Структура и свойства наномодифицированных высокопрочных легких бетонов

• Автор: Иноземцев, Александр Сергеевич
• Шифр специальности: 05.23.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 188 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. ТЕХНОЛОГИИ ВЫСОКОКАЧЕСТВЕННЫХ И ЛЕГКИХ БЕТОНОВ
1.1 Высокопрочные бетоны: состав, опыт применения
1.2 Легкие бетоны: классификация, состав, область применения
1.3 Отечественный и зарубежный опыт производства легких бетонов с повышенной
прочностью
1.4 Полые микросферы. Виды, область применения
1.5 Обзор патентной документации
Выводы
ГЛАВА 2. ИСХОДНЫЕ МАТЕРИАЛЫ, МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ, ПРИБОРЫ И
ОБОРУДОВАНИЕ
2.1 Цель и задачи исследования
2.2 Характеристика сырьевых материалов
2.2.1 Вяжущие
2.2.2 Минеральная часть
2.2.3 Наноразмерный модификатор
2.2.4 Модифицирующие добавки
2.2.5 Водопроводная Вода
2.3 Методы исследований, приборы и оборудование
2.4 Статистическая оценка результатов измерений
2.4.1 Оценка погрешности в косвенных измерениях
2.4.2 Регрессионный анализ экспериментальных данных
2.4.3 Методы математического планирования эксперимента
ГЛАВА 3. МЕТОДОЛОГИЧЕСКИЕ ПРИНЦИПЫ СОЗДАНИЯ
НАНОМОДИФИЦИРОВАННЫХ ВЫСОКОПРОЧНЫХ ЛЕГКИХ БЕТОНОВ
3.1 Декомпозиция системы качества наномодифицированных высокопрочных легких бетонов
3.2 Выделение управляющих рецептурных и технологических факторов
3.3 Методика проектирования состава
3.4 Обоснование выбора компонентов и выбор наполнителя
3.5 Скаляризация критерия качества НМВПЛБ
Выводы
ГЛАВА 4. СТРУКТУРООБРАЗОВАНИЕ И ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА
НАНОМОДИФИЦИРОВАННЫХ ВЫСОКОПРОЧНЫХ ЛЕГКИХ БЕТОНОВ
4.1 Структурообразование высокопрочных легких бетонов
4.2 Реологические свойства
4.3 Средняя плотность и пористость
4.4 Прочность
4.5 Многокритериальная оптимизация
Выводы
ГЛАВА 5. ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ СВОЙСТВА НАНОМОДИФИЦИРОВАННЫХ
ВЫСОКОПРОЧНЫХ ЛЕГКИХ БЕТОНОВ
5.1 Водопоглощение и водостойкость
5.2 Модуль упругости и трещиностойкость
5.3 Теплофизические свойства
5.4 Морозостойкость
5.5 Техническо-экономическая эффективность
Выводы

ГЛАВА 6. ПРАКТИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ВНЕДРЕНИЯ НАНОМОДИФИЦИРОВАННОГО
ВЫСОКОПРОЧНОГО ЛЕГКОГО БЕТОНА
6Л Практические аспекты внедрения
6.2 Расчет параметров технологического оборудования
6.3 Технико-экономическое обоснование внедрения
6.4 Внедрение результатов
Выводы
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ
Библиографический список

