сопротивление осевому растяжению Rbt ,ser 0.7 1.1 0.77 МПа . Площадь приведенного поперечного сечения Ared A ( As A 's ) 0.6 0.4 8.33(3.393 104 3.393 104 ) 0.246 м2. Статический момент площади поперечного сечения относительно наиболее растянутого волокна бетона St ,red 0.6 0.4 0.4 8.33 (3.393 104 0.025 3.393 104 0.375) 0.049 2 Расстояние от наиболее растянутого волокна бетона до центра тяжести приведенного сечения yt 0.049 0.2 м. 0.246 177 Момент сопротивления приведенного сечения относительно крайнего растянутого волокна: Wred Wred E J red J J s 2 105 ; s 8.33 ; yt yt Eb 24000 32 8.33 0, 2110 4 0.2 0.017 м3 . Упругопластический момент сопротивления W pl 1,3Wred 1,3 0.017 0.022 . Момент образования трещин M crc Rbt ,ser W pl 770 0,017 13.1кН м. Так как M M crc трещины не образуются. 5.3 Разработка стандарта организации Стандарт организации разработан в соответствии с действующими нормативными документами РФ. Настоящие технические условия распространяются на бетоны, самоуплотняющиеся для малых архитектурных форм (шары и кубы, урны, пирамиды, лавочки, цветочницы и т.д.) – различной цветовой гаммы, изготавливаемые литьевым методом из самоуплотняющегося бетона, твердеющие в естественных условиях. Изделия малых форм предназначены для оформления садово-паркового ландшафта, дворов, улиц, площадей и т.д. Категория бетонной поверхности изделий малых форм приравнивается к А4. Основные технические требования к малым архитектурным формам представлены в таблице 5.2. 178 Таблица 5.2 – Основные технические требования к МАФ Наименование показателей Диаметр или наибольший размер раковины Высота выступа или глубина впадины Глубина окола бетона на ребре по поверхности изделия Предельные отклонения, мм 10 1 5 Трещины на поверхности изделий не допускаются, за исключением поверхностных и технологических шириной не более 0,1 мм и длиной до 50 мм. Выпускаемые изделия малых архитектурных форм изготавливаются по 7 классу точности для линейных размеров и по 3 классу точности для прямолинейности. Значения действительных отклонений геометрических параметров не должны превышать предельных, указанных в таблице 5.3. Таблица 5.3 – Значения отклонений геометрических параметров МАФ Вид отклонения геометрических параметров Отклонения от линейного размера: Интервал размера 250-500 мм Интервал размера 500-1000 мм Отклонения от прямолинейности: Интервал размера до 1000 мм Значения допусков, мм ±10 ±12 ±5 Для бетонов установлен класс по прочности на сжатие В25. Значение нормируемой отпускной прочности на малые формы должно составлять 90 % от класса бетона по прочности на сжатие в любое время года. Фактическая прочность бетона должна соответствовать требуемой по ГОСТ 18105-2010, в зависимости от нормируемой прочности и показателей фактической однородности прочности бетона. Для бетонных конструкций, подвергающихся в процессе эксплуатации попеременному замораживанию и оттаиванию, назначают следующие марки бетона по морозостойкости: F150 и выше. 179 Основные физико-механические показатели бетона изделий приведены в таблице 5.4. Таблица 5.4 – Основные физико-механические показатели бетонных изделий Наименование показателей Средняя плотность, кг/м3 Прочность при сжатии, МПа Водопоглощение, % масс Морозостойкость, циклов Значение Не менее 2000 не менее 32 Не менее 4 Более 100 В качестве сырья используются следующие материалы: 1. Товарный портландцемент марки ЦЕМ I 42,5Н, по ГОСТ 31108-2003 «Цементы общестроительные. Технические условия» и белый цемент марки ЦЕМ I 52.5 Н, по ГОСТ 31108-2003 «Цементы общестроительные. Технические условия» 2. Отсев дробления кварцитопесчаника с истинной плотностью от 2000 до 2800 кг/м3 3. Мытый кварцевый песок по ГОСТ 8736-93 «Песок для строительных работ. Технические условия» 4. Мел МТД-1 по ГОСТ 12085-88 «Мел природный обогащенный. Технические условия». 5. Интенсификатор помола Sika Grind SikaGrind-400, суперпластификатор SikaViscoCrete 32 SCC, воздухововлекающая добавка SikaAer. 6. Пигменты Bayferrox и Chromoxidgrün (фирма Lanxess, Германия). Объем пигментов зависит от насыщенности заказанного цвета. 7. Вода по ГОСТ 23732-2011 «Вода для бетонов и растворов. Технические условия». Приемку бетонных смесей проводят по ГОСТ 7473-2010. Приемку бетона по прочности проводят для каждой партии сборных изделий и монолитных конструкций по ГОСТ 18105-2010. Приемку бетона по другим нормируемым 180 показателям качества (морозостойкости, водонепроницаемости, истираемости, водопоглощению и др.) проводят при подборе нового номинального состава бетона по ГОСТ 27006-86. 5.4 Технико-экономическое обоснование целесообразности организации производства малых архитектурных форм Всесторонняя оценка экономической целесообразности любого проекта осуществляется на основе разработки детального бизнес-плана. На данном этапе НИР нет возможности определить значения отдельных финансовых показателей, учитываемых в расчетах. Речь идет об источниках и условиях финансирования создания производства малых архитектурных форм в регионе, реализации проекта, затратах на аренду или строительство объектов недвижимости и др. В связи с этим предполагается провести оценку затратной части по отдельным статьям расходов: 1. Основное производственное оборудование. 2. Сырьевые материалы и энергия. 3. Зарплата производственных рабочих. Не вошедшие в данный список статьи расходов предполагается учитывать с помощью обобщенных коэффициентов. Перечень основного производственного оборудования представлен в таблице 5.5. Таблица 5.5 – Перечень приобретаемого основного оборудования Затраты № Наименование Марка, модель, производитель 1 2 3 Мощность привода, кВт Цена Колед., тыс. во руб. 4 5 6 Приготовление вяжущего Примечание Всего, тыс. руб. 7 8 181 Окончание таблицы 5.5 1 2 Растариватель биг-бенов Вибросито Дозатор цемента Шаровая мельница 3 РБ-2, произв. ЗЗБО1 СВ-900, УЗКО2 4 5 6 7 3 70 210 1 75 75 1 135 135 1300х1500, 7,5 2 360 HXJQ3 Приготовление бетонной смеси 720 0,9 ДЦ-150, произв. ЗЗБО 8 Цемент (белый, серый), мел Отсевы дробления КВП Цемент, мел, мелкая фракция отсева Композиционное вяжущее Комплекс оборудования стационарного бетонного завода со скиповой подачей РБУ-2Г-7АС, ЗЗБО 23,5 1 1718 1718 Приготовление бетонной смеси Шнек для цемента POFER-6, поставщик ЗЗБО 7,5 1 160 160 Подача вяжущего 300 300 Транспортировка бетонной смеси Изготовление изделий Самоходный портал, с системой подачи бетона Форма4 5 1 30 15 ИТОГО ИТОГО с учетом коэффициента 1,3 (прочее оборудование) 450 3768 4898 1) ЗЗБО — Златоустовский завод бетоносмесительного оборудования, www.zzbo.ru 2) УЗКО — Уральский завод котельного оборудования, www.ural-zko.ru 3) HXJQ — Хэнаньская горнодобывающая машина (Китай), www.hxjq.ru 4) В расчет взята усредненная стоимость на основе предложений в сети интернет. Точная стоимость зависит от сложности формы и ее размеров. Вид и количество форм определяются производственной программой. При нормативном сроке службы оборудования 10 лет, годовые амортизационные начисления в себестоимости продукции составят 490 тыс. руб. Стоимость основных сырьевых материалов приведена в таблице 5.6. 