ChSTU repository
ChSTU repository preserves and enables easy and open access to all types of digital content including text, images, moving images, mpegs and data sets
Learn More
Please use this identifier to cite or link to this item:
https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/6134| Title: | Технологія влаштування підлоги з монолітного дрібнозернистого бетону підвищеної зносостійкості |
| Authors: | Пряник, Сергій Петрович Слюсаренко, Ігор Ігорович |
| Keywords: | монолітний дрібнозернистий бетон;бетонні підлоги;підлогові покриття;будівельні конструкції;технологія влаштування |
| Issue Date: | Dec-2023 |
| Abstract: | В даний час зведення промислових будівель користується не меншою популярністю, ніж житлове будівництво. Поширеність монолітних підлог з дрібнозернистих бетонів обумовлена доступністю цементу, вивченістю і простотою технології приготування сумішей і влаштуванню з них підлог. Дрібнозернисті бетони для підлог характеризуються досить високою міцністю на стиск і адгезією до різних основ, однак мають недостатню міцність на розтяг при згині і зносостійкість. Спостерігається збільшення обсягів зведення об'єктів промислового будівництва з великими площами виробництва покриттів. Тому при виборі конструкції підлоги, крім задоволення технологічним вимогам, слід враховувати економічний ефект від прискорення виконання робіт, довговічності і можливості безперешкодної перестановки технологічного обладнання. Пошук нових технологій бетонування покриттів спрямований на скорочення тривалості, трудомісткості і вартості робіт, на підвищення якості і надійності верхніх шарів покриттів. Зростаючі вимоги, що пред'являються до сучасних промислових об'єктів, створюють необхідність влаштування міцних і зносостійких підлог, що володіють підвищеною рівністю і тріщиностійкістю. Незважаючи на велику різноманітність застосовуваних матеріалів і технологій для проектування в більшості випадків підлоги знаходяться в незадовільному стані. Поліпшити експлуатаційні характеристики для влаштування підлог можна, керуючи процесом структуроутворення цементного каменю шляхом введення армувальних і модифікуючих нанорозмірних добавок, наприклад, базальтових мікроволокон, з поверхнею, модифікованою вуглецевими наночастинками. При введенні в бетонну суміш модифікованих базальтових мікроволокон (МБМ) можна сформувати щільну структуру цементного каменю на макро- і мікрорівнях. Об'єм встановлених закономірностей структуроутворення дрібнозернистих бетонів з модифікованими базальтовими мікроволокнами і управління процесами приготування сумішей недостатній для розробки ефективних технологій та інтенсивного їх впровадження в будівництві. Таким чином, модифікування структури дрібнозернистого бетону і поліпшення його експлуатаційних характеристик шляхом введення базальтових мікроволокон, модифікованих вуглецевими наночастинками, а також вдосконалення технології влаштування монолітних промислових підлог є актуальним. |
| URI: | https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/6134 |
| Appears in Collections: | 192 Будівництво та цивільна інженерія (Промислове і цивільне будівництво) |
Files in This Item:
| File | Description | Size | Format | |
|---|---|---|---|---|
| Слюсаренко І І МГБ_204.pdf Restricted Access | 3.42 MB | Adobe PDF | View/Open Request a copy |
Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.
Extracted text
Міністерство освіти і науки України Черкаський державний технологічний університет Факультет технологій, будівництва та раціонального природокористування Кафедра промислового та цивільного будівництва «ДО ЗАХИСТУ ДОПУСТИТИ» Завідувач кафедри ПЦБ ______________ Сергій ПРЯНИК 2023 р. Пояснювальна записка до кваліфікаційної роботи магістра магістр (освітн ій рівень) на тему «Технологія влаштування підлоги з монолітного дрібнозернистого бетону підвищеної зносостійкості» Виконав: здобувач вищої освіти 2 курсу, групи МГБ-204 спеціальності 192 - Будівництво та цивільна інженерія, освітня програма «Промислове та цивільне будівництво» ___________ Слюсаренко І.І. (підпис) (прізвище, ініціали) Керівник кваліфікаційної роботи магістра к.т.н., доцент Пряник С .П ._______ ________ (науковий ступінь, вчене звання,, прізвище, ініціали) (підпис) Рецензент кваліфікаційної роботи магістра (посада, науковий ступінь, вчене звання, прізвище, ініціали) (підпис) Черкаси 2023 р. МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ ЧЕРКАСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНОЛОГІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ Факультет технологій, будівництва та раціонального природокористування Кафедра промислового та цивільного будівництва Освітній рівень магістерський Спеціальність 192-Будівництво та цивільна інженерія «ЗАТВЕРДЖУЮ» Зав, кафедри, доцент ____________________ Сергій ПРЯНИК "_____ " 2023 р. ЗАВДАННЯ НА КВАЛІФІКАЦІЙНУ РОБОТУ МАГІСТРА ЗДОБУВАНУ ВИЩОЇ ОСВІТИ __________ Слюсаренко Ігор Ігорович__________ (прізвище, ім 'я, по батькові) 1. Тема «Технологія влаштування підлоги з монолітного дрібнозернистого бетону підвищеної зносостійкості»_____________________________ (назва теми) керівник_________________ Пряник Сергій Петрович, к. т. н, доцент_____ (прізвище, ім ’я, по батькові, науковий ступінь, вчене звання) затверджена наказом по університету від " 04 " 10 2023 р. № 263/04 2. Строк подання здобувачем вищої освіти роботи "____ " __________ 202 р. 3. Вихідні дані до роботи__________________________________________________________ 4. Зміст і календарний план Розділи Строк виконання Вступ Розділ 1. Стан питання влаштування підлоги з дрібнозернистих бетонів для промислових монолітних підлог Розділ 2. Характеристики використовуваних матеріалів на основі технологічності, економічності, вимог сучасності та методи досліджень Розділ 3. Методика досліджень технологічних властивостей і структурних особливостей монолітного дрібнозернистого бетону з добавками в якості високоефективних рішень для підлог промислових будівель Розділ 4. Результати аналізу досліджень та технологія виконання робіт по влаштуванню підлоги з дрібнозернистого бетону Розділ 5. Економічна результативність прийнятих рішень по досліджуваній технології Висновки Виготовлення ілюстративного матеріалу Оформлення роботи Попередній захист роботи Дата видачі завдання " 04 " 10 2023 р. Здобувач вищої о с в іт и Слюсаренко І.І. (п ідпис) (прізвищ е та ін іціали ) Керівник Пряник С.П. (п ідп ис) (прізвищ е та ін іціали ) ЗМІСТ стор. ВСТУП................................................................................................................... 5 РОЗДІЛ 1 СТАН ПИТАННЯ ВЛАШТУВАННЯ ПІДЛОГИ З ДРІБНОЗЕРНИСТИХ БЕТОНІВ ДЛЯ ПРОМИСЛОВИХ МОНО ЛІТНИХ П ІД ЛО Г................................................................................................ 10 1.1 Аналіз сучасного стану цементних підлог виробничих приміщень 10 1.2 Способи підвищення ефективності дрібнозернистих бетонів для влаштування монолітних підлог........................................................................ 15 1.3 Перспективи застосування мікроармувальних і нановуглецевих добавок в цементних бетонах.. .......................................................................... 18 1.4. Улаштування бетонних промислових підлог........................................ 25 1.5 Висновки до розділу 1.................................................................................. 32 РОЗДІЛ 2. ХАРАКТЕРИСТИКИ ВИКОРИСТОВУВАНИХ МАТЕРІА ЛІВ НА ОСНОВІ ТЕХНОЛОГІЧНОСТІ, ЕКОНОМІЧНОСТІ, ВИМОГ СУЧАСНОСТІ ТА МЕТОДИ ДОСЛІДЖЕНЬ................................................ 33 2.1 Характеристики використовуваних матеріалів..................................... 33 2.2 Методи досліджень......................................................................................... 37 2.3 Висновки до розділу 2 .................................................................................... 48 РОЗДІЛ 3. МЕТОДИКА ДОСЛІДЖЕНЬ ТЕХНОЛОГІЧНИХ ВЛАСТИВОСТЕЙ І СТРУКТУРНИХ ОСОБЛИВОСТЕЙ МОНОЛІТНОГО ДРІБНОЗЕРНИСТОГО БЕТОНУ З ДОБАВКАМИ В ЯКОСТІ ВИСОКОЕФЕКТИВНИХ РІШЕНЬ ДЛЯ ПІДЛОГ ПРОМИСЛОВИХ БУДІВЕЛЬ............................................................................ 