Строительное материаловедение. Рубрика в журнале - Нанотехнологии в строительстве: научный интернет-журнал
Конструкционно-теплоизоляционный пенобетон для индивидуального монолитного жилищного строительства
Статья научная
Введение. Приведены результаты исследований конструкционно-теплоизоляционного цементного пенобетона для монолитного индивидуального жилищного строительства с применением пористых заполнителей и суперпластификаторов. Актуальность исследования обусловлена необходимостью повышения технологических свойств пенобетонных смесей для улучшения транспортировки и укладки в опалубку, а также повышения прочностных и теплоизоляционных параметров стеновых материалов в индивидуальном жилищном строительстве. Путем частичной замены кварцевого песка на керамзитовый или шлаковый песок в количестве 25% по объему и введения суперпластификатора «Штайнберг МР-4» обеспечивается синергетический эффект и достигается повышенная устойчивость пенобетонной смеси, увеличение класса пенобетона по прочности на сжатие и уменьшение теплопроводности.
Бесплатно
Статья научная
Введение. В данной статье приведены результаты исследования влияния комплексной добавки на основе глиоксаля на свойства цементной пенобетонной смеси и пенобетона естественного твердения. Актуальность данной статьи представлена необходимостью обеспечения требуемых технологических параметров смеси для транспортирования и укладки в форму, а также обеспечения прочностных теплофизических характеристик стеновых конструкций для развития северных регионов России, в том числе Арктической зоны. Авторами было предложено снизить усадочные деформации в пенобетонной смеси и повысить прочность на сжатие затвердевшего пенобетона путем введения в цементную матрицу комплексной добавки на основе глиоксаля. Материалы и методы. Исследование влияния модифицирующих добавок на свойства пенобетонной смеси и пенобетона проводилось на смесях с водотвердым отношением, равным 0,45. Исследование проводилось с применением методик, указанных в национальных стандартах. Представлены результаты влияния комплексных модифицирующих добавок на основе глиоксаля и органических солей на реологические и прочностные свойства, а также установлены закономерности и механизм структурообразования модифицированного пенобетона. Результаты. Применение модифицирующих добавок приводит к повышению агрегативной стабильности и снижению пластической усадки пенобетонной смеси на 22-70%. При введении комплексной добавки LA 0,5% + Gl 0,55% в пенобетонную смесь прочность на сжатие повышается с 1,96 до 2,43 МПа в возрасте 28 суток при сохранении марки по средней плотности D600. Коэффициент теплопроводности модифицированного пенобетона с применением добавок снижается на 5-30; в сравнении с контрольным составом. Выводы. Полученные результаты создают основу для импортозамещения модифицирующих добавок на отечественной минерально-сырьевой базе в строительной отрасли и производства эффективных конструкционнотеплоизоляционных бетонов для развития северных регионов России.
Бесплатно
Малоэнергоемкое связующее для изделий на основе каменной ваты
Статья научная
Введение. Основная цель исследования: снижение энергоемкости изготовления минераловолокнистых изделий за счет разработки инновационного связующего на основе модифицированных эпоксидных веществ. Для достижения поставленных целей были изучены возможности использования в качестве связующих эпоксидных соединений, а также способов их модификации. Материалы и методы. Использовалось эпоксидное связующее, модификатор и пластификатор; минеральная вата с модулем кислотности 1,8–2,1 и диаметром волокон порядка 4–5 мкм. Адгезионная прочность и прочность при растяжении определяли на машине INSTRON 3382. Разработана методика исследования рецептур и технологических параметров получения модифицированного эпоксидного связующего, также осуществлена реализация этой методики. Результаты. Установлен состав эпоксидного модифицированного связующего, включающего 6% модификатора (латентного компонента) и 3% пластификатора, а также обоснована температура тепловой обработки 150–154 °С, в то время как тепловая обработка традиционных связующих происходит при 240–320 °С. Значимость полученных результатов состоит в разработке основ цифровой методики исследований технологии, а также в обосновании возможности использования, полученного с применением латентного компонента и пластификатора, модифицированных эпоксидных соединений в качестве связующего для минераловолокнистых изделий. После отверждения связующего прочность адгезионного контакта с минеральной поверхностью составила 58,4 МПа, предел прочности связующего при растяжении 77,4 МПа и адгезионная прочность контакта после климатических испытаний 29,1 МПа. Заключение. Оценка свойств минераловатных изделий показала, что их эксплуатационная стойкость соответствует показателям стойкости изделий на традиционных связующих. Изделия на основе минеральных волокон (базальтовых, стеклянных, каменных) являются наиболее применяемыми и эффективными теплозвукоизоляционными материалами. Применение этих изделий позволяет значительно снижать расходы энергии на кондиционирование в жаркие периоды, а также на обогрев помещений в холодное время года. Использование модифицированного эпоксидного связующего позволяет на 50% снизить расходы на тепловую обработку и при этом на 20–30% снизить общие расходы тепла, то есть повысить общую энергетическую эффективность изделий.