182 Таблица 5.6 – Данные о стоимости основного сырья Ед. изм. т т м3 т т кг кг кг Наименование продукта Портландцемент ЦЕМ I 42,5 Н (серый) Портландцемент ЦЕМ I 52,5 Н (белый) Песок мытый Отсевы дробления КВП Мел МТД-1 Интенсификатор помола Sika Grind Пластификатор Sika ViscoCrete 32 SCC Воздухововлекающая добавка Sika Aer Диапазон цен, руб./ед. Min Max 4000 5500 9000 10700 275 600 120 180 2100 2400 150 200 - Принятое значение, руб./ед. 4500 10000 300 150 2250 150 175 150 Данные о стоимости сырьевых материалов получены на основе анализа предложений в сети Интернет и рекламно-информационной литературе для Белгородского региона (таблица 5.6). Калькуляция затрат на материалы для изготовления 1 м3 продукции представлена в таблице 5.7. Таблица 5.7 – Расчет стоимости сырьевых материалов на 1 м3 бетонной смеси Компонент Портландцемент* ** Отсев дробления КВП Мел МТД-1 Интенсификатор помола Пластификатор Воздухововлекающая добавка Кварцевый песок Итого материалы Самоуплотняющаяся бетонная смесь для МАФ Расход кг на 1 м3 Стоимость, руб. 203,4 1472 67,8** + 272,2 51 67,8 153 0,3 45 2,43 425 0,51 77 1672 501 2724 * расход и затраты на материалы приняты в соответствии с данными таблицы 4.4, по среднему значению между серым и белым композиционными вяжущими, что соответствует соотношению в производственной программе белого и обычного бетона 50% на 50%. ** в составе композиционного вяжущего Затраты на электроэнергию для приготовления 1 м3 бетонной смеси установим исходя из суммарной мощности установленного оборудования 183 44,4 кВт, и времени его работы 0,25 ч. При средней стоимости 1 кВтч 5 руб., затраты составят 55,5 руб./м3. Таким образом, стоимость материалов и энергии, необходимых для приготовления 1 м3 бетонной смеси составляет 2780 руб. При номинальной годовой мощности производства 2500 м3 затраты на материалы и энергию для приготовления бетонной смеси, при условии отсутствия существенного изменения цен, составят 6950 тыс. руб. Расходы на оплату труда работников определим условно исходя из полной численности производственного персонала 15 чел. и средней заработной платы по отрасли 25 тыс. руб./мес. Таким образом, годовой объем фонда заработной платы составит 4500 тыс. руб. Себестоимость годового объема продукции, по сумме рассчитанных ранее статей затрат, с учетом повышающего коэффициента 2 (аренда производственных площадей, общезаводские расходы, административная нагрузка) составит (тыс. руб.): (490+6950+4500)*1,5 = 23880 тыс. руб. Себестоимость 1 м3 продукции составит 9552 руб. Стоимость аналогичной продукции, по данным представленным в сети Интернет, колеблется в широком диапазоне от 20 до 50 тыс. руб./м 3 и более (цены на начало сентября 2014 г.). Наибольшее влияние на стоимость оказывает регион сбыта. Таким образом, минимальная доходность производства малых архитектурных форм составляет более 10 тыс. руб. с 1 м 3 продукции или 25000 тыс. руб. в год (до налогообложения). Исходя из этого, возврат средств, затраченных на приобретение основного оборудования возможен менее чем за 1 год. В приведенном выше расчете производственные площади использовались на условиях аренды. Такой подход позволяет снизить первоначальные затраты, однако формирует регулярную (с тенденцией к повышению) статью расходов и ведет к повышению рисков. 184 Строительство собственных производственных площадей требует высоких первоначальных затрат, существенно продляет сроки подготовки производства, однако оправдывает себя уже в среднесрочной перспективе (4-6 лет). Высокая разница между себестоимостью и отпускной стоимостью продукции в условиях финансовой нестабильности может служить инструментом, обеспечивающим стабильный сбыт продукции (за счет регулирования цен), демпфером рыночных колебаний. Применение универсального бетоносмесительного оборудования дает возможность организовать выпуск бетонных смесей как на основе цемента, так и композиционных вяжущих, для сторонних потребителей. Планируемая к выпуску продукция не имеет ограничений по региону применения, достаточно компактна и удобна в транспортировке, что позволяет ориентироваться на любые доступные рынки сбыта. Таким образом, представленные предварительные расчеты подтверждают экономическую эффективность и целесообразность производства малых архитектурных форм на основе самоуплотняющихся бетонных смесей с применением специальных композиционных вяжущих. 5.5 Выводы 1. Разработана технологическая схема производства малых архитектурных форм на основе самоуплотняющихся бетонных смесей с использованием специальных композиционных вяжущих, позволяющая при минимальной адаптации к текущим условиям реализовать на практике экспериментальные разработки и теоретические положения, сформулированные в работе. 2. Предложенная технологическая схема отличается: – невысокими первоначальными затратами; – пониженными требованиями к параметрам производственных зданий; – высокой степенью адаптивности как различных изделий МАФ, так и бетонных смесей, и изделий общего назначения. 185 3. В виду невысокой потребности в отсевах дробления кварцитопесчаника осуществлен отказ от его принудительной сушки перед рассевом и помолом, в пользу снижения влажности при хранении на отапливаемом и вентилируемом складе. Такое решение позволяет сократить расходы, исключить применение тепловых агрегатов, эксплуатация которых требует получения соответствующих разрешений. 4. Проведенные экономические расчеты показывают экономическую целесообразность организации производства малых архитектурных форм с применением разработанных решений. Срок возврата инвестиций при условии аренды производственных площадей составляет не более 1 года. 5. Осуществлен расчет декоративной колонны для ее изготовления на основе разработанных составов бетонов. Разработаны и описаны технологические схемы производства композиционных вяжущих и декоративных изделий в заводских условиях, а также в условиях стройплощадки. 186 ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ 1. Теоретически возможности и практически получения подтверждена рабочая гипотеза о высокоэффективных самоуплотняющихся мелкозернистых бетонов для МАФ, на основе специальных композиционных вяжущих. 2. Важным аспектом обеспечения возможности получения самоуплотняющихся бетонов для изготовления МАФ является оптимизация зернового состава вяжущего, заключающаяся в нормированном увеличении доли частиц размерами менее 9 мкм, что возможно осуществить за счет помола совместно с определенными минеральными добавками. 3. Использование в составе КВ таких минеральных добавок, как отсевы дробления КВП и мел, позволяют улучшить реологические характеристики паст на основе указанных вяжущих, снизив (в сочетании с суперпластификатором) напряжение сдвига при котором начинается течение, динамическую вязкость в широком диапазоне изменения градиента скорости сдвига, склонность смесей к структурированию, что важно при получении самоуплотняющихся бетонных смесей. 