49 3.1 Дослідження властивостей монолітного дрібнозернистого бетону з використанням армувальних та модифікувальних добавок для влаштування підлог............................................................................................... 49 3.2 Структурні особливості монолітного дрібнозернистого бетону з армувальними та модифікувальними добавками........................................... 69 3.3 Рекомендовані склади монолітного дрібнозернистого бетону 76 4 3.4 Висновки до розділу 3 .................................................................................... 77 РОЗДІЛ 4 РЕЗУЛЬТАТИ АНАЛІЗУ ДОСЛІДЖЕНЬ ТА ТЕХНОЛОГІЯ ВИКОНАННЯ РОБІТ ПО ВЛАШТУВАННЮ ПІДЛОГИ З ДРІБНО ЗЕРНИСТОГО БЕТОНУ...................................................................................... 79 4.1 Дослідження технологічних схем приготування бетонної суміші з армувальними та модифікувальними добавками........................................... 79 4.2 Дослідження технологічних прийомів поділу МБМ............................. 84 4.3 Дослідження технологічних режимів приготування бетонної суміші в змішувачах різних ти п ів ................................................................................... 91 4.4 Технологічна карта на влаштування підлоги з дрібнозернистого бетону....................................................................................................................... 105 4.5 Висновки до розділу 4 .................................................................................... 115 РОЗДІЛ 5 ЕКОНОМІЧНА РЕЗУЛЬТАТИВНІСТЬ ПРИЙНЯТИХ РІШЕНЬ ПО ДОСЛІДЖУВАНІЙ ТЕХНОЛОГІЇ........................................... 118 5.1 Техніко-економічне обґрунтування досліджуваної технології та аналіз досвіду застосування отриманих результатів досліджень............... 118 5.2 Техніко-економічна ефективність............................................................... 121 5.3 Перспективи подальших розробок........................................................... 125 5.4 Висновки до розділу 5 .................................................................................... 125 ЗАГАЛЬНІ ВИСНОВКИ...................................................................................... 126 СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ........................................................... 128 ВСТУП Актуальність роботи. В даний час зведення промислових будівель користується не меншою популярністю, ніж житлове будівництво. Поширеність монолітних підлог з дрібнозернистих бетонів обумовлена доступністю цементу, вивченістю і простотою технології приготування сумішей і влаштуванню з них підлог. Дрібнозернисті бетони для підлог характеризуються досить високою міцністю на стиск і адгезією до різних основ, однак мають недостатню міцність на розтяг при згині і зносостійкість. Спостерігається збільшення обсягів зведення об'єктів промислового будівництва з великими площами виробництва покриттів. Тому при виборі конструкції підлоги, крім задоволення технологічним вимогам, слід враховувати економічний ефект від прискорення виконання робіт, довговічності і можливості безперешкодної перестановки технологічного обладнання. Пошук нових технологій бетонування покриттів спрямований на скорочення тривалості, трудомісткості і вартості робіт, на підвищення якості і надійності верхніх шарів покриттів. Зростаючі вимоги, що пред'являються до сучасних промислових об'єктів, створюють необхідність влаштування міцних і зносостійких підлог, що володіють підвищеною рівністю і тріщиностійкістю. Незважаючи на велику різноманітність застосовуваних матеріалів і технологій для проектування в більшості випадків підлоги знаходяться в незадовільному стані. Поліпшити експлуатаційні характеристики для влаштування підлог можна, керуючи процесом структуроутворення цементного каменю шляхом введення армувальних і модифікуючих нанорозмірних добавок, наприклад, базальтових мікроволокон, з поверхнею, модифікованою вуглецевими наночастинками. При введенні в бетонну суміш модифікованих базальтових мікроволокон (МБМ) можна сформувати щільну структуру цементного каменю на макро- і мікрорівнях. Об'єм встановлених закономірностей структуроутворення дрібнозернистих бетонів з модифікованими базальтовими мікроволокнами і управління процесами приготування 6 сумішей недостатній для розробки ефективних технологій та інтенсивного їх впровадження в будівництві. Таким чином, модифікування структури дрібнозернистого бетону і поліпшення його експлуатаційних характеристик шляхом введення базальтових мікроволокон, модифікованих вуглецевими наночастинками, а також вдосконалення технології влаштування монолітних промислових підлог є актуальним. Ступінь розробленості теми дослідження. В даний час проводяться численні дослідження з вдосконалення технології влаштування та розробки способів зміцнення дрібнозернистого бетону. Одним з перспективних напрямків є управління процесами формування заданої структури цементного каменю шляхом введення мікроволокон різної природи і нановуглецевих частинок. Роботами вітчизняних і зарубіжних вчених показана можливість підвищення якості бетонів мікроармуванням структури і збільшенням кількості гідросилікатів кальцію в процесі структуроутворення. Ефективним мікроармуючим матеріалом, зміцнюючим цементний камінь у бетонах є базальтові мікроволокна. При модифікації їх поверхні нановуглецевими добавками можна отримати щільну структуру цементного каменю, що забезпечує поліпшення експлуатаційних характеристик дрібнозернистого бетону. Особливості застосування модифікованих базальтових мікроволокон як компонента дрібнозернистих бетонів, а також їх вплив на формування структури і властивості дрібнозернистих бетонів раніше не вивчались. Мета магістерської роботи: дослідити технологію влаштування монолітної підлоги з монолітного дрібнозернистого бетону підвищеної зносостійкості для промислових будівель з використанням добавок для підвищення ефективності експлуатаційних характеристик. Для досягнення поставленої мети необхідно вирішити такі завдання: - вивчити історію проблеми, провести порівняльний аналітичний огляд існуючих технологій влаштування підлог промислових будівель, визначити основні технологічні параметри процесу; - проаналізувати та науково обґрунтувати доцільність застосування базальтових мікроволокон, модифікованих вуглецевими наночастинками, як мікроармувального компонента дрібнозернистих цементних бетонів; - вивчити вплив МБМ на процеси гідратації цементу, формування фазового складу цементного каменю, структуру і властивості дрібнозернистих бетонів; дослідити вплив технологічних режимів приготування дрібнозернистих бетонів на стабільність і параметри якості з модифікованими базальтовими мікроволокнами; - вдосконалити технологію влаштування підлог з дрібнозернистих бетонів з армувальними базальтовими волокнами, модифікованими вуглецевими наночастинками та розробити технологічну карту; - визначити економічну результативність прийнятих рішень по досліджуваній технології з обґрунтуванням техніко-економічної ефективності складів і технології дрібнозернистих бетонів з модифікованими базальтовими мікроволокнами. Об'єкт дослідження - технологічний процес влаштування підлог з монолітного дрібнозернистого бетону для промислових будівель з використанням армувальних та модифікувальних добавок. Предмет дослідження - технологічні параметри процесу влаштування підлог з монолітного дрібнозернистого бетону з модифікованими базальтовими мікроволокнами для промислових будівель з урахуванням особливостей структури і властивостей. 