Бесплатно
Статья научная
Введение. Сложность и трудоемкость системных экспериментальных исследований физико-химических процессов в объеме и на поверхности раздела фаз пористой среды определяют необходимость применения математического моделирования. Это позволяет не только выявить и исследовать определяющие физико-химические процессы в пористой среде, но и решать задачи оптимизации и оптимального управления процессами и режимами посредством выбора наиболее благоприятных условий. Материалы и методы. Методом математического моделирования исследуются физико-химические процессы: 1) создание композиционных и нанокомпозиционных материалов; 2) увлажнение пористых материалов; 3) влагопоглощение в пористых материалах. Пористый материал рассматривается как псевдооднородная среда с усредненными физическими и технологическими параметрами. Результаты. Для всех рассматриваемых задач разработаны математические модели и сформулированы краевые условия для расчета распределения физико-химических процессов в объеме пористой среды. Для каждой конкретной задачи и каждого конкретного материала определяются физические и эффективные константы. Исследуются физико-химические процессы в пористой среде при металлизации углеграфитового волокнистого материала, увлажнении компактно сформированного текстильного материала принудительным потоком кондиционированного воздуха и процессы поглощения влаги пористыми строительными материалами. Обсуждение. Обсуждается адекватность математических моделей реальным физико-химическим процессам. Сравниваются результаты расчетов, полученных по моделирующим уравнениям, реализованным в виде компьютерных вычислительных алгоритмов и экспериментов. Выводы. Установлено, что приведенный метод математического моделирования и полученные зависимости являются эффективным инструментом для исследования процессов распределения физико-химических реакций в пористой среде и могут быть использованы для теоретических исследований закономерностей и для расчета оптимальных значений технологических параметров. Показана работоспособность использования математических методов для определения эффективных технологических режимов металлизации углеграфитового волокнистого материала.
Бесплатно
Материалы на основе модифицированного гипса для фасадных систем
Статья научная
Введение. Применение гипса в строительных системах, подвергаемых атмосферным воздействиям, предполагает введение модифицирующих добавок различного типа: полимерных композиций, минеральных тонко- и нанодисперсных компонентов, которые могут быть также продуктами других производств. Методы и материалы. С целью повышения атмосферостойкости гипсового камня, его прочностных характеристик и водостойкости в исследованиях рассматривался комплексный способ модификации гипсового вяжущего путем введения водных растворов поликонденсационных смол, отверждающихся в материале и нанокомпонентов. Эксперимент по оценке влияния состава комплексно модифицированного гипса на его свойства проводился на основе матрицы полного квадратичного трехфакторного эксперимента. Результаты. Прочность комплексно модифицированного гипсового камня при сжатии и при изгибе за 80 суток хранения на воздухе возрастает соответственно на 30% и 25%. Прочность при сжатии составляет 60 МПа, при изгибе – 12 МПа. Образцы выдерживают 150 циклов попеременного замораживания и оттаивания. Обсуждение. Введение в состав гипсовой смеси полимерных добавок ведет к тому, что гипс при гидратации создает каркас из кристаллических сростков двугидрата, а смола, отверждаясь, образует непрерывную полимерную матрицу. Полимергипс обладает свойством увеличивать прочность во времени за счет продолжающейся полимеризации смолы. Заключение. Получен атмосферостойкий гипсосодержащий материал. Использование техногенных отходов позволяет решать задачу их утилизации, что определяет снижение отрицательной нагрузки на окружающую среду. Осуществлена апробация методики оценки атмосферостойкости гипсового камня и, в первую очередь, морозостойкости.