4. Гидратация композиционных вяжущих протекает с образованием плотного кристаллического сростка, имеющего высокую адгезию к заполнителю. Причиной этого является более плотная упаковка частиц в системе, вызванная оптимизацией зернового состава композиционных вяжущих в ходе их помола. Сокращение объема межзерновых пустот и повышение дисперсности вяжущего приводит к увеличению числа контактов между частицами, и, как следствие, ускоренному нарастанию прочности, и, при этом, созданию некоторого запаса негидратированных клинкерных минералов, необходимого для «залечивания» имеющихся и возникающих микродефектов. 5. Использование комплексной добавки (отсевы дробления КВП и мел) способствует связыванию свободной извести, выделяющейся при гидратации 187 портладнцемента; повышает степень закристаллизованности новообразований, за счет создания благоприятных условий для их формирования. 6. Количество и вид минеральных добавок, а также дисперсность всех компонентов композиционного вяжущего формируют его емкость по адсорбции суперпластификатора. Добиваясь повышения этой емкости, т.е. максимальных значений эффективной дозировки, за счет минеральных добавок в составе КВ, можно повышать их пригодность для получения самоуплотняющихся бетонных смесей. 7. Установлена возможность получения материала с достаточно высокой степенью белизны на основе композиционных вяжущих с добавкой отсевов дробления КВП изначально имеющих серый цвет. Применение композиционного вяжущего на основе белого портландцемента с комплексной минеральной добавкой, позволяет получить высокую интенсивность цвета даже при высокой подвижности смеси. Причиной этого является более высокая концентрация пигмента в уменьшенном объеме межзернового пространства. Вероятность появления высолов и снижения интенсивности окраски в процессе эксплуатации при использовании композиционных вяжущих существенно ниже, чем при использовании портландцемента. Причиной этого является уменьшенное на 40% количество клинкерной составляющей (источника Ca(OH)2) и наличие в составе тонкомолотых отсевов дробления кварцитопесчаника, способных связывать свободный гидроксид кальция. 8. Материалы на основе разработанных композиционных вяжущих не целесообразно подвергать тепловлажностной обработке, так как это приводит к снижению прочности на 25…35%. Причиной является быстрое обрастание клинкерных частиц продуктами гидратации ввиду уменьшенного, за счет оптимизации гранулометрии, свободного межзернового пространства. Рост кристаллов гидросиликатов кальция уже в раннем периоде происходит не в свободном объёме, а в ограниченном пространстве между соседними частицами (в том числе минеральных добавок), что приводит к уплотнению гидратного слоя и снижения его проницаемости для воды. 188 9. При анализе динамики поглощения воды установлено, что в традиционном цементно-песчаном материале основной объем воды размещается непосредственно в капиллярной пористости, а в разработанных материалах капилляры служат транспортной системой для заполнения макропор. Подобная структура является благоприятной с точки зрения обеспечения долговечности. 189 БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 1. Кузнецова, Ю.В. Использование средств архитектуры для создания комфортной среды жизнедеятельности человека в малом городе (на примере г. Сысерти) [Текст] / Ю.В. Кузнецова // Архитектон: известия вузов. – 2007. – № 18. – С. 47-50. 2. Николаевская, З.А. Содово-парковый ландшафт [Текст] / З.А. Николаевская. – М.: Стройиздат, 1989. – 344 с. 3. Рахимбаев, Ш.М. Теоретическое обоснование энергоэффективной тепловой обработки бетона [Текст] / Ш. М. Рахимбаев, А. В. Половнева // Известия вузов. Строительство. – 2014. – № 3. – С. 22-26. 4. Юрьев, А.Г. Дисперсноармированный мелкозернистый бетон с использованием техногенного песка [Текст] / А. Г. Юрьев, Р. В. Лесовик, Л. А. Панченко // Бетон и железобетон. – 2006. – № 6. – С. 2-3. 5. Бычков, М.В. Легкий самоуплотняющийся бетон как эффективный конструкционный материал [Текст] / М.В. Бычков, С.А. Удодов // интернетжурнал «Науко- ведение». – 2013 г. – №4. – с. 1-7. 6. Гридчин, А.М. Вскрышные породы КМА в дорожном строительстве [Текст] / А. М. Гридчин, И. В. Королев, В. И. Шухов. – Воронеж: ЦентральноЧернозем. кн. изд-во, 1983. – 94 с. 7. Строкова, В.В. Низкообжиговая тротуарная плитка на основе кварцевых пород региона КМА [Текст] / В. В.Строкова, А. В. Шамшуров. – Белгород: Изд-во БГТУ, 2006. – 134 с. 8. Дятлов, А.К. самоуплотняющихся Композиционное бетонов [Текст] / вяжущее А.К. для Дятлов, мелкозернистых А.И. Харченко, М.И. Баженов, И.Я. Харченко // Технологии бетонов: Композит 21 век. – 2013. – № 3. – С. 40-43. 9. Глаголев, Е.С. Высокопрочный мелкозернистый бетон на композиционных вяжущих и техногенных песках для монолитного строительства: 190 дис. … канд. техн. наук: 05.23.05 [Текст] / Глаголев Евгений Сергеевич. – Белгород, 2010. – 206 с. 10. Юдина, А.Ф. Достоинства монолитного строительства и некоторые проблемы его совершенствования [Текст] / А. Ф. Юдина // Вестник гражданских инженеров. – 2012. – № 1. – С. 154-156. 11. Кудеярова, Н.П. Меловые толщи Белгородской области: состав, структура и свойства [Текст] / Н. П. Кудеярова, В. В. Назарова, В. П. Рожков // Строительные материалы. – 2010. – № 8. – С. 65-67. 12. Забельшанский, Г.Б. Архитектура и эмоциональный мир [Текст] / Г.Б. Забельшанский, Г.Б. Миневрин, А.Г. Раппапорт. – М.: Стройиздат,1985. – 208с. 13. Саймондс, Дж. Ландшафт и архитектура [Текст] / Дж. Саймондс. –М.: Литература по строительству, 1965. – 193 с. 14. Ожиганова, Е.А. «Человекоориентированное» проектирование жилища [Текст] / Е.А. Ожиганова // Архитектон: известия вузов. –2005. – № 10. – С.62-65. 15. Трошкина, Е.А. Разработка составов и исследование свойств самоуплотняющихся бетонов [Текст] / Е.А. Трошкина, К.С. Мухина // Актуальные проблемы современной науки, техники и образования: МГТУ им. Г.И Носова. – 2014. – № 1. – С. 42-44. 16. Иконников, А.В. Пространство и форма в архитектуре и градостроительстве [Текст] / А.В. Иконников. – М.: КомКнига, 2006. – 352 с. 17. Лесовик, В.С. Геоника. Предмет и задачи: монография [Текст] / В.С. Лесовик. – 2-е изд., доп. – Белгород: Изд-во БГТУ, 2014. – 219 с. 18. Сомов, Г.Ю. Форма в архитектуре: Проблемы теории и методологии [Текст] / Г.Ю. Сомов, А.Г. Раппапорт. – М.: Стройиздат, 1990. – 344 с. 19. Семенов, А.А. Удобоукладываемость и прочность самоуплотняющегося бетона [Текст] / А.А. Семенов, М.О. Коровкин, Н.А. Ерошкина, М.Ю. Чамурлиев // Современные научные исследования и инновации: Международный научноинновационный центр. – 2014. – № 12-1. С. 62-65. 191 20. Шимко, В.Т. Архитектурное формирование городской среды [Текст] / В.