презентация работы

Цель и задачи исследования
Целью диссертационного исследования является проведение комплексных исследований химического сопротивления и стойкости порошково-активированных бетонов нового поколения в условиях воздействия химико- биологических и температурно-влажностных сред в лабораторных и натурных условиях. Для ее достижения были поставлены следующие задачи.
1. Составить обзор отечественной и зарубежной литературы по долговечности бетона и железобетона в условиях воздействия химических и биологических агрессивных сред, морской воды и различных климатических факторов и выделить направления обеспечения долговечности цементных композитов и изделий на их основе за счет внедрения бетонов с повышенными показателями плотности.
2. Обосновать для проведения исследований составы цементных матриц бетонов нового поколения.
3. Исследовать влияние комплексных добавок на процессы структурообразования и формирование структуры твердой фазы на различных стадиях гидратации портландцемента и произвести подбор химических, тонкодисперсных и мелкозернистых минеральных компонентов, способствующих увеличению подвижности смеси плотности и прочности порошково-активированного бетона.
4. Получить количественные зависимости, определяющие показатели стойкости порошково-активированных бетонов в условиях воздействия химико-биологических и температурно-влажностных сред от рецептурных факторов.
5. Выполнить анализ влияния рецептурных факторов на структуру и свойства цементных композитов. Установить возможности улучшения физико-механических свойств и долговечности композитов за счет раздельного и совместного введения ультра- и нанодисперсных добавок, супер- и гиперпластификаторов, биоцидных препаратов и ингибирующее действие последних на микромицеты, участвующие в биодеградации.
6. Дать предложения по практическому использованию порошково-активированных бетонов нового поколения в условиях воздействия химико-биологических и температурно-влажностных сред.

Научная новизна работы
Исследованы матрицы бетонов нового поколения, включающих в рецептуры: цемент, молотый наполнитель, пластификатор, воду и биоцидную добавку (матрица первого рода); цемент, молотый наполнитель, пластификатор, воду, биоцидную добавку, тонкий наполнитель фракции 0,1–0,5 или 0,16–0,63 мм (матрица второго рода); матрицу первого или второго рода, включающую мелкий заполнитель фракции 1,0–5,0 мм или 0,63–5,0 мм (матрица третьего рода).
Установлено влияние химических добавок на структуры и количественные зависимости ее изменения, физико-механических свойств и долговечности цементных композитов различного рода в зависимости от рецептурных и агрессивных факторов.
Выявлен механизм действия супер- и гиперпластификаторов, ультра- и нанодисперсных систем, химических добавок в сочетании с минеральными наполнителями и заполнителями на изменение структуры и состава, а также на свойства цементного камня и бетонов.
Доказано, что введение в состав бетона пластифицирующих, химических и нанодобавок приводит к увеличению сопротивления химико-биологических и климатических средах.

Положения, выносимые на защиты
Новые данные и закономерности влияния комплексных добавок на модификацию структуры в различных условиях твердения и после воздействия химико-биологических и климатических сред.
Результаты исследований эффективности модифицирующих добавок, включающих супер- и гиперпластификаторы, ультра- и нанодисперсные системы, химические добавки и минеральные наполнители и заполнители, их оптимального содержания в цементных композитах.
Рациональные рецептуры цементных композитов с улучшенными показателями физико-механических свойств, химико-биологической и климатической стойкости.

Теоретические аспекты проблемы
Согласно литературным данным примерно 75 % строительных конструкций в мире подвержено разрушающему воздействию агрессивных сред, а продление срока эксплуатации конструкций на 5 лет дает возможность экономии порядка 20 млрд. руб. ежегодно.
Долговечность бетонных и железобетонных конструкций определяется
Во-первых, условиями внешней среды, т.е. климатом, составом воздуха, воды и грунта, а также особенностями контакта между внешней средой и наружными поверхностями конструкции.
Во-вторых, в процессе эксплуатации строительные материалы и изделия в зданиях и сооружениях могут подвергаться негативному воздействию различных технологических факторов.
Одной из агрессивных сред, вызывающих коррозию материалов, является химико-биологическая, которая усиливается при определенных климатических условиях.