Бесплатно
Методологическое обоснование выбора стабилизатора суспензий тонкодисперсных частиц титаната висмута
Статья научная
Введение. Современный этап развития строительной индустрии и строительного материаловедения предполагает внедрение и широкое применение нано- и тонкодисперсных частиц, способных улучшить свойства традиционных материалов. Однако для этого необходимо обеспечить стабилизацию нано- и тонкодисперсных компонентов цементной системы. В качестве стабилизаторов могут применяться пластифицирующие добавки. Немаловажно установить их концентрацию. В связи с чем была обозначена цель работы, которая заключается в методологическом обосновании как стабилизирующего действия различных типов пластификаторов на суспензию тонкодисперсного синтетического титаната висмута, используемого в модифицировании цементных систем, так и установления пределов их оптимальных концентраций. Методы и материалы. Основные исследования в работе направлены на установления пределов оптимальных концентраций поликарбоксилатного и сульфонафталинформальдегидного пластификаторов. Определение пределов оптимальных концентраций пластификаторов проводили с помощью метода солюбилизации красителя, сталагмометрического и кондуктометрического методов, также проводились исследования по установлению стабилизирующего действия пластификаторов на суспензию тонкодисперсных частиц титаната висмута. Результаты. Для установления пределов оптимальной концентрации, способной обеспечить стабилизацию тонкодисперсных частиц титаната висмута в суспензии, были определены ККМ методом солюбилизации красителя, сталагмометрическим и кондуктометрическим методами. Установлено, что для пластификатора на поликарбоксилатной основе характерна одна точка ККМ, а для пластификатора на сульфонафталинформальдегидной основе характерны 2 точки ККМ: ККМ1 и ККМ2. При ККМ1 формируются неустойчивые сферические мицеллы, которые переходят в устойчивые в точке ККМ2. При концентрациях, превышающих значение ККМ2, происходят полиморфные превращения сферических мицелл в несферические асимметрические мицеллы. То же самое прослеживается для ККМ поликарбоксилатного пластификатора только в один этап, из чего можно сделать вывод, что выше ККМ для поликарбоксилатного пластификатора и ККМ2 для сульфонафталинформальдегидного пластификатора увеличивать концентрацию пластификаторов нельзя, что связано со структурными изменениями мицелл пластификаторов. Таким образом, предполагается, что для стабилизации тонкодисперсных частиц титаната висмута необходимо применять концентрацию пластификаторов в пределах, не превышающих значения ККМ для поликарбоксилатного пластификатора, и ККМ1 для сульфонафталинформальдегидного пластификатора. Заключение. На основании совокупности всех проведенных исследований были установлены пределы оптимальных концентраций пластификаторов для стабилизации тонкодисперсных частиц титаната висмута в суспензии. Для поликарбоксилатного пластификатора предел оптимальных концентраций составил 1,1-1,5 г/л; для сульфонафталинформальдегидного пластификатора - 2,2-4,0 г/л.
Бесплатно
Статья научная
В настоящее время в технологии бетонов широко применяются химические модификаторы, большинство из которых являются комплексными. Развитие теории и практики высокопрочных бетонов нового поколения повлекло за собой разработку и внедрение комплексных органоминеральных добавок, в состав которых входят современные суперпластификаторы (СП) и тонкомолотые минеральные наполнители. Высокопрочные бетоны - это многофункциональные бетоны, сочетающие в себе, наряду с высокой прочностью, другие важнейшие свойства - высокие показатели морозостойкости, водонепроницаемости, упруго-пластических свойств и др. Материалы и методы исследования. Достижение высоких показателей бетонов возможно за счет применения СП совместно с тонкомолотыми микронаполнителями - каменной мукой, в том числе с наночастицами и дисперсной арматурой. В данной работе основной задачей является моделирование развития микроструктуры цементного камня с органоминеральными добавками. С этой целью была разработана модель развития микроструктуры во времени с учетом возможных механизмов влияния компонентов на состав продуктов гидратации и характер раннего структурообразования. Результаты и обсуждение. Показано, что анализ структурной топологии и моделирование процессов формирования микроструктуры наполненных цементных композиций, выполняемых совместно с анализом продуктов гидратации и кинетики твердения, позволяют прогнозировать возможные механизмы действия комплексных добавок и, в определенном смысле, прогнозировать возможные сценарии развития микроструктуры цементного камня, во многом определяющей основные физико-химические свойства бетона и его долговечность.