Т. Шимко. – М.: Высшая школа, 1990. – 223 с. 21. Савельева, Н.Т. К исследованию проблемы эстетической организации среды [Текст] /Н.Т. Савельева; под. ред. Л.И. Кирилловой // Принципы и средства композиции в современной архитектуре: сб. науч. тр. / ЦНИИП градостроительства. – М.: ЦНИИП градостроительства, 1979. – С. 88-92. 22. De Certeau, M. The Practices of Space [Text] / M. De Certeau // On Signs (ed. M. Blonsky). Blackwell: Oxford, 1985. 23. Булдыжов, А.А. Самоуплотняющиеся бетоны с наномодификаторами на основе техногенных отходов [Текст] / А.А. Булдыжов, Л.А. Алимов // Промышленное и гражданское строительство: ООО «Издательство ПГС». – 2014. – № 8. – С. 86-88. 24. Курбатов, Ю.И. Природный ландшафт и архитектурная форма [Текст] / Ю. И. Курбатов // Архитектура. Строительство. Дизайн. – 2005. – №4. – С. 7-11. 25. Gibson, J.J. The perception of the visual world [Text] /J.J Gibson. – Boston: Hought -on Mifflin, 1950. 26. Сычева, А.В. Ландшафтная архитектура [Текст] / А. В. Сычева. – 2-е изд., испр. – М.: ООО «Издательский дом «ОНИКС 21 век», 2004. – 87 с. 27. Крижановская, Н.Я. Основы ландшафтного дизайна [Текст] / Н.Я. Крижановская. – Ростов н/Д.: Феникс, 2005. – 204 с. 28. Лесовик, В.С. Методы исследования строительных материалов [Текст] / В.С. Лесовик, А.Д. Толстой. – Белгород: Изд-во БГТУ, 2010. – 95 с. 29. ASTM. Diffraction data cards and alphabetical and grounee numerical index of X-ray diffraction data. Philadelphia, 1946-1969-1977-2003. 30. Соколов, В.Н. Применение компьютерного анализа РЭМ-изображений для оценки емкостных и фильтрационных свойств пород – коллекторов нефти и газа [Текст] / В.Н. Соколов, В.А. Кузьмин // Изв. АН Сер. физ. – 1993. – Т. 57. № 8. – С. 94–98. 192 31. Сычев, М.М. Активация твердения цементного теста путем поляризации [Текст] / М.М. Сычев, В.А. Матвиенко // Цемент. – 1987. – № 8. – С. 78. 32. Осипов, В.И. Микроструктура глинистых пород [Текст] / В.И. Осипов, В.Н. Соколов, Н.А. Румянцева. – М.: Недра, 1989. – 211 с. 33. Баранов, высококачественных И.М. Проблемные специальных вопросы бетонов технологии [Текст] / И.М. получения Баранов // Строительные материалы. – 2013. – № 7. – С. 31-32. 34. Ponikiewski, Tomasz. The influence of steel fibers on the rheological properties of SCC [Text] / Ponikiewski Tomasz // Silesian Univesity Technology, Gliwice BFT Int. – Poland. –2012. – № 8. –pp.46-51. 35. Вергунов, А.Н. Ландшафтное проектирование [Текст] / А.Н. Вергунов, Н.В. Денисов, С.С. Ожегов. – М.: Высшая школа, 1994. – 260 с. 36. Морозов, Н.М. Применение отсевов дробления щебня в самоуплотняющихся бетонах [Текст] // Н.М. Морозов, В.И Авксентьев, И.В. Боровских, В.Г. Хозин // Инженерно-строительный журнал: СПбГПУ. – 2013. – № 7. – С. 26-31. 37. Баженова, С.И. Высококачественные бетоны с ипользованием отходов промышленности [Текст] / С.И. Баженова, Л.А. Алимов // Вестник МГСУ. – 2010. – № 1. – С. 226-230. 38. Локтев, Д.М. Малые архитектурные формы [Текст] / Д.М. Локтев. – М.: Стройиздат, 2005. – 122 с. 39. Нехуженко, Н.А. Основы ландшафтного проектирования и ландшафтной архитектуры [Текст] / Н.А. Нехуженко. – 2-е изд. – СанктПетербург: ИД «Нева», 2011. – 192 с. 40. Аникин, В.И. Архитектурное проектирование жилых районов [Текст] / В.И. Аникин. – М.: Высшая школа, 1987. – 210 с. 41. Федоров, В.В. Малые формы в структуре архитектурного текста [Текст] / В. В. Федоров, В. А. Давыдов, Е. В. Скибина // Архитектура и строительство России. – 2013. – № 6. – С. 24-29. 193 42. Лесовик, Р.В. Мелкозернистые бетоны для малых архитектурных форм [Текст] / Р. В. Лесовик, В. Г. Голиков. – Белгород: Изд-во БГТУ, 2005. – 120 с. 43. Голиков, В.Г. Мелкозернистые бетоны для малых архитектурных форм на основе техногенных песков КМА: автореф. дис. ... канд. техн. наук: 05.23.05 [Текст] / В.Г. Голиков. – Белгород, 2005. – 22 с. 44. Наназашвили, И.Х. Элементы благоустройства и малые архитектурные формы из высокопрочного декоративного бетона [Текст] / И. Х. Наназашвили // Технологии бетонов. – 2005. – № 3. – С. 20-21. 45. Лесовик, Р.В. Мелкозернистые бетоны для малых архитектурных форм [Текст] / Р. В. Лесовик и др. // Строительные материалы. – 2005. – № 11. – С. 66-67. 46. Баженов, А.В. Архитектура и экология [Текст] / А. В. Баженов // Технологии строительства. – 2013. – № 1/2. – С. 122-132. 47. Грубе, Г.Ф. Путеводитель по архитектурным формам: пер. с нем. [Текст] / Г. Ф. Грубе. – 2-е изд. – М.: Стройиздат, 2000. – 214 с. 48. Негай, Г.А. Архитектурная среда и зрительная информация [Текст] / Г. А. Негай // Вестник гражданских инженеров. – 2013. – № 6. – С. 138-144. 49. Лесовик, В.С. Архитектурная геоника [Текст] / В. С. Лесовик // Жилищное строительство. – 2013. – № 1. – С. 9-12. 50. Кукина, И.В. Архитектурно-социальная реконструкция города-сада в XXI веке [Текст] / И. В. Кукина, И. Г. Федченко // Жилищное строительство. – 2012. – № 8. – С. 13-17. 51. Купершмидт, Л.А. Архитектурно-дизайнерские решения инженерных сооружений: проблемы и перспективы [Текст] / Л. А. Купершмидт // Промышленное и гражданское строительство. – 2012. – № 2. – С. 13-14. 52. Леушин, В.Ю. Применение самоуплотняющегося бетона в современном строительстве [Текст] / В.Ю. Леушин, Б.И. Федотов, Н.С. Третьякова, М.А. Хвастин, Д.В. Гербер // Бюллетень строительнй техники. – 2011. – № 6. – С. 46-49. 194 53. Зубехин, А.П. Белый портландцемент, его роль в архитектурностроительном дизайне, производство и применение [Текст] / А. П. Зубехин, С. П. Голованова // Цемент и его применение. – 2010. –№ 3. – С. 35-37. 54. Лапшина, Е.Г. Динамика архитектурного пространства [Текст] / Е. Г. Лапшина // Известия вузов. Строительство. – 2010. –№ 5. – С. 69-76. 55. Давидюк, А.Н. Крупнопанельное домостроение – важный резерв для решения жилищной проблемы в России [Текст] / А.Н. Давидюк, А.А. Гвоздева // Строительные материалы. – 2013. № 3. – С. 24-25. 56. Мейрамов, Д.Д. Изготовление архитектурных деталей из декоративных бетонов [Текст] / Д.Д. Мейрамов // Жилищное строительство. – 2005. – № 11. – С. 16-18. 57. Ефимов, А.В. Дизайн архитектурной среды [Текст] / А.В. Ефимов и др. – М.: Архитектура-С, 2004. – 502 с. 58. Баженов, Ю.М. Технология бетона [Текст] / Ю.М. Баженов. – М.: АСВ, 2002. – 500 с. 59. Чернышев, Е.М. Высокотехнологичные высокопрочные бетоны: вопросы управления их структурой [Текст] / Е.М. Чернышев, Д.Н. Коротких // Материалы международного конгресса «Наука и инновации в строительстве SIB2008», Том 1: Современные проблемы строительного материаловедения и технологии. – 2008. – С. 616-620. 60. Зверев, В.М. Бетоны для изделий малых архитектурных форм [Текст] / В.М. Зверев, Б.Н. Мельников, М.С. Шерстюков // Журнал труды псковского политехнического института. – 2011. – № 14.2. – С. 117-121. 61. Клюев, А.В. Техногенные пески как сырье для производства фибробетона [Текст] / А.В. Клюев, Р.В. Лесовик // Международная научнопрактическая конференция «Инновационные материалы и технологии (20 научные чтения): Сборник докладов. Ч.3. –Белгород. – 2011. – С. 273-277. 