8 Наукова новизна роботи. Теоретично обґрунтовано та підтверджено аналізом дослідження впливу базальтового мікроволокна, модифікованого вуглецевими фулероїдними наночастинками, на структуроутворення цементного каменю і дрібнозернистого бетону для монолітних підлог виробничих приміщень з поліпшеними фізико-механічними і експлуатаційними характеристиками. При цьому: - проаналізовано, що при введенні в бетонну суміш 1% від маси цементу модифікованих базальтових мікроволокон збільшуюється кількість хімічно зв'язаної води в цементному камені на 12,7% і ступінь гідратації цементу, що призводить до підвищення міцності на стиск дрібнозернистого бетону на 25,8% за рахунок збільшення кількості гідратних новоутворень, заповнюючих поровий простір; - проаналізовано, що при мікроармуванні цементного каменю модифікованим мікроволокном формується більш щільна структура дрібнозернистого бетону за рахунок щільного прилягання цементного каменю до поверхні модифікованих базальтових мікроволокон, в результаті знижується відкрита пористість на 33,2%, що приводить до збільшення міцності при вигині на 95%, зниженню деформації усадки на 57,6% і стиранню до 0,386 г/см ; - проаналізовано, що при попередньому поділі мікроволокон у водному середовищі механічним роторним методом при високих швидкостях (10 000 об/хв.) і селективному завантаженні компонентів суміші дрібнозернистих бетонів в змішувач зменшується коефіцієнт варіації міцності при вигині з 10,7% до 5,6%, що характеризує високу стабільність параметрів якості. Теоретична і практична значущість роботи: - проаналізовані отримані нові знання про вплив базальтових мікроволокон, модифікованих вуглецевими наночастинками фулероїдного типу на фізико-хімічні процеси і особливості структуроутворення цементного каменю, властивості бетонної суміші та експлуатаційні 9 характеристики дрібнозернистих бетонів підвищеної якості, для влаштування монолітних підлог виробничих приміщень. - проаналізовані розроблені склади дрібнозернистих бетонів з модифікованими базальтовими мікроволокнами, призначених для влаштування монолітних підлог з підвищеними фізико-механічними характеристиками; - визначено оптимальний вміст МБМ у бетонній суміші та встановлені закономірності впливу способу поділу мікроволокон, селективного завантаження компонентів при приготуванні бетонної суміші і способу перемішування на її основні властивості; - розроблено технологічну карту на влаштування дрібнозернистих бетонів з модифікованими базальтовими мікроволокнами і механічними способами перемішування для влаштування монолітних підлог виробничих приміщень; Методологія і методи дослідження. Методологічною основою дослідження послужили стандартні методики визначення фізико-механічних властивостей дрібнозернистого бетону, фізико-хімічні методи визначення фазового складу зразків, методи оптичної мікроскопії, методи планування експерименту і регресійного аналізу, статистичні методи обробки експериментальних даних із застосуванням ПК. 10 РОЗДІЛ 1 СТАН ПИТАННЯ ВЛАШТУВАННЯ ПІДЛОГИ З ДРІБНОЗЕРНИСТИХ БЕТОНІВ ДЛЯ ПРОМИСЛОВИХ МОНОЛІТНИХ ПІДЛОГ 1Л Аналіз сучасного стану цементних підлог виробничих приміщень В даний час значно збільшуються обсяги будівництва багатофункціональних промислових будівель і споруд, що пов'язано з необхідністю розвитку виробництва конкурентоздатної і малоенергоємної продукції [1]. Збільшення механічних і експлуатаційних навантажень, що діють на підлоги виробничих приміщень, створює необхідність проектування і влаштування підлог із застосуванням нових ефективних будівельних матеріалів і технологій [2, 3]. Підлоги промислових будівель є багатошаровою конструкцією, в якій верхній шар підлоги (покриття) сприймає експлуатаційні впливи, швидко зношується і перестає забезпечувати необхідну експлуатаційну надійність всієї конструкції підлоги [4-6]. Тому до покриття пред'являються підвищені вимоги по міцності і стійкості до тертя. Тип покриття підлоги виробничих приміщень призначається залежно від умов експлуатації, а саме від виду та інтенсивності механічних, рідинних та теплових впливів, а також з урахуванням спеціальних вимог до підлог. Відомо близько 40 видів покриттів підлог виробничих приміщень, з них найбільш часто монолітні покриття влаштовуються на основі цементних бетонних сумішей. Широке поширення цементних монолітних підлог в приміщеннях промислових будівель обумовлено рядом переваг [13]: - цементне монолітне покриття характеризується досить високою міцністю на стиск, в результаті чого застосовується у виробничих приміщеннях з різною інтенсивністю механічних впливів на підлогу: від слабкої до дуже значної. Покриття промислових підлог влаштовуються товщиною від 25 до 50 мм з бетонів класів по міцності на стиск С22,5 - С40, а 11 з дрібнозернистих бетонів - товщиною від 20 до 30 мм з міцністю 20- ЗО МПа; - можливість влаштування покриття в цехах з підвищеною вологістю з впливом на підлогу наступних агресивних середовищ: мінеральних масел і емульсій, органічних розчинників, речовин тваринного походження і розчинів лугів концентрацією до 8%; - відповідає деяким спеціальним вимогам, що пред'являються до промислових підлог, а саме: в сухому стані покриття не накопичує на поверхні заряди статичної електрики і є безіскровим при ударних впливах; - технології монолітних цементних підлог досить добре вивчені, доступні в ресурсному забезпеченні, а процеси добре керовані. Незважаючи на перераховані вище переваги, монолітне цементне покриття підлоги характеризується наступними недоліками: - цементні бетони мають недостатню опірність до розтягувальних і згинальних зусилль, що при високих експлуатаційних навантаженнях в промислових будівлях зумовлює появу низки дефектів; - цементні покриття не стійкі до агресивного впливу кислот, тому застосування їх в відповідних хімічних виробництвах не допускається; - цементні покриття мають здатність до пиленню, тому застосування їх в виробничих приміщеннях класу беспильність 1000-100.000 не допускається; - цементно-бетонне покриття практично не очищається від пилоподібних забруднень і важко очищається від рідинних; - цементні суміші мають невисоку швидкість набору міцності. При експлуатації бетонних цементних монолітних підлог в приміщеннях промислових будівель спостерігається підвищення навантажень [5]. Збільшення навантажень, що діють на підлогу, пов'язане з розвитком промислових технологій і появою нових типів технологічного обладнання в цехах. Вдосконалені види промислового обладнання характеризуються підвищеною швидкістю переміщення, великим питомим тиском і підвищеними динамічними, вібраційними і абразивними впливами на підлогу [1]. Авторами робіт [7] були встановлені найбільш поширені дефекти промислових підлог, які впливають на подальшу експлуатацію промислових об'єктів, і запропоновано їх класифікацію. До найбільш характерних дефектів покриттів промислових підлог відносяться: лущення і викришування поверхневого шару бетону, об'ємні дефекти (вибоїни, раковини і т.п.), тріщини, відшарування поверхневого шару підлоги, відколи кутів і країв, підвищене пилевідділення і викривлення. В роботі Казлітіна С.А. [7] запропоновано технологічну класифікацію дефектів цементних підлог, згідно з якою всі дефекти характеризуються за такими ознаками: - в залежності від походження чинників, що впливають на виникнення дефектів; - внутрішні і зовнішні дефекти; - в залежності від впливу на цілісність і міцність конструкції - розміцнювальні і нерозміцнювальні дефекти; - за поширеністю в тілі бетонної конструкції - поодинокі, множинні, поверхневі і наскрізні дефекти; - по просторовому розташуванню дефекти - горизонтальні, похилі і вертикальні, звернені вгору або вниз. Крім цього запропоновано методи усунення кожного виду дефектів. За результатами аналізу літературних даних визначено основні експлуатаційні фактори, що впливають на виникнення дефектів в цементних підлогах промислових будівлях. Експлуатаційні фактори, що впливають на виникнення дефектів промислових підлог: зусилля, що викликають вертикальні і горизонтальні напруги, абразивний вплив, вібраційні навантаження, охолодження і нагріви поверхні, силові та ударні впливи. Використання бетонних сумішей з дрібнозернистих бетонів замість бетонних дозволяє підвищити ефективність і знизити трудомісткість влаштування цементних монолітних підлог промислових будівель [8]. Це пов'язано з тим, що в сумішах з дрібнозернистого бетону відсутній крупний заповнювач, що впливає на підвищення рухливості суміші. Високорухливі суміші обумовлюють