Бесплатно
Наномодифицирование цементных композитов на технологической стадии жизненного цикла
Статья научная
В статье рассматриваются теоретические основы принципов наномодифицирования строительных композитов и концептуальные модели наномодифицирования с точки зрения эволюционного маршрута образования твердой фазы в зависимости от кинетики гетерогенных процессов. В работе определены основные факторы наномодифицирования цементных систем твердения на всех этапах технологической стадии жизненного цикла в соответствии с эволюционным маршрутом. Влияние наноразмерных частиц (НРЧ) как одного из главных факторов заключается в следующих механизмах их действия: а) непосредственное химическое участие НРЧ в гетерогенных процессах фазообразования гидратных соединений, б) каталитическая роль НРЧ как центров кристаллизации, в) повышение плотности упаковки системы сложения дисперсных частиц, г) зонирование структуры твердения. Обоснованы концепции и арсенал средств наномодифицирования в технологиях строительных композитов. С целью оценки эффективности принципов наномодифицирования исследованы кинетика гидратации, фазовый состав, микроструктура, реология и прочностные характеристики цементных систем твердения. Показано, что использование наномодификаторов повышает пластичность цементного теста, ускоряет процессы гидратации цемента в 9-28 раз и повышает прочность цементного камня в 1,5-2 раза. Все это позволяет снизить производственные затраты на всех стадиях технологического цикла получения цементных композитов.
Бесплатно
Обоснование критериальных требований к наполнителям в составах смесей для строительной 3D-печати
Статья научная
Введение. В рамках решения задачи создания новых материалов для аддитивных технологий произведен анализ состояния вопроса, выявлена проблема отсутствия общих подходов к выбору сырьевых компонентов смесей. Теоретическая концепция. На основании подходов фундаментальной структурной реологии, физико-химической механики дисперсных систем, теории упаковок зернистых сред теоретически обоснованы критериальные требования к характеристикам наполнителей, предложены численные критерии их оценки. Данные численные критерии предложено применять для предварительной комплексной оценки наполнителей в задачах проектирования составов смесей для строительной 3D-печати. Материалы и методы. Характеристики наполнителей оценены методами сканирующей электронной микроскопии с использованием сканирующего электронного микроскопа Thermo Scientific™ Phenom™ Desktop SEM с обработкой изображений в программном комплексе «ParticleMetric»; лазерной гранулометрии с использованием лазерного анализатора размера частиц «Анализетте 22». Результаты. Произведена оценка цемента и 5 видов наполнителей, отличавшихся размерностью и ролью в формировании свойств смеси. Определены их расчетные критериальные характеристики: средний диаметр частиц, гранулометрическая константа, коэффициент формы частиц. Установлены граничные значения данных характеристик для частиц различной морфологии и дисперсности. Заключение. На основании использования предложенных теоретических подходов определены направления исследований, которые связаны с получением экспериментальных закономерностей влияния критериальных характеристик наполнителей на реологические характеристики смесей; ранжированием по значимости данных характеристик и обоснование требований к диапазону дозировок наполнителей в зависимости от их размеров, формы и гранулометрии.
Бесплатно
Оптимизация свойств и структуры особолегких материалов с применением цифровых методов
Статья научная
Введение. Решение задач, направленных на повышение эффективности строительства, непосредственно связано с применением минеральных особолегких материалов, к которым относят минераловолокнистые материалы, пеностекло, ячеистое стекло холодного отверждения, ячеистые бетоны и пеногипс. Методы и материалы. Целью исследований, изложенных в статье, являлось изучение влияния технологических факторов на свойства пеногипса, а также на особенности формирования его структуры и оптимизация его составов. Основой методологии стали цифровые методы планирования, обработки результатов и аналитической их оптимизации.
