Общая характеристика работы актуальность работы
| Вид материала | Автореферат |
- Общая характеристика работы актуальность работы, 227.87kb.
- Общая характеристика работы актуальность работы, 227.87kb.
- Общая характеристика работы актуальность работы, 336.09kb.
- Общая характеристика работы актуальность работы, 236.99kb.
- Общая характеристика работы актуальность, 242.28kb.
- Общая характеристика работы. Актуальность работы, 1103.53kb.
- Общая характеристика работы актуальность проблемы, 254.34kb.
- Московская Городская Педагогическая Гимназия-Лаборатория №1505 исследовательская работа, 410.27kb.
- I. общая характеристика работы актуальность темы исследования, 263.23kb.
- Общая характеристика работы Актуальность работы, 395.02kb.
1 2
На правах рукописи
МОИСЕЕНКО Ксения Сергеевна
ПОВЫШЕНИЕ ТРЕЩИНОСТОЙКОСТИ СЛОИСТЫХ БЕТОННЫХ
ИЗДЕЛИЙ С ДЕКОРАТИВНЫМ ПОЛИМЕРБЕТОННЫМ
ЗАЩИТНЫМ СЛОЕМ
05.23.05 – Строительные материалы и изделия
А В Т О Р Е Ф Е Р А Т
диссертации на соискание ученой степени
кандидата технических наук
Москва - 2011
Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования Московском государственном строительном университете.
Научный руководитель - доктор технических наук, профессор
Алимов Лев Алексеевич
Официальные оппоненты - доктор технических наук, профессор
Магдеев Усман Хасанович
- кандидат технических наук, доцент
Суханов Михаил Александрович
Ведущая организация - Государственное унитарное предприятие
«Научно-исследовательский институт
Московского строительства «НИИМосстрой»
Защита состоится «____» _____________2011 года в __________часов на заседании диссертационного совета Д212.138.02 при ГОУ ВПО Московском государственном строительном университете по адресу: 129337, г. Москва, Ярославское ш., д. 26, в аудитории № 419 УЛК.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУ ВПО Московского государственного строительного университета.
Автореферат разослан «______»__________2011 г.
Ученый секретарь
диссертационного совета Алимов Л.А.
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность работы. Слоистые защитно-декоративные изделия с полимербетонным слоем, имитирующие горные породы, нашли широкое применение для дорожных и тротуарных покрытий, а также для наружной и внутренней отделки зданий и сооружений. Однако в ряде случаев слоистые декоративные бетонные изделия в неблагоприятных условиях эксплуатации выходят из строя вследствие их разрушения в виде растрескивания и отслоения полимербетонного слоя. Главной причиной разрушения в этом случае является низкая прочность сцепления и несовместимость температурно-влажностных деформаций полимербетонного слоя и основного бетона в водонасыщенном состоянии при замораживании.
Решение задачи повышения трещиностойкости слоистых декоративных бетонных изделий заключается в обеспечении совместной работы слоев путем регулирования рельефа контактной зоны, учета температурно-влажностных деформаций, прочностных и деформативных свойств слоев, их толщины и протяженности контакта между ними.
Работа выполнена в соответствии с федеральной целевой программой «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 гг.
Цель и задачи исследований
Основной целью диссертации является получение слоистых бетонов с декоративным полимерным покрытием для изделий, работающих в суровых условиях эксплуатации как структурно-целостные материалы.
Для решения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:
- обоснование получения трещиностойких изделий из слоистых бетонов с декоративным полимерным защитным покрытием;
- получение зависимостей прочностных и деформативных свойств полимерных покрытий и основного бетона от главных факторов;
- разработка составов и способа изготовления слоистых бетонов с декоративным полимерным покрытием;
- исследование физико-механических свойств слоистых бетонов с декоративным полимерным покрытием;
- разработка рекомендаций по производству изделий из слоистых бетонов с декоративным полимерным покрытием и их опытно-промышленное опробование.