можливість застосування будівельних машин і механізмів меншої потужності, а також сучасних технологій влаштування монолітних підлог, зокрема наливних і самонівелюючих [9-10]. Ще однією 13 перевагою сумішей з дрібнозернистого бетону є можливість влаштування тонких шарів, що актуально при реконструкції та ремонті покриттів промислових будівель. Вимоги, що пред'являються до цементних бетонних сумішей для влаштування покриттів підлог, регламентуються нормативними документами. Вимоги, що пред'являються до дрібнозернистих бетонів для промислових монолітних підлог: Основні показники якості бетонної суміші: рухливість, водоутримуюча здатність; рухливість. Основні показники якості затверділого бетону: - міцність на стиск і на розтяг при вигині у віці 1 ,3 і 28 діб; стираність; - міцність зчеплення з основою в віці 7 і 28 діб; - морозостійкість; - деформації усадки; - стійкість до ударних впливів. Приготування бетонної суміші може здійснюватися як централізовано, так і на будівельному майданчику на стаціонарних або пересувних бетонозмішувальних установках. При транспортуванні і подачі бетонної суміші до місця укладання спеціалізованими засобами велике значення має збереження заданих властивостей бетонної суміші. Бетонна суміш повинна відповідати необхідній марці по рухливості, зазначеній в організаційно- технологічній документації з урахуванням прийнятої технології влаштування підлоги. Крім цього бетонна суміш повинна володіти водоутримувальною здатністю не менше 90%, а також розшаруванням не більше 10%. У внутрішньобудівельних умовах найбільш ефективними засобами транспортування і подачі бетонної суміші до місця укладання в конструкцію підлоги є машини і установки трубопровідного транспорту: пневмонагнітальні установки і бетононасоси. До переваг трубопровідного транспорту відносяться: - можливість транспортування будівельних сумішей по горизонталі, вертикалі, а також під будь-яким кутом і в обхід перешкод з урахуванням інтенсивності їх подачі і укладання в конструкцію; - ізоляція перекачуваємого матеріалу від навколишнього середовища, в результаті чого зводяться до мінімуму втрати бетонної суміші і підвищується її якість; - можливість безперервної подачі бетонної суміші до місця виробництва робіт. 14 Велике значення для ефективного застосування трубопровідного транспорту має дотримання вимог, що пред'являються до властивостей удобоперекачування сумішей - їх здатності до переміщення по трубопроводу під дією зовнішніх сил на граничні відстані без розшаровування і утворення заторів. Удобоперекачування суміші залежить від гідравлічного опору руху суміші по трубопроводу, яке в свою чергу змінюється в залежності від властивостей і складу бетонної суміші, швидкості і відстані транспортування, діаметра і матеріалу трубопроводу, типу місцевих опорів і реологічних характеристик суміші. Так рухливість бетонних сумішей, що перекачуються по трубопровідному транспорту, повинна відповідати марці ПК4. Згідно з вимогами вищевказаних нормативних документів міцність затверділого цементно-піщаного покриття повинна становити не менше 20 МПа при товщині 20 мм, а при помірній інтенсивності механічних впливів на підлогу - 30 МПа при товщині покриття 30 мм. Крім міцних показників не менш важливим параметром, що визначає експлуатаційну надійність промислової підлоги, є зносостійкість, яка характеризується параметром стирання. У виробах для конструкцій, що працюють в умовах підвищеної інтенсивності руху, стирання цементного каменю повинно відповідати марці за стиранням в і і складати не більше 0,7 г/см2. Як було зазначено вище, цементні бетони характеризуються недостатнім опором розтягувальним і згинальним навантаженням, внаслідок чого монолітні цементні покриття характеризуються недостатніми трещіностійкістю і зносостійкістю. Крім того, низька швидкість набору міцності цементних сумішей не завжди дозволяє отримати задану проектом марку, а низька адгезія цементного каменю з заповнювачем призводить до передчасного порушення цілісності покриття промислової підлоги. З огляду на вищевказане, актуальним завданням на сьогоднішній день є поліпшення експлуатаційних характеристик монолітних бетонних цементних підлог виробничих приміщень. Для цього необхідно проаналізувати способи підвищення ефективності дрібнозернистих бетонів для влаштування монолітних підлог. 15 1.2 Способи підвищення ефективності дрібнозернистих бетонів для влаштування монолітних підлог Існуючі на сьогоднішній день способи підвищення якості дрібнозернистих бетонів для влаштування монолітних підлог можна класифікувати за такими ознаками: підбір складу бетону; введення модифікуючих добавок; підбір складу заповнювачів. Застосування спеціальних технологічних прийомів: армування; обробка поверхні спеціалізованими складами; зміцнення верхнього шару підлоги. Способи раціонального підбору складу спрямовані на отримання більш щільної структури дрібнозернистого бетону, за рахунок чого і поліпшуються показники якості підлогових покриттів. До зазначених способів можна віднести: 1. Введення добавок, що модифікують в цементні бетонні суміші істотно впливає на хімічні процеси тверднення, забезпечує поліпшення механічних і фізико-технічних властивостей дрібнозернистого бетону [11, 12]. В якості модифікувальних добавок використовуються різні органічні і неорганічні сполуки, при введенні яких в незначних кількостях підвищується щільність цементного каменю на мікро- і нанорівнях. До модифікувальних добавок відносяться також пластифікуючі добавки, введення яких дозволяє знизити водо-цементне відношення суміші при заданій рухливості, що обумовлює отримання дрібнозернистого бетону з меншою кількістю пор, і, відповідно, більш високої міцності. В останнє двадцятиріччя в технології будівельних матеріалів все більше застосування для спрямованої зміни властивостей цементного каменю знаходять вуглецеві наночастинки [13]. 2. Підбір складу наповнювачів полягає у визначенні оптимальної гранулометрії заповнювачів, що забезпечує найбільш щільну упаковку зерен. Щільна упаковка зерен разом із цементною оболонкою оптимальної товщини на їх поверхні сприяє 16 формуванню жорсткого каркаса в цементно-піщаному бетоні [39]. Велика увага в забезпеченні якості дрібнозернистих бетонів приділяється спеціальним технологічним прийомам на додаток до традиційної технології влаштування монолітної підлоги. До них можна віднести - армування монолітного цементного покриття, що забезпечує підвищення рівня тріщиностійкості і опірності розтягуючих зусиль. Розрізняють такі види армування: - зосереджене армування у вигляді арматурних стержнів, сіток і каркасів; - дисперсне армування у вигляді волокон різного походження. Дисперсне армування цементних покриттів має ряд переваг в порівнянні з традиційним способом [10]: - поліпшення експлуатаційних характеристик монолітного покриття шляхом підвищення тріщиностійкості, ударної стійкості, в'язкості руйнування, збільшення межі міцності на розтяг, зниження деформацій усадки та повзучості, зниження стійкості до тертя верхнього шару; - забезпечення технологічних переваг зниженням трудомісткості робіт за рахунок часткової заміни, а в ряді випадків повного виключення арматурних робіт. Волокна вводяться на стадії приготування суміші, тобто процес армування механізований і зводиться до одностадійного; - переваги економічного плану за рахунок зниження витрати матеріалів, так як необхідна товщина влаштовуємого фіброармованого покриття менше в порівнянні з традиційним. Крім того, скорочуються терміни будівництва. 2. Обробка поверхні спеціальними композиціями спрямована на боротьбу з «виділенням пилу» цементного каменю, що забезпечує захист покриття від впливу несприятливих експлуатаційних факторів. Зазначені композиції розрізняються за принципом дії: проникаючі - вступають в хімічну реакцію з цементним в'яжучим, в результаті утворюються високоміцні кристалічні сполуки, а плівкоутворювальні - формують на поверхні цементного каменю захисну плівку. До проникаючих композицій відносяться кремніймістячі матеріали на водній основі, наприклад, силікати, силани, силоксани, а до 17 плівкоутворювальних лаки і фарби на латексній, акриловій, епоксидній і поліуретановій основі [15]. 