Сільченко Сергій Володимирович. Підвищення тріщиностійкості цементновмістних композитів в умовах багаторазового зволоження і висихання : Дис... канд. наук: 05.23.05 - 2006.
Анотація до роботи:
Сільченко Сергій Володимирович. Підвищення тріщиностійкості цементновмістних композитів в умовах багаторазового зволоження та висушування. Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.23.05 – Будівельні матеріали та вироби. Одеська державна академія будівництва та архітектури, Одеса, 2006 р.
Дисертаційна робота присвячена питанням підвищення стійкості та тріщиностійкості цементновмістних композитів при їх експлуатації в умовах багаторазового зволоження та висихання. В роботі розглянуті механізми розвитку знакозмінних вологісних деформацій на протилежних берегах технологічних тріщин та внутрішніх поверхонь розділу. Показано, що тріщиностійкість цементного каменю в значній мірі залежить від методу ініціювання початкової тріщини, що пов’язано зі зміною залишкового деформативного стану в випадку утворення тріщини шляхом закладки імітатора підчас формування зразків.
Проаналізовані механізми трансформації технологічних тріщин в тріщини експлуатації при багаторазовому зволоженні та висиханні зразків. Встановлено, що накопичення експлуатаційної пошкоджуваності залежить від кількості та розподілу технологічних тріщин. Проведена оцінка стійкості цементних композицій в залежності від наповнювачів. Виявлено значний вплив багаторазового зволоження та висихання на в’язкість руйнування зразків.
Сумісна оцінка впливу багаторазового зволоження та висихання на стійкість та тріщиностійкість цементних композицій дала змогу встановити раціональні склади наповнювачів. Впровадження раціональних складів наповнювачів дало змогу зменшити кількість клінкерної складової в розчинах та бетонах та підвищити надійність виробів, експлуатація яких передбачається в умовах багаторазового зволоження та висихання.
Проведені дослідження довели, що змінюючи кількість і питому поверхню кварцового наповнювача можна керувати характером розподілу технологічних тріщин у цементному камені і підвищувати, тим самим, його стійкість і тріщиностійкість в умовах багаторазового зволоження і висушування.
Аналіз механізмів формування технологічних деформацій дозволив установити, що при ініціюванні початкової тріщини методом закладення імітатора при формуванні зразка для визначення коефіцієнта концентрації напруг К1с, характер розподілу залишкових деформацій залежить від геометрії зразків. Об'ємні деформації твердіючого в'яжучого виявляються на границях розділу з імітатором тріщини, що викликає якісно іншу картину залишкового поля деформацій у порівнянні зі зразком без введення імітатора. При цьому встановлено, що характер розподілу залишкових деформацій залежить від довжини початкової тріщини.
Експериментальні дослідження показали, що роль технологічних деформацій у зразках з різними методами утворення початкових тріщин можна оцінювати за допомогою коефіцієнту технологічного впливу Кт. У випадку утворення початкової тріщини методом закладення при формуванні, тріщиностійкість цементного каменю залежить від довжини початкової тріщини, при цьому К1с може змінюватися в 2,6 рази.
Тріщиностійкість цементного каменю, як показали проведені дослідження, залежить від кількості і питомої поверхні наповнювачів, у нашому випадку – меленого кварцового піску. Зміна способів ініціювання початкової тріщини з методу розпила на метод закладення в залежності від кількості наповнювачів може привести як до зниження (при Н = 10%), так і до підвищення (при Н = 20 і 30%) тріщиностійкості цементного каменю. Максимальною, в умовах проведення експериментів, тріщиностійкістю володіє цементний камінь з наповнювачем з Sп = 100 і 500 м2/кг. Раціональна питома поверхня залежить від кількості наповнювачів, довжини і способів ініціювання початкової тріщини.
Проведений аналіз показав, що деформації набрякання й усадки, викликані змінним зволоженням і висушуванням зразків, виявляються на берегах початкових тріщин. Це викликає зміну ширини їхнього розкриття (при збільшенні об’єму матеріалу відбувається зменшення ширини розкриття; при зменшенні об’єму матеріалу – збільшення ширини розкриття). Установлено, що крім інтегрального поля вологістних деформацій на рівні зразка, у матеріалі виникають і розвиваються локальні деформації на берегах внутрішніх поверхонь розділу і технологічних тріщин. Розглянуто механізм трансформації початкових тріщин у тріщини експлуатації, що викликає зміну пошкодження цементного каменю при його зволоженні і висушуванні.