62. Баженова, С.И. Бетон высокой эксплуатационной надежности [Текст] / С.И. Баженова // Технология бетонов. – 2011. – № 9-10. – С. 14-15. 195 63. Лесовик, В.С. Классификация активных минеральных добавок для композиционных вяжущих с учетом генезиса[Текст] / В.С. Лесовик, Л.Л. Шахова, Д.Э Кучеров, Ю.С. Аксютин //Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. – 2012. – № 3. – С.10-14. 64. Зинченко, С.М. Оценка эффективности применения пластифицирующих добавок совместно с отходом производства керамзита для получения композиционных вяжущих [Текст] / С.М. Зинченко, А.А. Иващенко //Сборник научных трудов по материалам 2 Всероссийской научно-практической конференции «Ресурсоэнергоэффективные технологии в строительном комплексе региона». – Саратов, 2012. – С. 20-24. 65. Груздев, А.А. Мелкозернистый бетон с повышенными эксплуатационными свойствами при армировании минерально-абразивными шламами [Текст] /А.А. Груздев, Т.К. Акчурин, О.Ю. Пушкарская // Материалы 6 Международной научно-технической конференции «Надежность и долговечность строительных материалов, конструкций и оснований фундаментов». – Волгоград, 2011. – С. 132-137. 66. Чашемов, В.С. Композиционная добавка в бетоны с целью повышения их прочности [Текст] / В.С. Чашемов, А.Г. Чижиков // 3 Всероссийская научнопрактическая кластерная заочная электронная конференция «Кооперация науки, образования, производства и бизнеса: новые идеи и перспективы безопасного развития в ближайшем будущем». – Тамбов, 2011. – С. 352-353. 67. Гальмутдинов, Т.З. Исследование процесса карбонизации мелкозернистого бетона [Текст] / Т.З. Гальмутдинов, А.Р. Насибуллина, П.А. Федоров, В.М. Латыпов // Сборник материалов конференции. Научнотехническая конференция студентов, аспирантов и молодых ученых УГНТУ. – Уфа, 2011. – 129 с. 68. Клюев, С.В. Дисперсно армированный мелкозернистый бетон с использованием полипропиленового волокна [Текст] /С.В. Клюев, Р.В. Лесовик // Бетон и железобетон. – 2011. – № 3. –С. 7-9 196 69. Камалова, З.А. Суперпластификаторы в технологии изготовления композиционного бетона [Текст] /З.А. Камалова, Р.З. Рахимов, Е.Ю. Ермилова, О.В. Стоянов // Вестник Казанского технологического университета. – 2013. – № 8. – С. 148-152. 70. Морозов, Н.М. Влияние компонентов песчаного бетона на воздухововлечение при его приготовлении [Текст] / И.В. Боровских, В.Г. Хозин, В.И. Авксентьев, Х.Г. Мугинов // Известия КазГАСУ. – 2011. – №3. – С.129-133. 71. Львовчик, К.И. Песчаный бетон и его применение в строительстве [Текст] / К.И. Львовчик. – СПб.: Строй-бетон, 2007. – 320 с. 72. Баженов, Ю.М. Мелкозернистые бетоны [Текст] / Ю.М. Баженов, У.Х. Магдеев, Л.А. Алимов, В.В. Воронин, Л.Б. Гольденберг. – М.: Изд-во МГСУ, – 1998. – 148 с. 73. Дворкин, Л.Н. Основы бетоноведения [Текст] / Л.Н. Дворкин, О.Л. Дворкин. – СПб.: Строй-бетон, 2006. – 691 с. 74. Лесовик, Р.В. Мелкозернистый сталефибробетон на основе техногенного песка для получения сборных элементов конструкций [Текст] / Р.В. Лесовик, А.В. Клюев, С.В. Клюев // Международная научно-практическая конференция «Научные исследования, наносистемы и ресурсосберегающие технологии в промышленности строительных материалов» (19 научные чтения): Сборник докладов. Ч.3. Эффективные материалы, технологии и машины в строительстве. – Белгород: Изд-во БГТУ, 2010. –С. 140-143. 75. Кузнецова Н.В. Использование отходов литейного производства для получения мелкозернистых бетонов [Текст] / Н.В. Кузнецова, И.И. Стерхов // Строительные материалы. – 2012. – № 6. – С. 15-16. 76. Панченко, А.И. Мелкозернистые бетоны в монолитном строительстве: проблемы, теория и технология эффективного использования. Ч.1 [Текст] / А.И. Панченко // Технология бетонов. – 2011. – № 5-6. – С. 42-44. 77. Hegger, Josef. Новые материалы и формы конструкций находят свое применение на практике [Текст] / HeggerJosef, KulasChristian, GallwoszusJoerg // Бетонный завод. – 2012. – № 2. –С. 32-33. 197 78. Лесовик, Р.В. К проблеме проектирования состава фибробетона для самовыравнивающихся полов [Текст] /Р.В. Лесовик, С.А. Казлитин // Международная научно-практическая конференция «Инновационные материалы и технологии» (20 научные чтения), Белгород, 11-12 окт., 2011: сборник докладов. Ч. 4. – Белгород, 2011. –С. 128-129. 79. Corinaldesi, Valeria. Mechanical and thermal evolution of Ultra High Performance Fiber Reinforced Concretes for engineering applications [Text] /Corinaldesi Valeria, Mariconi Giacomo //Constriction and building materials. – 2012. – №1. – pp. 289-294. 80. Чан, Л.Х. Технологические свойства особотяжелых самоуплотняющихся бетонных смесей [Текст] / Л.Х Чан, Ю.М. Баженов, Л.Д. Чумаков // Вестник МГСУ. – 2011. – № 1-2. – С. 322-325. 81. Ferrara, Liberato. A Comprehensive methodology to test the performance of Steel Fibre Reinforced Self-Compacting Concrete (SFR-SCC) [Text] / Ferrara Liberato, Bamonte Patrick, Caverzan Alessio, Musa Abdisa, SanalIrem // Constriction and building materials. – 2012. – №37. –pp.406-424. 82. Баженова, О.Ю. Особенности технологии декоративных бетонов [Текст] / О.Ю. Баженова // Международная научно-практическая конференция «Научные исследования, наносистемы и ресурсосберегающие технологии в промышленности строительных материалов» (19 Научные чтения). г. Белгород, 58 окт.,2010: Сборник докладов. Ч.1. Наносистемы в строительном материаловедении. – Белгород: БГТУ. – 2010. –С. 39-43. 83. Никулина, М.В. Использование отходов в качестве пигментов для изготовления декоративных бетонов [Текст] / М.В. Никулина, А.В. Максаков // Ресурсоэнергоэффективные технологии в строительном комплексе региона: Сборник научных трудов по материалам 2 Всероссийской научно-практической конференции, Саратов. – 2012.–С. 48-51. 84. Способ получения быстросхватывающегося цемента: Пат. 2472724 Россия, МПК С04В 7/00 (2006.01), С04В 22/10 (2006.01). ТГУ// Савочкин В.С., Богачев А.П. // № 2011132909/03; Заявл.04.08.2011; Опубл. 20.01.2013. 198 85. Rings, K. H. CC: Grenzender Betonzusammensetzung [Text] / K. H. Rings, H. Kolczyk, P.S. Losch // Немецкий журнал: Beton. – 2006. – pp. 357-362. 86. El-Died, A.S. Flow characteristics and acceptance criteria of fiber-reinforced self-compacted concrete (FR-SCC) [Text] / A.S. El-Died, M.M. Reda Taha // Constriction and building materials. – 2012. – № 1. – pp. 585-596. 87. Калашников, В.И. Бетоны нового поколения на основе сухих тонкозернисто-порошковых смесей [Текст] /В.И. Калашников, О.В. Тараканов, Ю.С. Кузнецов, В.М. Володин, Е.А. Белякова //Инженерно-строительный журнал – 2012. – № 8. – С. 47-53. 88. Rodriguez, V.I. Self-compacting concrete of medium characteristic strength [Text] / V. I.Rodriguez, Aguado de Cea Antonio, de Sensale Gemma Rodriguez //Constriction and building materials. – 2012. – №30. – pp. 776-786. 89. Ponikiewski, Tomasz. The influence of steel fibers on the rheological properties of SCC [Text] / Ponikiewski Tomasz // Silesian Univesity Technology, Gliwice BFT Int. – Poland. –2012. – №78.