Бесплатно
Оптимизация свойств легких керамических изделий с применением статистических методов
Статья научная
Введение. Повышение эффективности керамического кирпича и камней связано со снижением средней плотности изделий и соответствующей теплопроводностью. Одним из возможных путей является поризация структуры керамического изделия с помощью выгорающих добавок или введения специальных пен при приготовлении керамической смеси. Другая возможность связана с введением в структуру особо легких заполнителей и, в частности, дробленого пеностекла. Целью исследований являлась разработка методики определения и оптимизации рецептур легкого керамического кирпича, основанная на нормативных требованиях по прочностным характеристикам, плотности и теплопроводности. Методы и материалы. В качестве сырья использовались суглинок средней пластичности и флюсующий компонент (тонкомолотый бой стекла), а также измельченный пеностекольный щебень. Свойства образцов определялись по нормативным методикам, при планировании и обработке результатов эксперимента использовались статистические и цифровые методы.
Бесплатно
Статья научная
Введение. В данной статье представлены результаты исследования по проектированию бетонной смеси, включающей летучую золу, доменный шлак, суперпластификатор и ингибитор повышения температуры для получения бетона с прочностью на сжатие 60 МПа через 28 дней. Смесь бетона используется для массивного бетонного фундамента с размерами 4×4×4 м. Методы и материалы. Для рассматриваемого бетона были проведены лабораторные исследования по определению прочности на сжатие и на растяжение. Также выполнены испытания по определению температурного нагрева в условиях адиабатического процесса. Результаты. С использованием численного эксперимента для рассмотренного состава бетона, климатических условий Вьетнама и выбранной конструкции бетонного массива выполнены исследования влияния на температурный режим двух факторов: температуры укладываемого бетона и интервала по времени между укладкой блоков, составляющих массив. Обсуждение. Из условия ограничения температурного перепада между центром массива и его поверхностью допустимой величиной 20°C получено уравнение, связывающее рассмотренные факторы. Также построены графики функций. Выводы. Результаты исследований могут использоваться в качестве практического руководства по строительству фундаментов из монолитного бетона, помогая минимизировать риск термического растрескивания и обеспечить долговечность и качество конструкции.
Бесплатно
Повышение радиоэкранирующих свойств строительных материалов в СВЧ диапазоне
Статья научная
Введение. Интенсивное развитие техники в современном мире сопровождается возникновением новых типов техногенных опасностей, одной из которых является микроволновое излучение. Несмотря на значительный спектр защитных материалов, не все они пригодны для строительных целей. Основным препятствием является их достаточно высокая стоимость, а интеграция их в основные виды стеновых строительных материалов требует существенных изменений технологий их производства. Наиболее реалистичным и рациональным путем решения проблемы является введение в традиционно применяемые для получения строительных изделий бетоны и растворы специальных добавок. В статье исследовано влияние добавок тонкодисперсного технического углерода и алюминиевой пудры в составе цементной и гипсовой матриц на радиоэкранирующие свойства в диапазоне частот 1800-2800 МГц. Материалы и методы исследования. Порошок технического углерода добавляли в цементное и гипсовое тесто в дозировках 0, 2,5, 5%, алюминиевую пудру добавляли в гипсовое тесто в дозировках 0, 2,5, 5%. Исследованы предварительно насыщенные водой суперабсорбирующие полимеры. Изучены радиоэкранирующие свойства на разработанной экспериментальной лабораторной установке с применением векторного анализатора цепей NanoVNA. Результаты и обсуждения. Рассмотрено влияние на прочностные и СВЧ-защитные свойства гипсового и цементного камня добавок технического углерода и алюминиевой пудры. Установлено, что добавка технического углерода в количестве до 3-3,5% от массы цемента показывает нейтральное влияние на прочность цементного камня, обеспечивая снижение уровня сигнала около 50% (-6 дБ), наблюдаемое в диапазонах 1800-2100 МГц и 2300-2650 МГц, что делает данную добавку перспективной для решения обозначенной задачи. При введении добавок в гипсовую матрицу добавка технического углерода обеспечивает снижение уровня излучения до 60% (-8 дБ), а алюминиевая пудра до 69% (-10 дБ) в дозировке не более 5% от массовой доли вяжущего на образцах толщиной 3 см. Однако рассмотренные добавки оказывают ощутимое негативное влияние на прочностные показатели гипсового камня, что позволяет рекомендовать применение только технического углерода в количестве не более 2,5% для получения изделий, не требующих высокой прочности.