3. Зміцнення верхнього шару направлено на збільшення зносостійкості цементного покриття, а також стійкості до механічних і ударних навантажень. Зміцнення здійснюється втиранням у свіжий покладений шар цементної підлоги зміцнюючої суміші або начинки [16]. Топінг є сумішшю цементного в'яжучого, полімерної добавки і зносостійких наповнювачів. При влаштуванні підлог промислових будівель в залежності від інтенсивності експлуатаційних навантажень в виробничих приміщеннях застосовуються кварцовий, корундовий наповнювачі, а також наповнювачі на основі карбіду кремнію або металевих частинок. Однак встановлена вартість на цементну підлогу з топінгом залишається як і раніше високою. У будівництві промислових будівель в даний час для підвищення ефективності дрібнозернистих бетонів при влаштуванні монолітних підлог найчастіше застосовується поєднання декількох вищевказаних способів. Так, Казлітін С.А. (БГТУ ім. В.Г. Шухова) в своїй роботі для влаштування важконавантажених підлог у виробничих приміщеннях застосував поєднання наступних прийомів: створення високощільної упаковки зерен заповнювача, застосування композиційних в'яжучих та дисперсного армування. Розроблені склади на основі цементно-піщаної композиції забезпечують отримання важконавантажених підлог з межею міцності при стисненні до 118,8 МПа, міцністю на вигин до 14,1 МПа і морозостійкістю Б700 [7]. Вченими ПГУАС (м. Пенза) були розроблені склади будівельних сумішей «БеПоРС», що дозволяють поліпшити експлуатаційні характеристики промислових підлог. До складу зазначених будівельних сумішей входять цемент, дисперсний наповнювач, тонкозернистий заповнювач, гіперпластифікатор, а також модифікувальні реакційно-активні добавки і хімічні модифікатори. Зазначені склади дозволяють отримувати високоміцні, самонівелювальні бетонні та фібробетонні покриття високонавантажених промислових підлог підвищеної міцності [6]. Аналізуючи різні способи підвищення ефективності 18 дрібнозернистих бетонів слід зазначити, що перспективним способом поліпшення експлуатаційних характеристик цементних монолітних підлог є введення до складу бетонної суміші мікроармувальних волокон і модифікувальних нанорозмірних добавок, в тому числі вуглецевих наночастинок. 1.3 Перспективи застосування мікроармувальних і нановуглецевих добавок в цементних бетонах 1.3.1 Застосування армувальних волокон при влаштуванні цементних підлог. Дисперсне армування бетонів волокнами-фібрами відомо вже більше 100 років. На початку XX століття інженер шляхів сполучення В.П. Некрасов провів дослідження і виготовив дослідні конструкції з сталефібробетону. За минулий час вітчизняними і зарубіжними вченими було накопичено досвід практичного застосування композиційних матеріалів на основі цементних матриць, дисперсно-армованих штучними волокнами [17]. Є багато дослідників з країн СНД, що займаються створенням дисперсно-армованих бетонів, а також конструкцій на їх основі [18]. Серйозний практичний досвід застосування конструкцій, виготовлених на основі дисперсно-армованих бетонів і розчинів, накопичений за кордоном в таких країнах як США, Австрія, Німеччина, Бельгія, Австралія, Японія, Франція та ін.. Результати досліджень свідчать про доцільність та ефективність застосування дисперсно-армованих бетонів і розчинів при влаштуванні монолітних конструкцій підлог. Монолітні підлоги, армовані волокнами, економічно вигідно влаштовувати в будинках промислового призначення, тобто там, де на підлогу діють значні експлуатаційні навантаження. В даний час найбільш вивченим і широко застосовуваним при влаштуванні монолітних підлог виробничого призначення є сталефібробетон [18]. У 70-80-ті роки XX століття ЦНІІПромбудівель були проведені дослідження, спрямовані на розробку технічних рішень підлог з сталефібробетона. Для цієї мети 19 проведені дослідження технологічних і фізико-механічних властивостей сталефібробетону із застосуванням фібри з холоднотягнутого сталевого дроту. За результатами експерименту було встановлено ефективність використання сталевих фібр при армуванні монолітних покриттів підлог виробничих будівель, так як при введенні їх в бетонну суміш знизилася стираність покриттів, збільшилася міцність на розтяг при згині і зменшилася усадка бетону. При виконанні робіт були виявлені технологічні труднощі, зокрема, при введенні фібр значно знизилася легкоукладальність бетонної суміші. ЦНІІПромбудівель було розроблено технічні вимоги, що пред'являються до підлог, які стосуються конструктивних рішень підлог із застосуванням сталефібробетону. Однак технологічні труднощі, що виникають при влаштуванні підлог з сталефібробетону, не були вирішені. При будівництві Рязанського заводу шкіряних виробів італійська фірма «Коголо» зводила підлоги з сталефібробетону [18]. В якості армувальних волокон була застосована сталева фібра фірми «Драмікс», яка вводилася в матрицю дрібнозернистого бетону класу С25 з розміром щебеню, обмеженого 20 мм. Шар сталефібробетону влаштовувався по арматурній сітці, покладеній на шар ущільненого піску, ізольованого шаром пароізоляції. В подальшому дана конструктивна схема застосовувалася при будівництві відомих супермаркетів «Метро» і «Ікея». У країнах Європи широке поширення набувають фібробетонні підлоги з використанням сталевої фібри «Драмікс» бельгійської фірми «Бекарт». У США, Австрії і Великобританії в 70-і роки XX століття при влаштуванні монолітних покриттів підлог промислових будівель застосовують сталефібробетон марки «Вірандбетон» (фібра із сталевого дроту довжиною 30 мм). У Німеччині понад 25% індустріальних підлог зведено із застосуванням сталефібробетону. На початку 80-х років дисперсно-армовані бетони і розчини отримують розвиток в Японії. Основою для розвитку даного напрямку в будівельному матеріалознавстві послужила розробка документа «Керівництво з проектування і виготовлення сталефібробетону для тунелів, гідротехнічних 20 споруд і конструкцій доріг». В кінці XX століття фібробетон активно впроваджується в будівництві будівель державних і комерційних банків, де конструктивні рішення огороджувальних конструкцій будівель повинні були підтримувати потрібний рівень захищеності цінностей, що зберігаються в них. У 1999р. в м. Варшава побудований підземний гараж-стоянка, при влаштуванні пі♦ длог якого площею 8 = 4618 м 2 і• товщиною ї = 50 мм застосований сталефібробетон, виготовлений з використанням фібр довжиною 1 = 35 мм і діаметром сі = 0,6 мм. Високоміцні підлоги з сталефібробетону зводяться в пекарнях, де на покриття підлоги діють високі навантаження від рухомих візків. На даний момент на ринку лідером в технології влаштування підлог, армованих сталевою фіброю, є компанія ЗАТ «СК Конкріт Інжиніринг». Зазначена компанія першою застосувала композиційне армування підлоги - комбінацію сталевої і поліпропіленової фібр з традиційним арматурним каркасом. Поліпропіленова фібра отримала своє поширення при влаштуванні наливних підлог і цементно-піщаної стяжки замість армування металевими сітками [19]. Поліпропіленове волокно володіє хімічною стійкістю до дії лужного середовища гідратувального портландцементу. Незважаючи на те, що введення поліпропіленового волокна в матрицю бетонів не приводить до підвищення міцності покриття (тому що модуль пружності таких волокон значно менше модуля пружності бетону), введення його в цементну суміш підвищує опір монолітного покриття ударних навантажень і розколювання. Крім того, введення поліпропіленової фібри знижує деформацію усадки при твердінні бетону, а, отже, збільшує тріщиностійкість монолітного покриття. Таким чином, поліпропіленові волокна не можуть виконувати роль несучої арматури в бетоні, разом з тим, вони можуть бути використані в якості додаткового армування для підвищення стійкості до удару [19]. 21 Модуль пружності сталевих волокон в 5 разів перевищує модуль пружності бетону класу С60, тому в конструкційному відношенні сталева фібра володіє найвищими показниками. Для економії металу, зниження маси конструкцій та підвищення стійкості до кислотної корозії при установці монолітних покриттів сталеві волокна можуть бути замінені на волокна мінерального походження (скляні та базальтові) [20]. Модуль пружності скляних та базальтових волокон в 2-3 рази перевищує модуль еластичності бетону, тому їх застосування вельми перспективне при мікроармуванні цементних бетонів. Мінімальні волокна мають меншу щільність в порівнянні з щільністю стальної фібри і можуть бути успішно застосовані в технології дисперсного армування монолітних покриттів підлог. Разом з тим, такі волокна недостатньо стійкі до впливу середовища гідратуючих портландцементів. Особливо піддаються негативному впливу твердого середовища портландцементу тонких і супертонких волокон діаметром 8-10 мкм. Багаточисленні дослідження [21] свідчать, що стійкість базальтового волокна в основному середовищі перевершує стійкість скловолокна. Це підтверджується результатами досліджень, відповідно яким, після витримки в основному середовищі, міцність базальтового волокна зменшилася на 25- 32%, в той час, як алюмоборосилікатне скловолокно втратило 72% своєї вихідної міцності. Крім того, базальтові волокна отримують за одностадійною технологією, в той час як для виготовлення скляного волокна потрібні трудоємні операції по виготовленню багатокомпонентної шихти і перетворення її в розплав [22]. Таким чином, найбільш ефективним мікроармувальним матеріалом, укріпляючим цементний камінь в бетонах є базальтові мікроволокна. 1.3.2 Укріплення цементного каменю нановуглецевими добавками В останнє двадцятиріччя у технології будівельних матеріалів все більше застосування для спрямованої зміни властивостей цементного каменю виявляють карбонатні наночастинки [23]. Роботами вітчизняних та зарубіжних вчених доказано значне збільшення міцністних характеристик 22 цементних бетонів, модифікованих вуглецевими наночастинками, а також збільшенням вогнетривкості та вологонепроникності за рахунок ущільнення їх структур [24,25]. За оцінкою дослідників, ущільнення структури цементного каменю відбувається в результаті формування більшої кількості креазолгідратів новоутворень підвищеної щільності та міцності [26]. Найбільш часто застосовуються для модифікування цементних матриць вуглецевими наночастинками - це фулерени, астралени та вуглецеві нанотрубки. Фулерен представляє собою випуклу замкнуту поверхню, в якій кожен атом вуглецю з'єднується з трьома міцними хімічними зв'язками з іншими атомами. Відомо, що фулероїдні наночастинки спрямовано впливають на процес гідратації, утворюючи при цьому фібрилярні мікроструктури мікронного порядку. Астралени представляють собою поліедральні багатошарові структури, що складаються з атомів вуглецю розміром 80-150 нм. Результати дослідження спільного застосування зазначеного наномодифікатора з пластифікаторами на основі полікарбоксилатів [27] вказали на значне збільшення рухливості цементно- піщаної суміші та підвищення міцності цементних зразків до 120 МПа [24]. Причому, як відзначають вчені, карбонові нанокластери самі по собі не є хімічною добавкою, а представляють собою присадку до добавки і дозуються в процентному відношенні від її кількості. Значний інтерес представляє модифікація цементних композитів вуглецевими нанотрубками (УНТ), які представляють собою графенові площини, які обернені в трубки. УНТ можуть бути одношаровими діаметром сі = 1-1,5 нм або багатошаровими, з відстанню між шарами 3,4 нм. При введенні вуглецевих нанотрубок в об'ємі цементного композиту його міцність збільшується, зменшується розвиток тріщин в ранні терміни твердіння, покращується якість границі розділу фаз матриця-заповнювач. Однак широкому впровадженню вуглецевих наночастинок у практику будівництва перешкоджує їх підвищена схильність до агломерації та, як слідство, нерівномірність їх розподілу по об'єму цементно-піщаної суміші 23 [28]. Тому для широкого впровадження карбонових наночастинок у виробництво сучасних будівельних матеріалів потрібне застосування спеціальних технологій по їх дезінтеграції та рівномірному розподілу в об’ємі приготованих будівельних сумішей. 1.3.3 Спільне введення мікроармувальних волокон і карбонових нанодобавок у цементні суміші. Відомі роботи, в яких при приготуванні бетонної суміші на традиційні компоненти спільно вводяться мікроармувальні волокна і модифікуючі нановуглецеві добавки. Наприклад, в роботах Перфілова В.А. наведено склад та спосіб приготування фібробетонної суміші, що включає портландцемент, заповнювач, воду затворення, пластифікуючу добавку, стальну фібру «Міксарм», а також модифікуючу добавку - багатошарові карбонатні нанотрубки діаметром 8-40 нм та довжиною 2-50 мкм. В результаті дослідження встановлено, що при спільному введенні мікроармувальної та модифікуючої добавки зміцнюється структура фібробетону на макро-, мікро- та нанорівнях. Границя міцності при стисненні збільшилася на 23% у порівнянні з аналогічним показником сталефібробетона без модифікуючої нановуглецевої добавки, межа міцності при згинанні - на 50% при збереженні високої температури вологості Б 450 та водонепроникності ДУ12. Незважаючи на поліпшення експлуатаційних характеристик фібробетону, технологічно дуже складно рівномірно розподіляти сталеві волокна в об'ємі приготованої суміші, що істотно знижує однорідність структури. Як було зазначено вище, найбільш ефективним мікроармувальним матеріалом у цементних бетонах є базальтові мікроволокна. Так, в роботі Сарайкіної К.А. було вивчено вплив внесення багатошарових вуглецевих нанотрубок (МУНТ) на структуроутворення та властивості базальтофібробетону. В результаті дослідження встановлено, що при введенні МУНТ змінюється морфологія новоутворень і поліпшується зчеплення в контактній зоні «базальтове волокно - цементна матриця», 24 внаслідок чого ущільнюється структура базальтофібробетону [29]. Однак, поліпшення зчеплення цементного каменю з заповнювачем і армувальними волокнами, а також підвищення фізико-механічних характеристик базальтофібробетону значно залежать від якості введеної дисперсії з вуглецевими нанотрубками. Отримання однорідної дисперсії з МУНТ представляє значну трудність, так як вуглеводні наночастинки схильні до коагуляції. В результаті окремі наночастинки не можуть розташовуватися по поверхні цементу, заповнювача та мікроармувальних волокон. На сьогоднішній день перспективним напрямком є нанесення вуглецевих наночастинок на тверді носії, в якості яких можуть бути застосовані базальтові армувальні мікроволокна. Є досвід отримання бетону з підвищеними міцністними властивостями і водостійкістю, в склад якої введені базальтові мікроволокна, модифіковані вуглецевими наноструктурами фулероїдного типу. Відповідно до результатів досліджень, при впровадженні модифікованих базальтових мікроволокон у бетонну суміш збільшилася межа міцності при стисненні бетону на 45% в порівнянні з аналогічним показником зразків, що містять базальтові мікроволокна без модифікації, межа міцності при згині - на 56,9%, а водопоглинення знизилося практично в 3 рази. Вірогідно, при модифікації мікрофільтра з вуглецевими наночастинками ущільнюється структура цементного каменю, у тому числі на межі розділу з волокнами. У той же час, за результатами аналізу робіт, встановлено, що модифіковані армувальні мікроволокна нерівномірно розподіляються в цементно-піщаній суміші, що є основною причиною, що обмежує їх широке застосування в будівельній практиці. Крім того, особливості застосування модифікованих базальтових мікроволокон як компоненту дрібнозернистого бетону, а також їх вплив на структуроутворення та властивості дрібнозернистих бетонів раніше не вивчалися. Таким чином, на підставі аналізу літературних даних можна сформулювати робочу гіпотезу, що полягає в тому, що шляхом мікроармування цементної матриці бетону модифікованими базальтовими 25 волокнами забезпечується формування більш щільної та однорідної мікроструктури цементного каменю за рахунок збільшення кількості гідратних новоутворень, які заповнюють поровий простір, забезпечення гарного зчеплення мікроволокна з цементною матрицею враховуючи те, що МБМ виступають як центри кристалізації продуктів гідратації цементного каменю, в результаті чого поліпшуються експлуатаційні характеристики дрібнозернистих бетонів. 