–pp. 42-44. 90. Rao S. Venkateswara. Durability, department performance of selfcompacting concrete [Text] / Rao S. Venkateswara, Seshagiri Rao M.V., Ramaseshu D., Rathish Kumar P // Department of Civil Engineering, NIT Warangal, AP. Magazine concrete research. – India. – 2012. – №64. – № 11. – pp. 1005-1013. 91. Leemann Andreas. Shrinkage and creep of SCC – The influence of paste volume and binder composition [Text] / Leemann Andreas, Lura Pietro, Loser Roman // Constriction and building materials. – 2011. –№ 5. – pp. 2283-2289. 92. Иващенко, С.И. Исследование влияния минеральных и органических добавок на свойства цементов и бетонов [Текст] / С.И. Иващенко, А.Г. Комар и др. //Известия вузов. Строительство. – 1993. – № 9. – С. 16-19. 93. Дворкин, Л.И. Цементные бетоны с минеральными наполнителями [Текст] / Л.И. Дворкин, В.И. Соломатов, В.Н. Выровой, С.М. Чудновский. – Киев: Будивэльнык. – 1991. – 136 с. 199 94. Бондарев, Б.А. Композиционные строительные материалы на основе местных песков и отходов [Текст] / Б.А. Бондарев, К.А. Корнев, А.Н. Ивашкин // Вестник Волг ГАСУ. Строительство и архитектура. – 2012. – № 26. –С. 96-101. 95. Майорова, Л.С. Модифицированные мелкозернистые бетоны на основе техногенных отходов [Текст] / Л.С. Майорова, Т.К. Акчурин, О.К. Потапова, В.В. Калаче // Надежность и долговечность строительных материалов, конструкций и оснований фундаментов: Материалы 5 Международной научнотехнической конференции, Волгоград, 23-24 апр. 2009. Ч.1. – Волгоград: ВолгГасу,2009. – С. 170-174. 96. Zhutovsky Semion. Effect of internal curing on durability-related properties of high performance concrete [Text] / Zhutovsky Semion, Kovler Konstantin // Cement and Concrete Research. – 2012. – № 1. – pp. 20-26. 97. Burgos-Montes Olga. Compatibility between superplasticizer ad mixtures and cements with mineral additions [Text] / Burgos-Montes Olga, Palacions Marta, Rivilla Patricia, Puertas Francisca // Constriction and building materials. – 2012. – № 31. – pp. 47-56. 98. Concrete coloring: basic principles leading to optimal results (Germany, LANXESS Deutschland GmbH). BFTInt. – 2012. – № 4. – pp. 31-35. 99. Ицкович, С.М. Технология заполнителей бетона [Текст] / С.М. Ицкович, Л.Д. Чумаков, Ю.М. Баженов. – М.: Высшая школа. – 1991. – 271 с. 100. Fontana Patrick. Heat curing and autoclaving of UHPC. New perspectives for the precast concrete industry [Text] / Fontana Patrick // Institute fur Baustoffe, Massivbau and Brandschutzder TUB raunschweig. BFTInt.–Germany. – 2011. – № 10. – pp. 46-47. 101. Лесовик, В.С. К проблеме повышения эффективности эксплуатационных характеристик бетонов [Текст] / В.С. Лесовик, Л.Л. Аксенова // Международная научно-практическая конференция «Инновационные материалы и технологии» (20 научные чтения), Белгород, 11-12 окт. 2011: Сборник докладов. Ч.4. –Белгород. – 2011. –С. 122-124. 200 102. Александров, Я.А. Выбор сырьевых материалов для производства самоуплотняющихся бетонов [Текст] / Я.А. Александров // Технология бетонов. – 2011. – № 3-4. – С. 18-19. 103. Савин, А.В. Композиционные вяжущие и бетоны на их основе [Текст] / А.В. Савин // Международная научно-практическая конференция «Инновационные материалы и технологии» (20 научные чтения), Белгород, 11-12 окт. 2011: Сборник докладов. Ч.4. – Белгород. – 2011. – С. 207-211. 104. Nanotechnology finds its way to concrete [Text] / Zement-Kalk-GipsInt. – 2012. – № 6. – pp. 50-51. 105. Careful choice of superplasticizer [Text] / Cement Int. – 2012. – № 2. – pp. 23. 106. Страхов, А.В. Композиционные материалы на основе местного природного и техногенного сырья [Текст] /А.В. Страхов, М.М. Иняхин // Ресурсоэнергоэффективные технологии в строительном комплексе региона: Сборник научных трудов по материалам Всероссийской научно-практической конференции, Саратов, 2011. – С. 121-126. 107. Jawahar J. Guru. Effect of coarse aggregate blending on short-term mechanical properties of self-compacting concrete [Text] / Jawahar J. Guru, Sashidhar C., Reddy I.V. Ramana, Peter J. Annie // Mater. and Des. – 2013. – pp. 185-194. 108. Corinaldesi Valeria. Influence of inorganic pigments addition on the performance of colored SCC [Text] / Corinaldesi Valeria, Monosi Saveria, Ruello Maria Letizia // Constriction and building materials. – 2012. – pp. 289-293. 109. Скрамтаев, Б.С. Способы определения состава бетона различных видов [Текст] / Б.С. Скрамтаев, П.Ф. Шубенкин, Ю.М. Баженов. – М.: Стройиздат. – 1966. – 160 с. 110. Lazniewska-Piekarczyk Beata. The influence of selected new generation admixtures on the workability, air-voids parameters and frost-resistance of selfcompacting concrete [Text] / Lazniewska-Piekarczyk Beata // Constriction and building materials. – 2012. – pp. 310-319. 201 111. Kakooei Saeid. The effects of polypropylene fibers on the properties of reinforced concrete structures [Text] / Kakooei Saeid, Akil Hazizan Md, Jamshidi Morteza, Rouhi Jalal // Constriction and building materials. – 2012. – № 1. – pp. 73-77. 112. Дворкин, Л.И. Оценка эффективности добавок при проектировании составов бетона [Текст] / Л.И. Дворкин, О.Л. Дворкин // Технология бетонов. – 2011. – № 5-6. – С. 52-54. 113. Баженов, Ю.М. Вяжущие низкой водопотребности с использованием отходов мокрой магнитной сепарации железистых кварцитов [Текст] / Ю.М. Баженов, А.М. Гридчин, Р.В. Лесовик, В.В. Строкова // Освоение месторождений минеральных ресурсов и подземное строительство в сложных гидрогеологических условиях. Материалы шестого международного симпозиума «Вопросы осушения и экология специальные горные работы и геомеханика». – Белгород: Изд-во ФГУП ВИОГЕМ. – 2001.– Ч.2.– С. 557–561. 114. . Dinakar P. Design of self-compacting concrete with ground granulated blast furnace slag [Text] / Dinakar P., Sethy Kali Prasanna, SahooUmesh C // Mater. and Des. – 2013. – pp. 161-169. 115. Мозгалев, К.М. Самоуплотняющиеся бетон: возможности применения и свойства [Текст] / К.М. Мозгалев, С.Г. Головнев // Академический вестник Уралниипроект РААСН. – 2011. – № 4. – С. 55-60. 116. Окулова, О.А. Подбор материала для самоуплотняющихся бетонных смесей [Текст] / О.А. Окулова // 12 Международная научная конференция «Севергеоэкотех-2011», Ухта, 16-18 марта, 2011: Материалы конференции. Ч.4. – Ухта, 2011. – с. 171-173. 117. Рыбьев, И.А. Строительное материаловедение [Текст] / И.А. Рыбьев. – М.: Высшая школа. – 2002. – 701с. 118. Karihaloo Bhushan Lal. Mix proportionin of self-compacting high- and ultra-high-performance concretes with and without steel fibres [Text] / Karihaloo Bhushan Lal, Ghanbari Akbar // School of Engineering, Cardiff University, Cardiff. Mag.Concr.Res. – UK. – 2012. – № 12. – pp. 1089-1100. 202 119. Corinaldesi Valeria. Combined effect of expansive, shrinkage reducing and hydrophobic admixtures for durable self-compacting concrete [Text] / Corinaldesi Valeria // Constriction and building materials. – 2012. – pp. 758-764. 