Решетнік Л.М. Модифікування мікроструктури цементного каменю в бетоні комплексними хімічними добавками. - Рукопис. Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.23.05 – Будівельні матеріали і вироби. – Харківський державний технічний університет будівництва та архітектури, Харків, 2006.
У дисертаційній роботі наведено результати теоретичних та експериментальних досліджень, що присвячені направленому структуроутворенню цементного каменю в бетоні, який модифіковано комплексними хімічними добавками. Це дозволяє обґрунтувати можливість одержання щільної структури бетону, пояснити механізм їх позитивного впливу на міцність та інші властивості бетону.
У роботі розглянуто питання обґрунтування взаємозв’язку властивостей бетону з характеристиками порової структури цементного каменю. Розроблена методика визначення термодинамічних та термокінетичних параметрів (коефіцієнтів ефективності) впливу компонентів комплексних хімічних добавок на мікроструктуру цементного каменю.
Проведено дослідження з визначення тепловиділення під час гідратації цементу та формування мікроструктури цементного каменю в присутності прискорювачів твердіння, пластифікаторів та КХД. Розроблено методику оцінки ефективності дії окремих речовин, а також хімічних добавок з комплексом заданих речовин.
Аналіз формування мікроструктури цементного каменю показує, що синергічна дія ПАР та електроліту на цементні системи призводить до явища адсорбційного модифікування гідроалюмінатів та гідросульфоалюмінатів кальцію шляхом зміни їх морфології. Зміни на рівні мікроструктури продуктів гідратації цементного каменю за рахунок явища адсорбційного модифікування сприяють формуванню щільної мікроструктури цементного каменю в бетоні, в результаті чого поліпшуються властивості бетону, такі як, міцність, водонепроникливість, морозостійкість та ін.
Представлені рекомендації щодо складу компонентів комплексних хімічних добавок залежно від проектованого впливу на властивості цементного каменю.
У дисертації подано теоретичне узагальнення і розв’язання задачі модифікування мікроструктури цементного каменю в бетоні шляхом введення хімічних добавок. На підставі аналізу сучасних уявлень про взаємозв'язок структури і властивостей бетону виявлено особливу роль найменш вивченого діапазону розмірів пор від 2 до 100 нм мікроструктури цементного каменю.
Установлено залежності властивостей бетону від розмірів та об’єму пор цементного каменю. Аналіз отриманих залежностей дозволив виявити ступінь впливу параметрів мікропористості і визначити область екстремальних значень в інтервалі 2…50 нм.
З метою удосконалення методики кількісної оцінки параметрів мікропористості цементного каменю методом термопорометрії були отримані рівняння залежності радіусу пор r від температури кристалізації порової рідини Т у вигляді , де коефіцієнт відображає вплив добавки на термодинамічні властивості її водних розчинів.
Установлено, що катіони калію та натрію, як частини хімічних добавок-електролітів, під час твердіння різних видів цементів відіграють значну роль у формуванні мікропористості цементного каменю, оскільки утворення нових фаз може відбуватися або за рахунок прямих реакцій їх приєднання, або за рахунок реакцій приєднання після обмінної реакції катіонів солі з іонами гідроксиду кальцію.
Запропоновано використовувати для оцінки ефективності модифікування структури цементного каменю співвідношення між об’ємами гелевих та капілярних пор: .
Дослідження впливу сульфатів, карбонатів і хлоридів калію і натрію показали, що характер формування мікроструктури цементного каменю в значній мірі залежить від виду катіона. Шляхом регулювання співвідношення між капілярними та порами гелю збільшення гелевої пористості при зниженні капілярної сприяє: для портландцементу – катіон натрію; для шлакопортландцементу – катіон калію. Винятком є дія карбонатів калію та натрію. Показано, що ефективною добавкою, з точки зору модифікування мікроструктури, є технологічна суміш тіосульфату та роданіду натрію (Кеф>0).
Встановлено, що модифікування мікроструктури цементного каменю за допомогою ПАР дозволяє знизити сумарний об’єм мікропор без зміни характеру розподілу пор за розмірами. В присутності ПАР на початкових стадіях тверднення у структурі цементного каменю не має пор гелю, що пов’язано з формуванням адсорбційних шарів молекул добавки на поверхні зерен цементу і новоутворень.
Встановлено, що цементний камінь, пористість якого характеризується мінімальним значенням радіуса і оптимальним співвідношенням між об’ємами пор гелю та капілярних пор, може бути отриманий в результаті комплексного використання прискорювача і пластифікатора. Запропоновано раціональний склад комплексної хімічної добавки – 0,5% тіосульфату натрію + 0,5% роданіду натрію + 0,2% ЛСТ, застосування якої дозволяє зменшити радіус пор до 2,5 нм.
Випробування міцності бетону на стиск Rв показало, що введення комплексної хімічної добавки «Релаксол –Універсал ВМ» забезпечує підвищення міцності бетону у 1,4 рази, в порівнянні зі складом без добавок. Висока функціональність комплексної хімічної добавки визначається зниженням водопоглинання та збільшенням водонепроникності і морозостійкості.
Результати досліджень комплексних хімічних добавок використані виробником системи добавок «Релаксол» у процесі виробництва добавки «Релаксол –Універсал ВМ». Застосування в якості прискорювачів технічної суміші тіосульфату і роданіду натрію, дозволило знизити собівартість добавок на 7,3%, що забезпечило отримання у І півріччі 2006 р. економічного ефекту в сумі 10,5 тис. грн.
Публікації автора:
Сопов В.П., Решетник Л.Н., Цимбал И.П. Структурообразование цементного камня в присутствии противоморозных добавок // Наук. вісник буд-ва. - Харків: ХДТУБА, ХОТВ АБУ, 2001.- Вип. 15. – С. 215-219.
Сопов В.П., Решетник Л.Н. Снижение проницаемости дорожных бетонов в присутствии химических добавок // Вестник ХНАДУ: Сб. науч. тр.-Харьков, 2002. - Вып. 19. – С. 108-111.
Решетник Л.Н. Влияние солей натрия и калия на формирование микроструктуры цементного камня // Наук. вісник буд-ва. - Харків: ХДТУБА, ХОТВ АБУ, 2005.- Вип. 31. – С. 229-233.
Ушеров-Маршак А.В., Сопов В.П., Решетник Л.Н. Особенности гидратации клинкерных минералов по данным ДСК // Наук. вісник буд-ва. - Харків: ХДТУБА, ХОТВ АБУ, 2005.- Вип. 32. – С. 235-244.
Решетник Л.Н. Формирование микроструктуры цементного камня в присутствии химических добавок // Матеріали V науково-практичного семінару «Структура, властивості та склад бетону» (Проектування бетонів з заданими властивостями). - Рівне: ЦНТЕІ, 2006. – С. 161-168.
Usherov-Marshak A., Sopov V., Zaluzkaya I., Reshetnik L. Features of early hydration and formation of structure of cements with admixtures // Chemine technologija, Nr. 3 – Kaunas (Lithuania), 2004. – P. 66-70.
Сопов В.П., Першина Л.А., Решетник Л.Н. Ранние стадии гидратации в присутствии добавок системы «Релаксол» / Химические и минеральные добавки в бетон.- Харьков: Колорит, 2005. – С. 176-186.
Решетник Л.Н. Влияние противоморозных добавок на морозостойкость бетона // Наук. вісник буд-ва. - Харків: ХДТУБА, ХОТВ АБУ, 2004.- Вип. 28. – С. 246-251.