Бесплатно
Статья научная
Введение. В статье затрагиваются вопросы по уменьшению количества энергопотребления изготовления ячеистых бетонов и улучшению их эксплуатационных свойств. Данные задачи возможно решить путем применения новых модифицированных цементов отходами энергетического и горнодобывающего комплексов и использования техногенных продуктов. Применение в составе цементных композиций модифицирующих добавок, оказывающих влияние на процессы твердения и уплотняющих их микроструктуру, является инновационной технологией создания высокотехнологичной продукции и производства эффективных, обладающих улучшенными эксплуатационными свойствами, композитов на основе портландцемента. За счет использования промышленных отходов и продуктов техногенного происхождения возможно кардинально изменить параметры сырьевой базы Российской Федерации и сократить количество используемого природного традиционного сырья и снизить экологическую напряженность. Методы и материалы. В работе исследовалось влияние оксидного состава минеральных добавок (диопсида, диабаза, волластонита и известняка), добавляемого количества и диаметра частиц модифицирующих добавок на прочностные показатели цементной матрицы и эксплуатационные свойства модифицированных газои пенобетонов неавтоклавного твердения. В качестве кремнеземистого компонента использовались кварцевый песок и кислая зола-унос ТЭЦ. Результаты. Отмечено, что наибольшее увеличение прочности (до 18%) наблюдается при введении диопсида. При модифицировании ячеистого бетона минеральными добавками снижается средняя плотность газобетона до 5%, пенобетона – до 20% и теплопроводность у газобетона с 0,14 до 0,12 Вт/(м•°С), у пенобетона – до 0,069–0,070 Вт/(м•°С). Морозостойкость модифицированного газобетона увеличивается с F50 до F75, пенобетона с F20 до F25. Индекс изоляции воздушного шума однослойными ограждающими конструкциями из газобетона составляет 69,13 дБ, что значительно больше требуемых нормативным документом величин. Обсуждение. Проведенные исследования позволяют констатировать, что улучшение эксплуатационных характеристик ячеистых бетонов неавтоклавного твердения связано с изменением их поровой структуры и фазового состава гидратных новообразований. Заключение. Полученный ячеистый бетон неавтоклавного твердения является теплоизоляционным и конструкционно-теплоизоляционным. Его целесообразно применять как стеновой материал для ненесущих стен и перегородок или в качестве основного стенового материала для малоэтажного строительства. При этом снижается трудоёмкость и сокращаются сроки строительства.
Бесплатно
Применение поливинилхлорида для нанокомпозитов (анализ и оптимизация показателей качества)
Статья научная
Введение. Применение нанокомпозитов в различных отраслях промышленности в последние годы увеличилось благодаря их уникальным свойствам и эксплуатационным характеристикам. Однако оптимизация качественных показателей нанокомпозитов остается сложной задачей из-за сложного взаимодействия между компонентами. В работе представлен обзор методов, используемых для анализа и расчета показателей качества нанокомпозитов с использованием ПВХ в качестве основного материала. Методы и материалы. Для математического расчета технологических параметров, не поддающихся прямому измерению, были проведены анализ литературных источников по рассматриваемому процессу и установление соответствующих зависимостей между эмпирическими данными в соответствии с основными закономерностями термодинамики и процессов массообмена. В ходе исследования применен метод нейронных сетей для того, чтобы описать процесс полимеризации винилхлорида, осуществленного суспензионным методом. Для решения данной проблемы была применена каскадная сеть, имеющая прямое распространение сигнала и обратное распространение ошибки. Состав сети: в скрытом слое - десять сигмоидных нейронов, в выходном слое - два линейных нейрона. Результаты и обсуждения. В ходе проведения исследований было установлено, что при полимеризации тепловой поток изменяется с течением времени в зависимости от уровня концентрации инициатора. В дальнейшем полученные зависимости могут использоваться при регулировании расхода хладагента в охлаждающую рубашку реактора, для обеспечения изотермического выполнения всего процесса. Было установлено, что, изменяя частоту вращения мешалки, можно изменять размер частиц и, следовательно, молекулярно-массовое распределение поливинилхлорида. Разработанная нейронная сеть была протестирована. Полученные результаты имеют минимальную погрешность и близки к реальным значениям, из чего можно сделать вывод, что сеть обучена правильно и зависимость между данными найдена.