120. Naik Tarun R. Development of high-strength, economical selfconsolidating concrete [Text] / Naik Tarun R., Kumar Rakesh, Ramme Bruce W., Canpolat Fethullah // Constriction and building materials. – 2012. – pp. 30-35. 121. Лесовик, В.С. Строительные материалы из отходов горнорудного производства КМА [Текст] / В.С. Лесовик. –М.: АСВ, 1996. – 155 с. 122. Garrecht Harald. Three-stage concept for the development, production and quality control of SCC [Text] / Garrecht Harald, Baumert Christian, Karden Andreas // Universitat Stuttgart. BFT Int. – Germany. – 2012. – № 7. – pp. 52-58. 123. ZhaoHui. The effect of coarse aggregate gradation on the properties of selfcompacting concrete [Text] / Zhao Hui, Sun Wei, Wu Xiaoming, Gao Bo // Mater. and Des. –2012. – pp. 109-116. 124. Ma Baoguo. Rheological properties of self-compacting concrete paste containing chemical admixtures [Text] / Ma Baoguo, Wang Huixian. J. Wuhan Univ. Nechnol // Mater. Sci. Ed. –2013. – №2. – pp. 291-297. 125. Рахимбаев, Ш.М. Использование кварцитопесчаников из скальной вскрыши Лебединского месторождения [Текст] / Ш.М. Рахимбаев, В.К. Тарарин, А.М. Морозов и др. // Использование отходов, попутных продуктов в производстве строительных материалов и изделий. Охрана окружающей среды. Сер. 11. Науч. техн. реф. сб.: ВНИИЭСМ. – 1985. – Вып. 3. – С. 11-13. 126. Turgut Paki. Segregation control of SCC with a modified L-box apparatus [Text] / Turgut Paki, Turk Kazim, Bakirci Hasan // Magazine contraction research. – 2012. – № 8. – pp. 707-715. 127. Лесовик, Р.В. Высокопрочный мелкозернистый бетон на композиционных вяжущих и техногенных песках для монолитного строительства [Текст] / Р.В. Лесовик, Е.С. Глаголев, Д.М. Сопин, М.С. Агеева. – Белгород: Издво БГТУ. – 2013. –106 с. 203 128. YuR. Mix design and properties assessment of Ultra-High Performance Fibre Reinforced Concrete (UHPFRC) [Text] / Yu R., Spiesz P., Brouwers H.J.H. // Cement and Concrete Research. – 2014. – pp. 29-39. 129. Баженов, Ю.М. Технология бетонных и железобетонных изделий [Текст] / Ю.М. Баженов, А.Г. Комар. – М.: Стройиздат, 1984. – 672 с. 130. Mardani-Aghabaglou Ali. Effect of different types of superplasticizer on fresh, rheological and strength properties of self-consolidating concrete [Text] / Mardani-Aghabaglou Ali, Tuyan Murat, Yilmaz Gokhan, Arioz Omer, Ramyar Kambiz // Construction and building materials. – 2013. – pp. 1020-1025. 131. OrbeA. Framework for the design and analysis of steel fiber reinforced selfcompacting concrete structures [Text] / Orbe A., Cuadrado J., Losada R., Roji E // Construction and building materials. – 2012 – pp. 676-686. 132. Deeb Rola. Mix proportioning of self-compacting normal and high-strength concretes [Text] / Deeb Rola, Karihaloo Bhushan Lal // Magazine contraction research. – 2013. – № 9-10. – С. 546-556. 133. Ивашкин, А.Н. Исследование свойств декоративного бетона в зависимости от химических добавок и гранулометрии заполнителей из техногенных отходов [Текст] / А.Н. Ивашкин, П.В. Борков // Научно-технический вестник Поволжья. – 2013. – № 6. –С. 294-296. 134. Иванов, Л.А. По материалам информационного научно-технического журнала «Технологии бетонов». По материалам справочника «Строительные материалы. Где их можно приобрести» [Текст] / Л.А. Иванов. – 2005.– № 40. 135. Karihaloo Bhushan Lal. Mix proportioning of self-compacting high- and ultra-high- performance concretes with and without steel fibers [Text] / Karihaloo Bhushan Lal, Ghanbari Akbar. School of Engineering, Cardiff University. Cardiff. Mag. Concr. Res. – 2012. – № 12, – pp.1089-1100. 136. Ozbay Erdogan. Investigating mix proportion of high strength selfcompacting concrete by using Taguchi method [Text] /Ozbay Erdogan, Oztas Ahmet, Baykasoglu Adil, Ozbebek Hakan. Constriction and building materials. – 2009. – № 2. – pp. 694-702. 204 137. Rings, K.-H. SCC: Grenzen der Betonzusammensetzung [Text] / Rings K.H. Kolczyk H., Losch P. // Beton. 4/2002. – pp. 192-196. 138. http://bayferrox.com 139. Rings, K.-H. Kolczyk, H., Losch, P.: SCC: Grenzender Betonzusammensetzung [Text] / Rings, K.-H.,Kolczyk, H., Losch, P. // Beton. – 2006. – pp. 357-362. 140. Дятлов, А.К. Мелкозернистый самоуплотняющийся бетон с комплексной наносодержащей добавкой: Автореф. дис. на соиск. учен. степ. канд. техн. наук: спец. 05.23.05 [Текст] / А.К. Дятлов; МГСУ, Москва, 2006. – 21 с. 141. Рыжов, И.Н. Самоуплотняющиеся бетонные смеси – производство и применение [Текст] / И.Н. Рыжов // Бетон и железобетон. Оборудование. Материалы. Технологии. – 2008. – № 1. – С. 120-122. 142. Трамбовецкий, В.П. Цветной бетон [Текст] / В.П. Трамбовецкий // Технологии бетонов. – 2008. –№ 1. – С. 36. 143. Ali Esraa Emam. Recycled glass as a partial replacement for fine aggregate in self-compacting concrete [Text] / Ali Esraa Emam, Al-Tersawy Sherif H. Constr. and Build. Mater. – 2012. – № 35. – pp. 785-791. 144. Лесовик, В.С. Классификация активных минеральных добавок для композиционных вяжущих с учетом генезиса [Текст] / В.С. Лесовик [и др.] // Вестник БГТУ им. В.Г. Шухова. – 2012. – № 3. – С. 10-14. 145. Берг, О.Я. Высокопрочный бетон [Текст] / О.Я. Берг, Е.Н. Щербаков, Г.Н. Писанко. – М.: Издательство литературы по строительству, 1971. – 209 с. 146. Дятлов, А.К. Мелкозернистые самоуплотняющиеся бетоны для монолитного домостроения на основе композиционных вяжущих [Текст] / А.К. Дятлов, А.И. Харченко, М.И. Баженов, И.Я. Харченко // Промышленное и гражданское строительство. – 2012. – № 11. – С. 59-61. 147. Бабаев, Ш.Т. Эффективность вяжущих низкой водопотребности и бетонов на их основе [Текст] / Ш.Т. Бабаев, Н.Ф. Башлыков, Б.Э. Юдович // Бетон и железобетон. – 1998. – №6. – С.3-6. 205 148. Подмазова, С.А. Высокопрочные бетоны на вяжущем низкой водопотребности [Текст] / С.А. Подмазова // Бетон и железобетон. – 1994. – №1. – С.12-14. 149. Батраков, В.Г. Бетоны на вяжущих низкой водопотребности [Текст] / В.Г. Батраков, Н.Ф. Башлыков, Ш.Т. Бабаев и др. // Бетон и железобетон. – 1988. – №11. – С.4-6. 150. Калашников, В.И. Современные представления об использовании тонкомолотых цементов и ВНВ в бетонах [Текст] / В.И. Калашников, А.А. Борисов, Л.Г. Поляков и др. // Строительные материалы. – 2000. – №7. – С.13-14. 151. Астафьев, Я.В. Технология получения и основные свойства бетонов из самоуплотняющихся смесей на основе напрягающегося цемента [Текст] / Я.В. Астафьев // Автореф. дис. … канд. техн. наук. Брест. – 2006. – 23 с. 152. Несветаев, Г.В. О методологии оценки эффективности добавок для самоуплотняющихся бетонов [Текст] / Г.В. Несветаев // Дни современного бетона: Материалы Х Международной науч. практ. конф. Запорожье. – С. 111-118. 153. Нудель, М.Э. Особенности процесса сухого измельчения цементного сырья в поверхностно-активной среде [Текст] / М.Э. Нудель, Г.