Научная новизна
- обосновано повышение трещиностойкости изделий из слоистых бетонов с декоративным полимербетонным защитным слоем путем обеспечения совместной работы слоев регулированием рельефа контактной зоны из-за «вкрапливания» в нее зерен заполнителя и создания высокоплотного бетонного основания с низким дилатометрическим эффектом;
- с использованием математического метода планирования эксперимента получены многофакторные модели относительных деформаций слоистой системы от протяженности контакта между слоями, толщины поверхностного слоя и относительных деформаций бетонного основания, позволяющие сформулировать условия монолитности слоистого изделия с учетом совместного влияния вышеуказанных факторов;
- установлено, что поверхностный слой из полимербетона не растрескается при любой протяженности контакта, если деформации бетонного основания не превысят предельной растяжимости поверхностного слоя. В случае если деформации бетонного основания значительные, то монолитность слоистой системы обеспечивается за счет правильного выбора толщины поверхностного слоя и его протяженности;
- установлено влияние состава и структуры бетонного основания на температурно-влажностные деформации в интервале изменения температуры от +20 до -60оС на величину аномального расширения бетона при температуре -5 – -10оС и показано, что для высокоплотного бетона величина дилатометрического эффекта является незначительной, что обусловливает повышение монолитности строительного композита;
- показано, что у полимербетонов в отличие от бетонного основания температурно-влажностные деформации в воздушно-сухом и водонасыщенном состоянии в интервале температуры от -60 до +20°С не имеют аномальных расширений в области отрицательной температуры;
- экспериментально установлена кинетика льдообразования в поровом пространстве бетона, которая является интегральной характеристикой, связанной с размером пор и выявляющая два характерных участка льдообразования в интервале температуры -5 – -10 оС и -35 – -45оС, различающиеся по эффективному размеру пор на один или два порядка.
Практическое значение
Разработана технология получения трещиностойких слоистых бетонов с декоративным полимербетонным защитным слоем для изделий, работающих в суровых климатических условиях. Технология включает в себя изготовление полимербетонного слоя с «вкрапливанием» в него зерен заполнителя и последующей укладки слоя высокоплотного бетона.
Разработаны слоистые изделия со следующими характеристиками слоев:
- полимербетонный: истираемость – 0.22 г/см2 , - морозостойкость – F300, ударная вязкость – 22 Кдж/м2, прочность при сжатии – 72 МПа, растяжение при изгибе – 20,5 МПа, адгезии к бетонной поверхности – 3.5 МПа, предельная растяжимость – 15.10-5, сброс прочности в 5% ном растворе HCl – 3.1 %;
- бетонный: кубиковая прочность – 40 МПа, призменная прочность – 30 МПа, нижняя и верхняя границы трещинообразования – соответственно 1,4 МПа и 21,3 МПа, модуль упругости – 26.103 МПа, предельные деформации сжатия и растяжения – соотвественно 14,6 МПа и 1,4 Мпа , коэффициент интенсивности напряжения – Кс=2.53 Мн/м3/2, морозостойкость F300.
Внедрение результатов исследования
Опытно-промышленное опробование разработанных рекомендаций по производству изделий из слоистых бетонов с декоративным полимербетонным защитным слоем осуществлялось на предприятии ООО «Нивелир-МПК». Была выпущена партия объемом 200 м2.
Апробация работы.
Основные положения результатов работы докладывались на научно-практических конференциях по итогам научно-исследовательских работ молодых ученых МГСУ в течение 2007-2011 гг, на Международной межвузовской научно-практической конференции молодых ученых, докторантов и аспирантов «Строительство – формирование среды жизнедеятельности», проводимых в рамках реализации федеральной программы «Участник молодежного научно-инновационного конкурса У.М.Н.И.К.» в течение 2007 – 2011 гг.