Бесплатно
Прочность и деформативность цементного камня и порошково-активированных бетонов. Часть I
Статья научная
Введение. В процессе эксплуатации зданий и сооружений железобетонные конструкции подвержены воздействию различных нагрузок, которые вызывают деформации и разрушения. Прочностные и упруго-пластические свойства, долговечность современных бетонов регулируются с помощью суперпластификаторов, нанодобавок, наполнителей и заполнителей. Показана перспективность использования наногидросиликатных технологий. Статья посвящена изучению физико-механических свойств цементного камня и порошково-активированных бетонов – одной из разновидностей бетонов нового поколения. Материалы и методы. В качестве структурообразующих факторов для цементного камня рассматривались влияние В/Ц-отношения, наличие в составе карбоксилатного суперпластификатора и модифицирующей добавки, а для бетонов – влияние В/Ц-отношения, модифицирующей добавки, суперпластификатора, тонкодисперсного наполнителя, реологического и реакционного наполнителей. Результаты. Приводятся результаты исследования, устанавливающие взаимосвязь почности цементного камня и порошково-активированных бетонов с показателями пористости и прочности при статических и динамических нагрузках. Рациональные составы разработанных композитов характеризуются комплексом улучшенных физико-механических показателей. Установлено, что повышение В/Ц-отношения с 0,267 до 0,35 обусловливает снижение прочности цементного камня на сжатие, растяжение при раскалывании на 22–30%. Добавление суперпластификатора «Melflux 1641F» привело к значительному уменьшению водоцементного отношения – с 1,56 раза по сравнению с составом нормальной густоты и в 2,04 раза – по сравнению с составом с повышенным В/Ц-отношением, а также соответствующему повышению прочностных свойств на сжатие в 1,20 раза и в 1,72 раза – на растяжение при изгибе. Заключение. Установлено, что введение тонкодисперсных наполнителей в состав песчаного бетона привело к росту прочности на сжатие, при изгибе и на растяжение при раскалывании от 1,62 до 2,55 раза, что объясняется более плотной упаковкой кварцевого заполнителя, вызывающего увеличение плотности таких образцов на 9,5%, пластифицирующего эффекта микрокварца, и высокой активностью микрокремнезема. Исследована ударная прочность цементного композита. Установлено, что высокие значения максимальной контактной силы, продолжительности контакта и величины импульса показали пластифицированные высоконаполненные составы нового поколения. У композита, имеющего в своем составе микрокварц, кварцевый наполнитель и мелкий заполнитель, а также суперпластификатор «Melflux 1641F», показатель максимальной контактной силы составляет 4530 Н против аналогичного показателя состава цементного камня из теста нормальной густоты – 2073 Н. При этом примерно в два раза выше показатели продолжительности контакта и величина импульса ударника. К еще более высоким результатам привело введение в высоконаполненные составы микрокремнезема. Максимальная контактная сила, при которой происходило разрушение образцов, составила 4530 Н. Это более чем в два раза больше, чем у цементного камня на основе теста нормальной густоты.