С. Крыхтин // Измельчение цементного сырья и клинкера. – М.: Труды НИИЦемента. – Вып. 36. – 1976. – С. 34-52. 154. Herbert Pöllmann. Calcium Aluminate Cements – Raw Materials, Differences, Hydration and Properties [Text] / Herbert Pöllmann // Reviewsin Mineralogy and Geochemistry. – 2012. – № 74. – pp. 1-82. 155. http://www.c-rost.ru/articles/article004 156. Лесовик, В.С. Проблемы расширения номенклатуры вяжущих веществ [Текст] / В.С. Лесовик, Р.В. Лесовик, Н.И. Алфимова // Международный конгресс производителей цемента: Сб. докл. – Белгород. – 2008. – С. 30–34 157. Лесовик, В.С. Высокоэффективные композиционные вяжущие с использованием наномодификатора [Текст] / В.С. Лесовик, Н.И. Алфимова, М.С. Шейченко, Я.Ю. Вишневская // Вестник Центрального регионального 206 отделения Российской академиями архитектуры и строительных наук: сб. науч. ст./ РААСН, ВГАСУ. – Воронеж: Изд-во Ворон. гос. арх.-строит. уни-та, 2010. – С. 90-94. 158. Миненко, Е.Ю. Усадка и усадочная трещиностойкость высокопрочных бетонов с органоминеральными модификаторами: Дис. ... канд. техн. наук: 05.23.05 [Текст] / Е.Ю. Миненко. – Пенза, 2004. – 157 c. 159. Вишневская, Я.Ю. Энергоемкость процессов синтеза композиционных вяжущих в зависимости от генезиса кремнеземсодержащего компонента [Текст] / Я.Ю. Вишневская, Н.И. Алфимова // Вестник БГТУ им. В.Г. Шухова. – 2011. – № 3 – С. 53-56. 160. Жидкова, Т.В. Бетон с добавкой мела, как высокодисперсной составляющей его вяжущего компонента. Автореф. дис. …канд. техн. наук: 05.23.05 [Текст] / Т.В. Жидкова. – Харьков. – 1992. – 14 с. 161. Рахимбаев Ш.М. Реологические свойства пеноцементных систем с добавкой анионного пенообразователя [Текст] / Ш.М. Рахимбаев, Л.Д. Шахова, Д.В. Твердохлебов // Вестник БГТУ им. В.Г. Шухова. – 2003. – №4. – С.6-14. 162. Чернышева Н.В. Стеновые и отделочные материалы на основе композиционных гипсовых вяжущих для малоэтажного строительства [Текст] / Н.В. Чернышева, В.С. Лесовик // Вестник центрального регионального отделения РААСН (к 20-летию РААСН): Материалы академических научных чтений «Проблемы архитектуры, градостроительства и строительства в социальноэкономическом развитии регионов» РААСН, ТГТУ. – Тамбов-Воронеж: Изд-во Першина Р.В.– 2012. –№ 11. – С. 238-242 163. Хархардин, А.Н. Шаповалов С.М., Ряпухин Н.В. Минеральный бетон из вмещающих скальных пород КМА [Текст] / А.Н. Хархардин, С.М. Шаповалов, Н.В. Ряпухин // Сб. трудов Всероссийской научн.-практич. конф. «Строительное материаловедение, теория и практика». – М., 2006. – С. 177-179. 164. Рамачандрана, В.С. Добавки в бетон [Текст] / В.С. Рамачандран, Р.Ф. Фельдман, М. Коллепарди и др.; Под ред. В.С. Рамачандрана; Пер с англ. 207 Т.И. Розенберг и С.А. Болдырева; Под ред. А.С. Болдырева и В.Б. Ратинова. – М.: Стройиздат, 1988. – 575 с. 165. Тарасенко, В.Н. Теплоизоляционные и конструкционно- теплоизоляционные пенобетоны с комплексными добавками: диссертация ... кандидата технических наук: 05.23.05 [Текст] / В.Н. Тарасенко. – Белгород, 2001. – 176 с. 166. Твердохлебов, Д.В. Влияние компонентного состава на реологические и другие технологические свойства пеноцементных смесей: автореф. дис. на соиск. учен. степ. канд. техн. наук: спец. 05.23.05 [Текст] / Д.В. Твердохлебов; БГТУ им. В.Г. Шухова, Белгород, 2006. – 21 с. 167. Шихненко, И.В. Краткий справочник инженера-технолога по производству железобетона. – 2-е изд., перераб. и доп. [Текст] / И.В. Шихненко. – К.: Будивэльнык, 1989. – 296 с. 168. Лесовик, Р.В. Мелкозернистые бетоны для малых архитектурных форм; Смеси с высокой проникающей способностью для строительства укрепленных оснований автомобильных дорог с использованием отходов КМА: монография [Текст] / Р.В. Лесовик, В.Г. Голиков, Н.А. Шаповалов, Е.И. Назаренко. – Белгород: Изд-во БГТУ, 2005. – 210 с. 169. Кривобородов, Ю.Р. Применение вторичных ресурсов для получения цементов [Текст]/ Ю.Р. Кривобородов, А.Ю. Бурлов, И.Ю. Бурлов // Строительные материалы. – 2009. – № 2. – С. 44-45. 170. Щетинина, И.А. Некоторые аспекты энергосбережения при увеличении выпуска тонкодисперсного мела на стойленском меловом заводе [Текст] / И.А. Щетинина, Е.И. Гибелев // Вестник БГТУ им. В.Г. Шухова. – 2005. – № 11. – С. 433-436. 208 ПРИЛОЖЕНИЯ 209 ПРИЛОЖЕНИЕ 1 Расчет исходного состава бетонных смесей на основе портландцементов и композиционных вяжущих Расчет состава бетона произведем для композиционных вяжущих КВ-80КВП (КВ1), КВ-80М(Б) (КВ2), КВ-60КВП+М (КВ3) и КВ-60КВП+М(Б) (КВ4). Активность указанных вяжущих составляет 78,5 МПа, 74,1 МПа, 69,4 МПа и 64,7 МПа соответственно, что, в свою очередь, позволяет отнести их к маркам 75, 70, 65 и 60 МПа. Класс бетона установим на уровне В25, что соответствует средней прочности RБ=32,1 МПа. По известной формуле: В/Ц А RЦ R Б А 0,5 R Ц Определяем В/Ц бетонной смеси. Для КВ-80КВП (КВ1): В/Ц 0,55 75 0,78 32,1 0,55 0,5 75 Для КВ-80М(Б) (КВ2): В/Ц 0,55 70 0,75 32,1 0,55 0,5 70 Для КВ-60КВП+М (КВ3): В/Ц 0,55 65 0,72 32,1 0,55 0,5 65 Для КВ-60КВП+М(Б) (КВ4): В / Ц 0,55 60 0,64 32,1 0,55 0,5 60 Исходя из необходимости получения осадки конуса на уровне 16…20 см в соответствии со справочными данными [177] расход воды примем на уровне 230 л на 1 м3 бетонной смеси. Расход вяжущего, определяемый по формуле Ц=В/(В/Ц) составляет: для КВ-80КВП (КВ1) – 295 кг на 1 м3 бетонной смеси; для КВ-80М(Б) (КВ2) – 307 кг на 1 м3 бетонной смеси; 210 Окончание приложения 1 для КВ-60КВП+М (КВ3) – 319 кг на 1 м3 бетонной смеси; для КВ-60КВП+М(Б) (КВ4) – 359 кг на 1 м3 бетонной смеси. Истинная плотность композиционных вяжущих составляет 2830 кг/м3. Расход мелкого заполнителя, определяемый по формуле Ц П 1000 В П Ц составляет: для КВ-80КВП (КВ1) – 1768 кг на 1 м3 бетонной смеси; для КВ-80М(Б) (КВ2) – 1756 кг на 1 м3 бетонной смеси; для КВ-60КВП+М (КВ3) – 1742 кг на 1 м3 бетонной смеси; для КВ-60КВП+М(Б) (КВ4) – 1704 кг на 1 м3 бетонной смеси. Содержание в композиционном вяжущем фракции <0,63 мм отсевов дробления КВП составляет 20%, или: 59 кг на 1 м3 бетонной смеси на основе КВ80-КВП (КВ1) 63,8 кг на 1 м3 бетонной смеси на основе КВ60-КВП+М (КВ3); 71,8 кг на 1 м3 бетонной смеси на основе КВ60-КВП+М(Б) (КВ4). В соответствии с данными табл. 4.1 на указанное количество фракции <0,63 мм приходится: 50,9 кг фр. 0,63…2 мм и 86,2 кг фр. 2…5 мм на 1 м3 бетонной смеси на основе КВ-80КВП (КВ1); 55,1 кг фр. 0,63…2 мм и 93,3 кг фр. 2…5 мм на 1 м3 бетонной смеси на основе КВ-60КВП+М (КВ3); 62,4 кг фр. 0,63…2 мм и 105,6 кг фр. 2…5 мм на 1 м3 бетонной смеси на основе КВ-60КВП+М(Б) (КВ4). Необходимое дополнительное количество песка составит: 1630,9 кг на 1 м3 бетонной смеси на основе КВ-60КВП+М (КВ3); 1593,6 кг на 1 м3 бетонной смеси на основе КВ-60КВП+М (КВ3); 1536 кг на 1 м3 бетонной смеси на основе КВ-60КВП+М(Б) (КВ4). 211 ПРИЛОЖЕНИЕ 2 212 ПРИЛОЖЕНИЕ 3 213 Окончание приложения 3 214 ПРИЛОЖЕНИЕ 4 215 Окончание приложения 4 216 ПРИЛОЖЕНИЕ 5 217 ПРИЛОЖЕНИЕ 6 218 ПРИЛОЖЕНИЕ 7