Составы для испытаний

Физико-технические свойства цементных композитов по результатам испытаний

Результаты испытаний
Введение тонкодисперсного кварца в состав песчаного бетона привело к повышению таких его прочностных показателей, как прочность на сжатие, при изгибе и на растяжение при раскалывании от 1,62 до 2,55 раз, что объясняется повышением плотности упаковки кварцевого заполнителя и подтверждается увеличением плотности таких образцов на 9,5 %.
Отмечается положительный вклад в рост прочности микрокремнезема, имеющего более активную поверхность, чем у микрокварца.
Использование тонкодисперсного кварца повлияло и на характер деформирования образцов – повысилась их упругость от 1,3 до 1,7 раз, но при этом на 20 % снизилась величина предельных деформаций.
Добавление в состав микрокварца и особенно микрокварца с микрокремнеземом приводит к существенному увеличению демпфирующих свойств цементных композитов.
Высокие показатели максимальной контактной силы, продолжительности контакта и величины импульса показали пластифицированные высоконаполненные составы нового поколения.
Незначительное снижение ударной прочности цементного камня произошло с различными химическими препаратами: Тефлекс «Дезинфикант», Тефлекс «Универсальный», «Ультрадез-Био», Тефлекс «Антиплесень».

Итоги выполненного задания
Используя физический эксперимент и математическое моделирование, исследованы структура, прочность и долговечность бетонов нового поколения как со специальными реакционно- и реологически-активными нанометрическими добавками (каменная мука, микрокремнезем и др.), так и с малодефицитными карбонатно-кварцевыми наполнителями с микрометрическим и миллиметрическим диапазоном дисперсности и зернистости
Результаты комплексной идентификации строения, физико-механических свойств и долговечности показали, что модифицированная плотная структура принципиально отличается от немодифицированной: объем пор сокращается на 25,8–36 %; в структуре преобладают гидросиликаты кальция типа CSH(I) преимущественно скрытокристаллической формы с размером глобуловидных частиц 100–300 НМ; в зависимости от вида пластификатора, наполнителя, биоцидной и нанодобавки прочность материалов варьирует в среднем в пределах 50–130 МПа при сжатии, 8–30 МПа при изгибе, 2,5–6,3 МПа при раскалывании.

Итоги выполненного задания
Выявлено влияние рецептурных факторов на упруго-прочностные свойства композитов при статических и динамических нагрузках:
снижение В/Ц приводит к более упругому поведению материала под нагрузкой, значимому (в 4–5 раз) удлинению ниспадающей ветви полной равновесной диаграммы деформирования цементного камня и изменению механизма разрушения материала: при В/Ц 0,267 через формирование магистральной трещины на ранних стадиях нагружения и ее последующее развитие вплоть до расчленения образца, а при В/Ц 0,350 – через образование блочной структуры с последующим закрытием поперечных блочных трещин и слиянием продольных в магистральную трещину;
применение гиперпластификатора «Melflux 1641 F» значительно снизило водоцементное отношение (с 1,56 до 2,04) и способствовало повышению прочностных свойств: на сжатие – с 1,20 до 1,72 раза, на растяжение при раскалывании – с 1,66 до 2,13 раза и на изгиб – в 2,91 раза.
результаты исследования по структурообразованию доказывают улучшение физико-механических характеристик цементных композитов нового поколения относительно старого и переходного видов.

Итоги выполненного задания
С помощью физико-механических, математических и компьютерных технологий изучено поведение образцов цементных композитов в процессе экспонирования в лабораторных условиях при воздействии температурно-влажностных сред. В результате проведенных исследований получены количественные зависимости стойкости композитов от водоцементного отношения, вида и содержания гиперпластификаторов, фунгицидных препаратов, каменной муки, микрокремнезема, кварцевых наполнителей и мелких заполнителей. Сравнительные исследования показали высокие показатели стойкости порошково-активированных бетонов нового поколения.
В результате проведенных исследований по оценке значений минимальной ингибирующей концентрации на примере препарата Teflex по отношению к ряду плесневых грибов активных биодуструкторов строительных материалов показали, что фунгицидный эффект данного соединения зависит от вида грибов. Так, например, гриб Aspergillus niger проявлял достаточно высокую устойчивость, что объясняется неодинаковыми физиолого-биохимическими особенностями грибов. Поэтому знание видового состава микроорганизмов-биодеструкторов позволит наиболее оптимально подобрать биоцидную добавку к строительным материалам, предотвращающую процесс их биоповреждений.
С использованием физико-химических методов, а также физико-механических испытаний (оценка упругопрочностных свойств при статическом и динамическом нагружении), химико-биологических исследований, оценки в лабораторных условиях грибостойкости и фунгицидности, изменения стойкости материалов в химических и биологических средах, математических методов оптимизации (реализация плана Шеффе) разработаны бетоны и другие цементные композиты нового поколения, обладающие высокими показателями прочности, плотности, стойкие в температурно-влажностных и биологических средах.