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы. Легкие бетоны в настоящее время, как правило, применяются в малоэтажном строительстве, что связано с их невысокими эксплуатационными свойствами. Снижение средней плотности и повышение прочности таких бетонов является актуальной научно-практической задачей современного материаловедения. Технологические ограничения достижения высоких значений удельной прочности материалов в технологии ячеистых бетонов связаны с высокой дефектностью стенок цементного камня, разделяющих воздушные ячейки, а в технологии легкого бетона на пористых заполнителях - низкой прочностью и высокой сорбционной способностью зерен легкого заполнителя, а также сложностями его распределения в объеме материала.
Отечественными и зарубежными учеными преодоление указанных сложностей предложено осуществлять посредством использования стеклянных или алюмосиликатных микросфер, характеризующихся малыми размерами (до 500 мкм), что в соответствии с законом Стокса существенно снижает скорость всплытия частиц, а также высокой удельной прочностью (до 70 МПа), обеспечивающей получение легкого высокопрочного материала. Однако введение микросфер вследствие технологических особенностей их получения приводит к формированию дефектной границы раздела фаз «цементный камень - микросфера», что не позволяет полностью реализовать весь их потенциал.
Возможным решением для создания высокопрочных легких бетонов, наполненных полыми микросферами, может являться повышение адгезии на границе раздела фаз за счет применение эффективных наномодификаторов, а также использование компонентов, повышающих прочность и плотность цементной матрицы.
Научные и практические данные и закономерности, установленные и обобщенные в диссертационной работе, получены автором в научно-образовательном центре по направлению «Нанотехнологии» и на кафедре «Технологии вяжущих веществ и бетонов» ФГБОУ ВПО «Московский государственный строительный университет» при выполнении гранта Президента РФ для поддержки молодых российских ученых МД-6090.2012.8, стипендии Президента РФ молодым ученым и аспирантам СП-565.2012.1 и в рамках программы «У.М.Н.И.К.» по теме «Разработка составов наномодифицированных высокопрочных легких бетонов» при поддержке Фонда содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере.
Цель и задачи исследований. Целью диссертационной работы является разработка технологии высокопрочных легких бетонов, обладающих повышенными показателями эксплуатационных свойств, посредством наномодифицирования полых микросфер комплексным наномодификатором на основе золей гидроксида железа (III) и кремниевой кислоты.

собирают их с поверхности жидкости и сушат в две стадии, причем на первой стадии сушки выдерживают алюмосиликатные микросферы при температуре не ниже 2 °С до достижения ими остаточной относительной влажности не более 30 %, а на второй стадии сушки нагревают алюмосиликатные микросферы до температуры 100...300 °С в печи барабанного типа путем прямого контакта осушаемых алюмосиликатных микросфер с нагретыми от внешнего источника стенками барабана печи до достижения ими относительной влажности не более 3 %. Техническим результатом является создание менее энергоемкого экономического способа получения алюмосиликатых микросфер из золошлаковых отходов ТЭС, а также возможность создания сушильной печи, пригодной для сушки дисперсных материалов с малым весом частиц с высокой степенью удаления влаги, предотвращающей попадание дисперсных частиц в атмосферу.
К получению микросфер из зол ТЭС относится разработка Иванова В.В. [114], в которой предлагается для гидросепарации формировать специальную зону высокой концентрации микросфер высотой 50... 150 мм, затем извлекать их путем забора водной суспензии на глубине 30... 100 мм, а обезвоживание осуществлять в емкости из пористого материала, размер пор которого меньше минимального размера микросфер (20 мкм).
Альтернативные способы получения алюмосиликатных микросфер направлены на усовершенствование различных этапов по добыче их из отходов. Авторами [115... 117] предлагаются новые подходы к сбору микросфер из бассейнов, включая их сушку и классификацию.
Однако, учитывая существенный недостаток добычи микросфер из золы ТЭС, который заключается в ограниченных объемах образования (2...3%), актуальным является развитие прямых промышленных способов получения полых микросфер.
Медведевым Е.Ф. [118] предлагается специальный состав сырьевой шихты для производства стеклянных микросфер. Состав содержит в качестве основных стеклообразователей Н28Юз, Н3ВО3, в качестве модификаторов 15ГаОН и КОН, а комплексообразователем и газообра-зователем служит органическая кислота (НООС)з(СН2)гСОН и соль (Н4Ж)ОС)з(СбНз)зСО(ОН)2 и дополнительно - СаСОз, Mg(OH)2, А1(ОН)з и рентгенопоглощающий компонент РЬО. Особенностью микросфер, полученных из такой шихты, является повышенная химическая стойкость, снижение их проницаемости и обеспечение возможности поглощения рентгеновского излучения.
Илюшечкиным Б.Н. и Медведевым Е.Ф. разработано несколько составов для изготовления полых стеклянных микросфер [119... 121], устойчивых к действию высоких температур. Составы шихты содержат: борную кислоту, гидроксид натрия, гидроксид калия, кремниевую кислоту и различные модифицирующие соединения в различных пропорциях.
В [122] изложен способ получения полых стеклянных микросфер, включающий следующие этапы производственного цикла: