Особливості формування експлуатаційних властивостей модифікованого бетону для споруд спеціального призначення
Loading...
Date
2018
Authors
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Дніпропетровський національний університет залізничного транспорту ім. акад. В. Лазаряна, Дніпро
Abstract
UK: Мета. У роботі потрібно розробити наукові основи технології монолітного бетону нового покоління для
споруд спеціального призначення за рахунок керування процесами структуроутворення модифікованої цементної системи в природних умовах тверднення. Методика. Кінетику взаємодії цементної системи й
заповнювачів оцінювали за методами мікрокалориметрії. Вимірювання проводили безперервно протягом
24 годин після приготування суміші. Реєстрували диференційну та інтегральну характеристики
тепловиділення твердіючої системи. Дослідження реологічних властивостей бетонних сумішей
здійснювали на сумішах рухливістю 10...15 см. Мікротвердість контактних шарів досліджували на
бетонних кубиках розмірами від 20×20×20 до 50×50×50 мм. Під час визначення структурних
характеристик застосовували рентгенофазовий і диференційно-термічний аналізи цементної матриці
бетону. Інфрачервона спектроскопія проведена з метою визначення впливу фізико-хімічного
модифікування на цементну систему. Повзучість при розтягу досліджувалася в широкому діапазоні
навантаження від 0,2 до 0,8 Rр. Результати. Встановлено, що причиною зміни властивостей бетону
природного тверднення є зміна його гігрометричного й термічного стану, а також гармонічні коливання
цих факторів навколишнього середовища. Гігрометрія бетону залежить від термово- логісних умов
середовища, виду й складу бетону, масивності бетонних елементів. Аналіз цих факторів та експериментальні дані дозволили встановити експонентну залежність зміни гігрометричного стану монолітного бетону природного тверднення. Зміна вологісного стану бетону дозволяє прогнозувати його об’ємні деформації. Наукова новизна. Уперше встановлені особливості структуроутворення
модифікованої цементної системи. Вони полягають у тому, що кристали гідрату хлороксиду магнію
швидко ростуть у просторі між гідратними новоутвореннями клінкерних мінералів. Механічне зчеплення, що виникає в результаті цього, обумовлює розвиток початкової міцності й жорсткості. Оскільки
вільному росту кристалів перешкоджає брак простору, кристали взаємно проростають, утворюючи
щільну структуру, яка обумовлює зростання міцності. Розроблений органо-мінеральний модифікуючий
комплекс забезпечує дисперсне армування цементної матриці бетону. Практична значимість. Отримані
залежності структурних напружень дозволяють аналізувати їх вплив на структуру модифікованого
бетону, а саме: встановити ймовірність утворення навколо частинок заповнювача зони пластичної
течії, зони мікротріщиноутворення матеріалу, період початку тріщиноутворення, умови виникнення
мікротріщин, зміну модуля пружності матеріалу від виникнення в його структурі мікротріщин.
Дисперсне модифікування цементної матриці дозволяє одержати довговічні бетони спеціального
призначення з проектними експлуатаційними властивостями. Запропонована технологія дисперсного
модифікування в’яжучої речовини, встановлені особливості механізму структуроутворення модифікованої цементної системи, а також
використання принципу конгруентності комплексу технологічних впливів фізико-хімічним процесам
гідратації клінкерних мінералів дозволили розробити наукові основи технології бетонів спеціального призначення. Це сприяє розширенню напрямків використання модифікованих бетонів у різних видах будівельного виробництва.
EN: Purpose. The paper is aimed at developing the scientific fundamentals of new-generation monolithic concrete technology for special purpose structures by controlling the processes of structure formation of a modified cement system under natural hardening conditions. Methodology. The kinetics of interaction between the cement system and aggregates was evaluated by microcalorimetry. The measurements were carried out continuously for 24 hours after preparation of the mixture. The differential and integral characteristics of the heat release of the solidifying system were recorded. nvestigation of the rheological properties of concrete ixtures was carried out on the mixtures with 10...15 cm consistency. The microhardness of contact layers was investigated on concrete cubes with dimensions from 20×20×20 to 0×50×50 mm. When determining the structural characteristics, x-ray phase and differential-thermal analyzes of the concrete cement matrix were used. Infrared spectroscopy was used to determine the effect of physicochemical modification on the cement system. Tensile creep was studied over a wide load range from 0.2Rt to 0.8Rt. Findings. It is determined that the reason for changing the concrete properties of natural hardening is the change in its ygrometric and thermal state, as well as the harmonic fluctuations of these environmental factors. The hygrometry of concrete depends on the thermal moisture conditions of the environment, the type and composition of concrete, the massiveness of concrete elements. An analysis of these factors and experimental data made it possible to establish the exponential dependence of the change in the hygrometric state of monolithic natural hardening concrete. The change in the moisture state of concrete makes it possible to predict its volumetric deformations. Originality. For the first time, the features of the structure formation of a modified cement system are established, consisting in the fact that magnesium chloride hydrate crystals grow rapidly in the space between hydrated clinker minerals, and the resulting mechanical cohesion defines the development of initial strength and rigidity. Since the free growth of crystals is hampered by a lack of space, the crystals mutually intergrow, forming a dense structure, contributing to the growth of strength. The developed organo-mineral modifying complex provides disperse reinforcement of the cement matrix of concrete. Practical value. The obtained ependences of structural concrete stresses make it possible to analyze their effect on the structure of modified concrete: to determine the probability of formation around the filler particles of the plastic flow zone, the material microcrack formation zone, the crack initiation period, the microcrack onset conditions, and the change of elasticity modulus of the material caused by microcracks in its structure. Disperous modification of cement matrix allows to obtain durable oncrete of special purpose with design operational roperties. The developed binder disperse modification technology, the established features of the structure formation mechanism for the modified cement system, as well as the use of the principle of congruence of a complex of technological influences to the physico-chemical processes of hydration of clinker minerals allowed developing the scientific fundamentals for the special purpose concrete technology. This helps to expand the use of modified concrete in various types of construction.
RU: Цель. В работе нужно разработать научные основы технологии монолитного бетона нового поколения для сооружений специального назначения за счет управления процессами структурообразования модифицированной цементной системы в естественных условиях твердения. Методика. Кинетика взаимодействия цементной системы и заполнителей оценивалась методами микрокалориметрии. Измерения проводились непрерывно в течение 24 часов после приготовления смеси. Регистрировались дифференциальная и интегральная характеристики тепловыделения твердеющей системы. Исследование реологических свойств бетонных смесей осуществлялось на смесях подвижностью 10...15 см. Микротвердость контактных слоев исследовалась на бетонных кубиках размерами от 20×20×20 до 50×50×50 мм. При определении структурных характеристик применялись рентгенофазовый и дифференциально-термический анализы цементной матрицы бетона. Инфракрасная спектроскопия применялась с целью определения влияния физико-химического модифицирования на цементную систему. Ползучесть при растяжении исследовалась в широком диапазоне нагрузки от 0,2 до 0,8 Rр. Результаты. Установлено, что причиной изменения свойств бетона естественного твердения является изменение его гигрометрического и термического состояния, а также гармонические колебания этих факторов окружающей среды. Гигрометрия бетона зависит от термовлажностных условий среды, вида и состава бетона, массивности бетонных элементов. Анализ этих факторов и экспериментальные данные позволили установить экспоненциальную зависимость изменения гигрометрического состояния монолитного бетона естественного твердения. Изменение влажностного состояния бетона позволяет прогнозировать его объемные деформации. Научная новизна. Впервые установлены особенности структурообразования модифицированной цементной системы. Они заключаются в том, что кристаллы гидрата хлороксида магния быстро растут в пространстве между гидратными новообразованиями клинкерных минералов. Механическое сцепление, возникающее в результате этого, обусловливает развитие начальной прочности и жесткости. Так как свободному росту кристаллов препятствует недостаток пространства, кристаллы взаимно прорастают, образуя плотную структуру, способствуя росту прочности. Разработанный органо-минеральный модифицирующий комплекс обеспечивает дисперсное армирование цементной матрицы бетона. Практическое значение. Полученные зависимости структурных напряжений позволяют анализировать их влияние на структуру одифицированного бетона, а именно: установить вероятность образования вокруг частиц заполнителя зоны пластического течения, зоны микротрещинообразования материала, период начала трещинообразования, условия возникновения микротрещин, изменение модуля упругости материала от возникновения в его структуре микротрещин. Дисперсное модифицирование цементной матрицы позволяет получить долговечные бетоны специального назначения с проектными эксплуатационными свойствами. Предложенная технология дисперсного модифицирования вяжущего вещества, установленные особенности механизма структурообразования модифицированной цементной системы, а также использование принципа конгруэнтности комплекса технологических воздействий физико-химическим процессам гидратации клинкерных минералов позволили разработать научные основы технологии бетонов специального назначения. Это способствует расширению направлений использования модифицированных бетонов в различных видах строительного производства.