Бесплатно
Прочность и деформативность цементного камня и порошково-активированных бетонов. Часть II
Статья научная
Введение. Железобетонные конструкции в зданиях и сооружениях во время эксплуатации подвержены воздействию различных нагрузок, которые вызывают деформации и разрушения. Материалы и методы. Показано, что прочностные и упругопластические свойства, долговечность современных бетонов в широких пределах регулируются с помощью суперпластификаторов, нанодобавок, наполнителей и мелких заполнителей. Статья посвящена изучению процессов деформации и разрушения цементного камня и порошково-активированных бетонов. Основные характеристики процессов деформации бетонов в работе устанавливаются с помощью диаграмм «напряжение–деформация» с учетом нисходящей ветви деформации. Диаграмма деформирования бетона на нисходящей ветви фиксируется предельной деформативностью, соответствующей достижению бетоном максимального значения прочности и конечной точкой нисходящей ветви, соответствующей остаточной прочности бетона. Результаты. Получены полные диаграммы деформирования бетона с протяженным участком нисходящей ветви путем нагружения образцов с постоянной затухающей скоростью деформирования, при котором на нисходящем участке происходит плавное снижение напряжения в образце. Изучены зависимости влияния рецептурных факторов на основные параметрические точки диаграммы σ–ε. В качестве структурообразующих факторов для цементного камня рассматривалось влияние В/Ц-отношения, модифицирующей добавки и поликарбоксилатного суперпластификатора, а для бетонов – влияние В/Ц-отношения, модифицирующей добавки, поликарбоксилатного суперпластификатора, тонкодисперсного наполнителя, реологического и реакционного наполнителей. Выполнен анализ полученных диаграмм для каждой из структур материалов как с отдельным структурообразующим фактором, так и для порошково-активированного бетона в целом. Выявлено, что повышение В/Ц-отношения с 0,267 до 0,350 вызывает более упругое поведение материала под нагрузкой, значительное (в 4–5 раз) удлинение ниспадающей ветви полной равновесной диаграммы деформирования цементного камня и изменение механизма разрушения материала, уменьшаются в 12,1 раза удельные параметры на статическое разрушение образца и в 9,1 раза – статический джей-интеграл Ji. Показано, что при введении карбоксилатного суперпластификатора «Melflux 1641F» характер деформирования образца под нагрузкой ближе к цементному камню, полученному на цементном тесте нормальной густоты, однако с более короткой (в 10 раз) ниспадающей ветвью, что говорит о более хрупком поведении образца. Использование тонкодисперсного кварца также повлияло на характер деформирования образцов – повысилась их упругость от 1,3 до 1,7 раза, но при этом на 20% снизилась величина предельных деформаций, то есть образцы становятся более упругими и менее деформативными. Заключение. Установлено, что при оптимальных содержаниях компонентов цементного камня и порошково-активированного бетона существенно от 1,3 до 5,8 раза повышаются параметры трещиностойкости и особенно статический джей-интеграл Ji, характеризущий энергию вязкого разрушения материала у вершины трещины, которая возрастает вследствие повышения сцепления цементного камня с активной поверхностью микрокремнезема. Кривые полных равновесных диаграмм аппроксимированы по участкам простейшими линейными и квадратичными функциями или представляются кубическим полиномом.
Бесплатно
Статья научная
Пылевидная фракция отсева дробления гранита рассматривается и оценивается в качестве носителя микроразмерной и наноразмерной составляющих структурообразования цементного камня и бетона. Даны генезис пылевидной фракции и идентификация ее состава и специфических свойств. Анализируется природа механической, механохимической, физико-химической активности и роли пылевидной фракции отсева в процессах гидратации цемента и структурообразования цементного камня. Микроразмерная составляющая квалифицируется как наполнитель в цементе, входящем в мелкозернистую бетонную смесь. Наноразмерная составляющая анализируется как кремнеземсодержащая добавка, способная наномодифицировать структуру гидратируемого цемента. Представлены экспериментальные данные и количественные оценки влияния пылевидной фракции на динамику твердения и прочность мелкозернистого бетона.
Бесплатно
Разработка искусственной гидравлической извести
Статья научная
Введение. Известковые растворы, применяемые для реставрации зданий исторической застройки, характеризуются низкой стойкостью в процессе эксплуатации. Стойкость известковых растворов может быть повышена применением в качестве вяжущего гидравлической извести. Однако в структуре выпуска известкового вяжущего доля гидравлической извести составляет всего лишь 19,8%. Учитывая низкий объем производства натуральной гидравлической извести, перспективной является разработка рецептуры искусственной гидравлической извести.
Бесплатно
Статья научная
Введение. В настоящее время аддитивные технологии широко используются в различных сферах деятельности. Использование таких технологий в строительстве помогает решить ряд очень важных вопросов. При 3D печати для изготовления малых архитектурных форм очень важно правильно подобрать составы материалов, из которых они будут изготавливаться.
Бесплатно