На защиту выносятся
- основные положения о повышении трещиностойкости изделий из слоистых декоративных бетонов с полимерным защитным слоем;
- зависимости изменения состава, структуры и свойств полимербетонного слоя и бетонного основания от главных факторов;
- многофакторные зависимости деформаций слоистой системы от протяженности контакта между слоями, толщины поверхностного слоя и бетонного основания с учетом температурно-влажностных деформаций, прочностных и деформативных свойств слоев;
- кинетика льдообразования в поровом пространстве бетона в интервале температуры от 0 до - 60оС;
- технология изготовления слоистых изделий с повышенной трещиностойкостью в суровых условиях эксплуатации;
- результаты опытно-промышленного опробования.
Объем работы
Диссертация состоит из введения, 6 глав, основных выводов, списка использованной литературы. Общий объем работы 125 страниц машинописного текста, 40 рисунков, 36 таблиц.
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
В современном производстве декоративно-отделочных материалов, предназначенных для наружной и внутренней отделки зданий и сооружений, а также для дорожных и тротуарных покрытий, все шире применяются слоистые декоративные композиты с защитным полимербетонным слоем. Натурные наблюдения показывают, что в ряде случаев слоистые декоративные бетонные изделия в неблагоприятных условиях эксплуатации разрушаются в виде растрескивания и отслоения полимербетонного слоя, вызванного несовместимостью температурно-влажностных деформаций полимербетонного слоя и основного бетона при замораживании. Бетонное основание в водонасыщенном состоянии при температуре -5 – -10оС имеет аномальное расширение, а полимербетонный слой сжатие. В этом случае декоративно-отделочный композит находится в напряженном состоянии, которое может вызвать следующие виды разрушений: растрескивание поверхностного полимербетонного слоя, сдвиг его относительно бетонного основания, а также отслоение от бетонного основания из-за давления льда, образовавшегося под плотным поверхностным слоем.
В связи с тем, что бетонное основание является капиллярно-пористым телом, то при увлажнении оно может иметь значительные влажностные деформации, а при замораживании аномальное расширение в интервале температуры -5 – -10оС. Величина этой деформации характеризуется «приведенным удлинением», представляющим собой разность деформаций высушенного до постоянной массы бетона и в насыщенном водой состоянии.
Величина «приведенного удлинения» зависит от объема капиллярных пор, чем выше пористость, тем больше «приведенное удлинение» и больше разность деформаций между полимербетонным слоем и бетонным основанием. В этом случае возникающие напряжения приводят к отслоению и растрескиванию поверхностного слоя.
Для обеспечения монолитности слоистого композита необходимо использовать бетонные основания с низкой пористостью и, следовательно, с минимальным аномальным расширением, которое является основной причиной возникновения напряженного состояния в контактной зоне между слоями.
Для повышения трещиностойкости, снижения возможности отслоения полимербетонного слоя и обеспечения совместной работы слоев необходимо увеличить площадь контактной зоны путем «вкрапливания» в нее зерен заполнителя.
При этом необходимо было изучить влияние вида связующего и наполнителя на прочностные и деформативные свойства покрытия, произвести выбор компонентов и провести подбор составов, обеспечивающих требуемые физико-технические свойства полимербетонов, и разработать технологию их получения.
Введение в состав полимерных композиций различных красителей и пигментов позволяет получать материал с заданными цветовыми и фактурными параметрами, не уступающими по своим свойствам природному камню. В качестве защитно-декоративного полимерного слоя при использовании декоративно-облицовочного материала могут использоваться полимербетонные композиции, состоящие из полимерных вяжущих, тонкодисперсных наполнителей, красителей и модификаторов составов. В качестве основных вяжущих веществ могут быть использованы эпоксидные, полиэфирные, акриловые и полиуретановые смолы.
Для установления необходимых зависимостей, обеспечивающих монолитность слоистых изделий в различных эксплуатационных условиях, были использованы следующие материалы.
В качестве вяжущих веществ для декоративных бетонов были использован портландцемент марки М500 (ЦЕМ I 42,5Н) Ульяновского завода и марки М500 (ЦЕМ I 42,5Н) Катавского завода, удовлетворяющие требованиям ГОСТ 10178-85, Свойства цементов представлены в табл.1, химический состав клинкера в табл. 2, минералогический состав в табл. 3.