Періодичне зволоження і висушування викликає зміну пошкодження цементного каменю, яку можна кількісно визначити через зміни коефіцієнта пошкодження Кп. Проведені дослідження показали, що направлено змінювати Кп можна шляхом введення наповнювачів визначеної кількості і питомої поверхні. Прийнятий коефіцієнт пошкодження дозволяє судити про локальні структурні зміни цементного каменю при його багаторазовому зволоженні і висушуванні. Загальні структурні зміни можна оцінити через зміну коефіцієнта технологічного впливу. Структурні зміни, викликані знакозмінними вологістними деформаціями, ведуть до зміни міцності цементного каменю. Проведені дослідження показали, що найбільш чуттєвою характеристикою, що реагує на багаторазове зволоження і висушування є міцність на розтягання при вигині. У залежності від складу наповнювачів, Rbt може знижуватися досить плавно або різко зі збільшенням кількості циклів. Міцність при стиску, як правило, збільшується в умовах багаторазового вологістного впливу. Дослідження показали, що існує область раціональних по кількості і питомій поверхні наповнювачів, що дозволяють одержувати стійкі до 50 – ти циклів цементні композиції. Установлено, що між міцністю цементного каменю і його стійкістю в умовах багаторазового зволоження і висушування немає прямої залежності. Це необхідно враховувати при призначенні складів наповнювачів для цементних композицій, експлуатація яких передбачається в умовах зміни їх вологості.
Деформації набрякання, що чергуються, і усадки викликають зниження тріщиностійкості цементного каменю. Досліди показали, що чисельні значення К1с зразків одного складу, але з початковими тріщинами, утвореними різними методами, можуть змінюватися від 2-х до 6-ти раз у залежності від кількості циклів зволоження і висушування. Тому що наповнювачі активно беруть участь у процесах структуроутворення цементного каменю й у значній мірі впливають на зміну його пошкодження в умовах вологістних деформацій, то застосування раціональних наповнювачів значно впливає на тріщиностійкість. Досліди показали, що при рівній кількості наповнювачів зміна Sп приводить до зміни К1с від 1,4 до 3 – х раз. Раціональний склад наповнювачів, як показали дослідження, залежить від способу ініціювання початкової тріщини.
Проведений комплекс досліджень показав, що при багаторазовому зволоженні і висушуванні змінюються структурні характеристики, оцінювані коефіцієнтом пошкодження. Це викликає зміну механічних характеристик і тріщиностійкості цементного каменю. Крім того встановлено, що зміна тріщиностійкості залежить від методів закладення тріщини. Аналіз дозволив установити, що найбільш чуттєвими характеристиками цементного каменю, експлуатованого в умовах багаторазового зволоження і висушування можна вважати міцність на розтягання при вигині і тріщиностійкість зразків із тріщиною, отриманої методом розпилу. Для забезпечення необхідних значень по стійкості (Кс0,7) в умовах наших досвідів рекомендується використовувати наповнювачі з Sп = 100м2/кг при їхній кількості Н = 30% по масі. Для підготовки і введення наповнювачів у цементне тісто, розчини і бетони розроблена технологічна схема, що передбачає циклічний і постійний режим роботи технологічного устаткування. Запропонована технологічна схема реалізована в технології виготовлення залізобетонних кілець, тротуарних бордюрів, фундаментних блоків, цементних та бетонних сумішей на промисловій базі ПП „Будрембізнес” у м. Одесі.
Публікації автора:
1. Вировий В.М., Барабаш І.В., Арроб А.. Сільченко С.В., Бабій І.Н. Механізми організації структури механоактивованих грубодисперсних систем // Зб. Композиційні матеріали для будівництва. Вісник ДДАБА, 2000-2(22), - Макіївка: ДДАБА, 2000. – С. 12-15.
Особистий внесок здобувача – описання механізмів організації структури механоактивних грубо дисперсних систем.
2. Вировий В.М., Дорофєєв В.С., Фіц С., Сільченко С.В. Характер розвитку власних деформацій в мікроструктурі бетону // Зб. «Сучасні будівельні конструкції з металу і дерева», - Одеса: ТОВ «Зовнішрекламсервіс», 2004. – С. 57-63.
Особистий внесок здобувача – проведення експериментів і обробка результатів.
3. Сільченко С.В., Вировий В.М., Вплив способів ініціювання тріщин на тріщиностійкість цементного каменю // Вісник ОДАБА, випуск №5, Одеса: Місто майстрів. 2004. – С. 264-268.
Особистий внесок здобувача – проведення експериментів і обробка результатів. Аналіз впливу методів ініціювання тріщин на тріщиностійкість цементного каменю.
4. Сільченко С.В., Вировий В.М., Резнікова Л.І., Дорофєєв А.В. Зміна пошкодження цементного каменю в умовах багаторазового зволоження і висушування// Вісник ОДАБА, випуск №20, - Одеса: Місто майстрів, 2005. – С. 334 – 340.
Особистий внесок здобувача – аналіз літературних джерел. Проведення експериментів, аналіз отриманих результатів щодо зміни пошкодження цементного каменю в умовах багаторазового зволоження і висушування.
5. Ткачук А.М., Лісенко В.О., Вировий В.М., Сільченко С.В. Тріщиностійкість цементного каменю з наповнювачами // Вісник ОДАБА, випуск №15, - Одеса: Місто майстрів, 2004. – С. 296 – 301.
Особистий внесок здобувача – підбір наповнювачів, аналіз отриманих даних по тріщиностійкості цементного каменю з наповнювачами.