EN: Purpose. The paper is aimed at developing the scientific fundamentals of new-generation monolithic concrete technology for special purpose structures by controlling the processes of structure formation of a modified cement system under natural hardening conditions. Methodology. The kinetics of interaction between the cement system and aggregates was evaluated by microcalorimetry. The measurements were carried out continuously for 24 hours after preparation of the mixture. The differential and integral characteristics of the heat release of the solidifying system were recorded. nvestigation of the rheological properties of concrete ixtures was carried out on the mixtures with 10...15 cm consistency. The microhardness of contact layers was investigated on concrete cubes with dimensions from 20×20×20 to 0×50×50 mm. When determining the structural characteristics, x-ray phase and differential-thermal analyzes of the concrete cement matrix were used. Infrared spectroscopy was used to determine the effect of physicochemical modification on the cement system. Tensile creep was studied over a wide load range from 0.2Rt to 0.8Rt. Findings. It is determined that the reason for changing the concrete properties of natural hardening is the change in its ygrometric and thermal state, as well as the harmonic fluctuations of these environmental factors. The hygrometry of concrete depends on the thermal moisture conditions of the environment, the type and composition of concrete, the massiveness of concrete elements. An analysis of these factors and experimental data made it possible to establish the exponential dependence of the change in the hygrometric state of monolithic natural hardening concrete. The change in the moisture state of concrete makes it possible to predict its volumetric deformations. Originality. For the first time, the features of the structure formation of a modified cement system are established, consisting in the fact that magnesium chloride hydrate crystals grow rapidly in the space between hydrated clinker minerals, and the resulting mechanical cohesion defines the development of initial strength and rigidity. Since the free growth of crystals is hampered by a lack of space, the crystals mutually intergrow, forming a dense structure, contributing to the growth of strength. The developed organo-mineral modifying complex provides disperse reinforcement of the cement matrix of concrete. Practical value. The obtained ependences of structural concrete stresses make it possible to analyze their effect on the structure of modified concrete: to determine the probability of formation around the filler particles of the plastic flow zone, the material microcrack formation zone, the crack initiation period, the microcrack onset conditions, and the change of elasticity modulus of the material caused by microcracks in its structure. Disperous modification of cement matrix allows to obtain durable oncrete of special purpose with design operational roperties. The developed binder disperse modification technology, the established features of the structure formation mechanism for the modified cement system, as well as the use of the principle of congruence of a complex of technological influences to the physico-chemical processes of hydration of clinker minerals allowed developing the scientific fundamentals for the special purpose concrete technology. This helps to expand the use of modified concrete in various types of construction.
RU: Цель. В работе нужно разработать научные основы технологии монолитного бетона нового поколения для сооружений специального назначения за счет управления процессами структурообразования модифицированной цементной системы в естественных условиях твердения. Методика. Кинетика взаимодействия цементной системы и заполнителей оценивалась методами микрокалориметрии. Измерения проводились непрерывно в течение 24 часов после приготовления смеси. Регистрировались дифференциальная и интегральная характеристики тепловыделения твердеющей системы. Исследование реологических свойств бетонных смесей осуществлялось на смесях подвижностью 10...15 см. Микротвердость контактных слоев исследовалась на бетонных кубиках размерами от 20×20×20 до 50×50×50 мм. При определении структурных характеристик применялись рентгенофазовый и дифференциально-термический анализы цементной матрицы бетона. Инфракрасная спектроскопия применялась с целью определения влияния физико-химического модифицирования на цементную систему. Ползучесть при растяжении исследовалась в широком диапазоне нагрузки от 0,2 до 0,8 Rр. Результаты. Установлено, что причиной изменения свойств бетона естественного твердения является изменение его гигрометрического и термического состояния, а также гармонические колебания этих факторов окружающей среды. Гигрометрия бетона зависит от термовлажностных условий среды, вида и состава бетона, массивности бетонных элементов. Анализ этих факторов и экспериментальные данные позволили установить экспоненциальную зависимость изменения гигрометрического состояния монолитного бетона естественного твердения. Изменение влажностного состояния бетона позволяет прогнозировать его объемные деформации. Научная новизна. Впервые установлены особенности структурообразования модифицированной цементной системы. Они заключаются в том, что кристаллы гидрата хлороксида магния быстро растут в пространстве между гидратными новообразованиями клинкерных минералов. Механическое сцепление, возникающее в результате этого, обусловливает развитие начальной прочности и жесткости. Так как свободному росту кристаллов препятствует недостаток пространства, кристаллы взаимно прорастают, образуя плотную структуру, способствуя росту прочности. Разработанный органо-минеральный модифицирующий комплекс обеспечивает дисперсное армирование цементной матрицы бетона. Практическое значение. Полученные зависимости структурных напряжений позволяют анализировать их влияние на структуру одифицированного бетона, а именно: установить вероятность образования вокруг частиц заполнителя зоны пластического течения, зоны микротрещинообразования материала, период начала трещинообразования, условия возникновения микротрещин, изменение модуля упругости материала от возникновения в его структуре микротрещин. Дисперсное модифицирование цементной матрицы позволяет получить долговечные бетоны специального назначения с проектными эксплуатационными свойствами. Предложенная технология дисперсного модифицирования вяжущего вещества, установленные особенности механизма структурообразования модифицированной цементной системы, а также использование принципа конгруэнтности комплекса технологических воздействий физико-химическим процессам гидратации клинкерных минералов позволили разработать научные основы технологии бетонов специального назначения. Это способствует расширению направлений использования модифицированных бетонов в различных видах строительного производства.
Description
Д. Руденко: ORCID 0000-0003-0827-042X
Keywords
модифікований бетон, дисперсне модифікування, структуроутворення, цементна система, структурні характеристики, довговічність, modified concrete, structure formation, cement system, structural characteristics, durability, модифицированный бетон, дисперсное модифицирование, структурообразование, цементная система, структурные характеристики, долговечность, КУПББМ
Citation
Руденко Д. В. Особливості формування експлуатаційних властивостей модифікованого бетону для споруд спеціального призначення. Наука та прогрес транспорту. 2018. № 5. С. 129–139. URL: http://stp.diit.edu.ua/article/view/146434/153367.