1.4. Улаштування бетонних промислових підлог Є різновиди: в 1 Улаштування бетонних промислових підлог для приміщень помірного навантаження (по ґрунту) о 2 Улаштування бетонних промислових підлог для приміщень помірного навантаження (плити перекриття) ® 3 Улаштування бетонних промислових підлог для приміщень високого навантаження • 4 Улаштування бетонних промислових підлог для приміщень надвисокого навантаження Підлоги в промислових приміщеннях, підлоги в цехах є такими, які здатні витримувати на порядок більші навантаження, ніж підлоги житлових приміщень. Тобто, якщо в житлових приміщеннях навантаження на підлогу класифікують як низькі і в деяких випадках - помірні (в прохідних зонах), то в промислових приміщеннях підлоги розраховані на помірні, високі та надвисокі навантаження. Конструкція промислової підлоги виконується виключно за рахунок застосування бетонних сумішей, тобто підлоги в даному випадку виконуються «мокрим способом», так як дерев’яні підлоги мають набагато меншу міцність. 26 Крім того, сучасні армуючі матеріали і добавки в розчини, дозволяють підсилити міцність готового виробу (підлоги). Що стосується конструкції підлоги промислової будівлі, то щодо галузі виробництва та виду навантажень, можна виділити такі різновиди: улаштування бетонних промислових підлог для приміщень помірного навантаження; о улаштування бетонних промислових підлог для приміщень високого навантаження; о улаштування бетонних промислових підлог приміщень надвисокого навантаження. Також варто зауважити, що багато чого в конструкції мокрих підлог залежить від того, на яку основу вони укладені: якщо основою є грунт, то конструкція підлоги ускладнюється; на плиті перекриття виконується легше і кількість шарів менше, але це при помірних навантаженнях. Відповідно, розглянемо конструкції бетонної підлоги для приміщень помірного навантаження при улаштуванні по ґрунту і по панелі перекриття; інші пункти будуть розглядатися тільки по ґрунту. Напольное покрытия Чистовая стяжка Черновая апиішоваиная стяжка Слой теплоизоляции Чорновая стяжка изоляции Чорновая стяжка Утрамбованны й грунт, песчаная/гравийная подсыпка Рис. 1.1 Улаштування бетонних промислових підлог для приміщень помірного навантаження (по ґрунту) До таких приміщень відносяться цехи по виробництву текстильних товарів, товарів побутової хімії, харчової промисловості та їм подібних товарів, які є продуктом виробництва середньої трудомісткості промисловості. Як і в інших приміщеннях, у виробничих приміщеннях промислові бетонні підлоги виконуються по ґрунту і по плиті перекриття і точно також, 27 улаштування підлог по ґрунту більш трудомістке, ніж по плиті перекриття. Розглянемо, улаштування підлоги по ґрунту. Чорнова стяжка в даному випадку виконується з високоміцного бетону (з міцністю на стиск не менше ЗО МПа), бажано із застосуванням модифікаторів бетону, що підвищують водостійкість і водонепроникність. Вкладається шаром від 50мм із застосуванням вібратора для ущільнення бетону або без нього. Шар гідроізоляції береться на основі бітумних і/або полімер-бітумних гідроізоляційних матеріалів, будь то рулонні або рідкі (мастики) матеріали. Укладаються в 2-3-4 шари, по технології укладання обраного матеріалу, на висушену поверхню. Чорнова стяжка на цей раз виконується з бетону, міцністю 30 МПа із застосуванням наповнювача середньої або дрібної фракції. Однак, можна прискорити процес тужавіння, додавши в розчин відповідні модифікуючі добавки. Шар утеплювача для цього випадку виконується з матеріалів більш високої щільності, наприклад, з мінеральної вати в плитах або екструзійного пінопласту зі щі• льні« стю 40 кг/м Ч. Для досягнення хорошого теплоізоляційного ефекту, необхідно виконати шар товщиною від 50мм. Чорнова армована стяжка виконується за покладеною металевою арматурною сіткою з осередком 10x10 або 20x20, що дає міцність шару бетону, який утворюється після затвердіння суміші. Точно також, як і попередні шари, цей представляє з себе складу, розрахований на 30 МПа навантаження, проте шар потрібно укладати не менше 100мм. Застосування металевої фібри (металевих стружок - відходів металообробного виробництва) в рази посилить запас міцності. Чистова стяжка з цементно-піщаного розчину, виконується шаром від ЗО до 50мм, в залежності від якості виконання чорнової стяжки, і може бути в подальшому виготовлена в залежності від вибору покриття (при фарбуванні 28 підлоговими фарбами стяжка затирається, можливо, шпаклюється підлоговими шпаклівками). Підлогове покриття може представляти із себе наливні полімерні підлоги, спеціальні лакофарбові покриття для підлоги для промислових приміщень. Це можуть бути епоксидні або акрилові суміші, які безліч виробників постачають на ринки будматеріалів. Улаштування бетонних промислових підлог для приміщень помірного навантаження (плити перекриття) Напольное покрытие_______________ Чистовая стяжка___________________ Черновая стяжка (при необходимости) Железобетонная плита перекрытия Рис. 1.2 Улаштування бетонних промислових підлог для приміщень помірного навантаження (плити перекриття) Бетонні підлоги в промислових будівлях (для помірного навантаження) по плиті перекриття можливі в тому разі, коли ці навантаження передбачені самим перекриттям і несучими його елементами. Що стосується самої конструкції підлоги, то вона має найменшу кількість шарів в тому випадку, якщо не потрібно утеплення. Якщо під перекриттям знаходиться неопалюване приміщення і потрібен утеплювач - то він укладається на саму плиту, а чорнова стяжка поверх неї укладається на металеву арматурну сітку (подібно улаштування по ґрунту). Чорнова стяжка укладається при необхідності, тобто, якщо плита перекриття має відхилення, які не можна зарівняти чистовою стяжкою. Така стяжка виконується з дрібнофракційної суміші товщиною від 30мм, має міцність від ЗО МПа. Чистова стяжка має шар 30-50 мм і укладається з особливою акуратністю, вигладжується, тобто поверхня готової стяжки повинна бути ідеально гладкою, але тільки у випадку з застосуванням підлогових лакофарбових сумішей. Якщо застосовуються наливні підлоги, то можна так не старатися, але все одно дефектів бути не повинно. Підлогове покриття в цьому випадку, як і в інших випадках з промисловими приміщеннями, виконується із застосуванням сумішей на основі сучасних синтетичних смол, полімерних сумішей/розчинів з вмістом цементу і спеціальних модифікаторів/наповнювачів. Улаштування бетонних промислових підлог для приміщень високого навантаження шяшяяят я тшш т Напольное покрытие Чистовая стяжка Черновая стяжка Слой гидроизоляции Черновая армированная стяжка Уплотненный грунт, песчаная/гравийная подсыпка Рис. 1.3 Улаштування бетонних промислових підлог для приміщень високого навантаження Промислові приміщення, які призначені для виробництва, наприклад, меблів, виробів з пластику та гуми, виробництва паперу, целюлози тощо, в тому числі паркування, стоянки, ангари. Підлоги таких приміщень повинні бути розраховані на сприйняття інтенсивних, значних навантажень, внаслідок чого застосовуються більш міцні матеріали та ускладнені додатковими процесами самі технології виробництва таких підлог. Крім того варто зауважити, що такі приміщення більшою мірою влаштовуються на перших поверхах на ґрунті, якщо є така можливість, так як виробництво відповідного таким навантаженням перекриття - справа надто трудомістка і дорога. Розглянемо улаштування бетонних промислових підлог на ґрунті, які будуть розраховані на високу інтенсивність навантажень. Чорнова армована стяжка в такому випадку представляється у вигляді шару армованого бетону за міцністю не нижче 35 МПа, при цьому саме зо улаштування армування стяжки може виглядати як сітка із штучних прутів з осередком 10x10, 20x20 або ж просто додаванням металевої фібри до складу самого розчину. Шар гідроізоляції виконується з двох і більше шарів гідроізоляційного матеріалу, який представлений в рулонному вигляді або три шари при використанні рідкого матеріалу. Краще всього використовувати рулонні бітумні або полімер-бітумні гідроізоляції. Чорнова стяжка як і раніше, виконується з матеріалу міцністю 35 МПа, теж з улаштуванням армування. Однак такий шар стяжки повинен бути не менше 150 мм і виходячи з цього, обґрунтованим є застосування суміші з крупно фракційним наповнювачем, утрамбованої бетонним вібратором. Чистова стяжка вищої марки міцності з цементу та наповнювача піску укладається після тужавіння попереднього шару, це завершальний етап з бетонування, суть якого - вирівняти поверхню підлоги під підлогове покриття. Шар дорівнює трьом-п’яти сантиметрам. Підлогове покриття наноситься на висохлу стяжку і має найвищі показники міцності на відміну від покриттів, призначених у приміщеннях з помірними навантаженнями на підлогу. Як правило, це епоксидні суміші, можливо з піщаним наповнювачем. Улаштування бетонних промислових підлог для приміщень надвисокого навантаження: Слой специального покрытия Черновая стяжка______________ Слой гидроизоляции___________ Черновая армированная стяжка Уплотненный грунт, пе сч ан ая/гра в и й н зя п одсы п ка Рис. 1.4 Улаштування бетонних промислових підлог для приміщень надвисокого навантаження 31 Промислові приміщення, в яких відбувається виробництво машин, у тому числі судо/авіа/машинобудівні цехи, рампи, металообробка - всі вони містять особливо громіздкі верстати, автоматичні лінії, та й сама сировина досить важка. Тому, улаштування підлог промислових будівель передбачає колосальні навантаження, які мають широкий спектр різновидів: від шумових (викликають вібрації конструкцій і шарів підлоги) і до ударів в результаті роботи прес-машин. Це звичайно ж, відбивається на конструктивних рішеннях підлоги: використовуються надміцні бетони і спеціальні добавки для їх посилення; обов’язково армування кожного чорнового шару бетону; велика товщина шару; надміцне покриття. Загалом, є відмінності від підлоги для приміщень з високими навантаженнями, і ми їх розглянемо. Чорнова армована стяжка має відмінність у тому, що матеріал має міцність не 35 40 МПа і має (не обов’язково, але бажано) у своєму вмісті модифікатори міцності і фібру скляного, целюлозного або металевого виробництва. Цей шар потрібен для стабілізації ґрунту і подальшого укладання гідроізоляційного шару. Шар гідроізоляції нічим не відрізняється від попередніх. Звичайно, краще нанести кількість шарів з запасом, використовувати якісні матеріали, дотримуватися технології і т. д. Чорнова стяжка може бути виконана тільки з високоміцного бетону з улаштуванням армування, як описано в інших випадках. Міцність матеріалу повинна складати не менше 40 МПа на стиск (і 1,5 МПа на розрив) і товщина шару - 150мм. При цьому поверхня надалі піддається фрезеруванню. Шар спеціального покриття представлений за сучасними технологіями в якості епоксидного вмісту з піщаним наповнювачем дрібної фракції (до 1 мм), нанесеним на товщину, визначену виробником матеріалу (як правило, 5- 10мм). При цьому поверхня повинна бути заґрунтована спеціально призначеною ґрунтовкою. 32 Однак, є і другий варіант, за традиційними технологіями - це асфальтування. В такому випадку технологія улаштування підлог докорінно змінюється, так як асфальт не вимагає гідроізоляції, наноситься на основу з іншою підготовкою. 1.5 Висновки до розділу 1. 1. Вивчено історію проблеми влаштування підлог промислових будівель та їх різновиди. В цементних монолітних покриттях підлог промислових будівель під впливом зовнішніх та внутрішніх факторів виникають різні дефекти, що істотно впливає на їх експлуатаційну надійність. Установлена потреба поліпшення експлуатаційних характеристик монолітних бетонних цементних підлог виробничих приміщень. 2. Проаналізовано існуючі в даний час способи підвищення ефективності дрібнозернистих бетонів для влаштування монолітних підлог. Встановлено, що актуальним є метод поліпшення експлуатаційних характеристик дрібнозернистих бетонів шляхом введення до їх складу мікроармувальних і наноструктурувальних добавок. 3. Перспективним напрямком підвищення якості дрібнозернистих бетонів для влаштування підлог промислових будівель є нанесення вуглецевих наночастинок на базальтові мікроволокна. Особливості застосування модифікованих базальтових мікроволокон, як компонента дрібнозернистих бетонів, раніше не вивчались, тому дослідження властивостей дрібнозернистого бетону з МБМ і технології його приготування при влаштуванні монолітних підлог є досить актуальним. 33 РОЗДІЛ 2. ХАРАКТЕРИ СТИ КИ ВИ КО РИ СТО ВУВАН И Х М АТЕРІАЛІВ НА ОСНОВІ ТЕХН О ЛОГІЧНО СТІ, ЕКО НО М ІЧН О СТІ, ВИМ ОГ СУЧАСНОСТІ ТА М ЕТОДИ ДО СЛІДЖ ЕН Ь 2Л Характеристики використовуваних матеріалів За результатами аналізу вимог, що пред'являються до матеріалів для влаштування дрібнозернистих бетонних монолітних покриттів підлог промислових будівель, для їх приготування слід застосовувати портландцемент марки не нижче М 400 [30, 31]. В якості в'яжучого для проведення досліджень застосовувався портландцемент ГЩ ЦЕМ І 42,5Н. Вибір портландцементу обґрунтований відсутністю в його складі добавок, які можуть негативно вплинути на властивості бетонних сумішей. Крім того, обсяг випуску даної марки цементу досить великий у загальному обсязі продукції. Хімічний склад цементу наведено в таблиці 2.1. Фізико-механічні характеристики цементу визначені і представлені в таблиці 2.2. Таблиця 2.1. Хімічний склад цементу Вид Хімічний склад, % цементу 8 і0 2 А120 3 Ее20з СаО що БОз Иа20 К 20 СГ СУ6 ПЦ ооу сл ЦЕМ І ^Еі сГ о о счі 42,5Н ^Е о" о" Портландцемент ПЦ ЦЕМ І 42,5Н відповідає нормативним вимогам. 20,7-21,4 4,88-5,21 62,4-64,1 1,02-2,04 1,4-2,2 0,2-0,3 0,05-0,1 34 Таблиця 2.2. Фізико-механічні характеристики цементу Найменування параметра Одиниця виміру Значення параметра Тонкість помелу (прохід через сито % 91,8 008) Нормальна густота цементного тіста % 25 Початок схоплювання год-хв 1-00 Кінець схоплювання год-хв 3-30 Межа міцності у віці 3 діб МПа 4,3 при вигині у віці 28 діб МПа 6,2 Межа міцності у віці 3 діб МПа 25,2 при стисканні у віці 28 діб МПа 51,3 Водовідділення % 17,2 Як заповнювач застосовувався кварцовий пісок для будівельних робіт. Визначалися наступні характеристики піску: гранулометричний склад, модуль крупності, вміст пилуватих і глинистих часток, вміст глини в грудках, справжня і насипна щільність, міжзернова порожнинність. Вміст в піску частинок розмірами понад 10 мм (Гр10) і від 5 до 10 мм (Гр5) становить 0,39 і 0,33% відповідно. Гранулометричний склад і характеристики піску представлені в таблицях 2.3 і 2.4 відповідно. Таблиця 2.3. Гранулометричний склад піску Залишки на ситах,% <0,14 Найменування 2,5 1,25 0,63 0,315 0,14 залишку Частковий 4,0 17,5 38,9 36,0 2,3 1,3 Повний 4,0 21,5 60,4 96,4 98,7 - 35 Пісок відноситься до групи крупних пісків (Мк=2,81) і не перевищує допустимих значень змісту зерен розміром понад 5 мм і менше 0,16 мм, зазначених для пісків II класу, повний залишок на ситі № 0.63 (60,4%) відповідає допустимим обмеженням, зазначених для групи крупних пісків. За гранулометричним складом і змістом пилуватих і глинистих часток пісок відноситься до II класу. Таблиця 2.4. Характеристики піску Характеристика Одиниця виміру Значення Зміст пилоподібних і % 2,9 глинистих часток Вміст глини в грудках % 0,41 Справжня щільність кг/м3 2500 Насипна щільність кг/м3 1480 Міжзернова порожнинність % 40,8 В якості мікроармувальних волокон використовувалися модифіковані базальтові мікроволокна виробництва ТОВ «НТЦ Прикладних нанотехнологій». Основні характеристики МБМ представлені в таблиці 2.5. На поверхню базальтових мікроволокон методом розпилення суспензії нанесені поліедральні багатошарові вуглецеві наночастинки фулероїдного типу з міжшаровою відстанню 0,34-0,36 нм і середнім розміром частинок 60-200 нм. Характеристики вуглецевого наномодифікатора представлені в таблиці 2.6. Описані вуглецеві наноструктури фулероїдного типу утворюються як побічний продукт при отриманні фулеренів і нанотрубок термічним розпиленням графітового анода в плазмі дугового розряду в атмосфері інертного газу [27]. 36 Таблиця 2.5. Основні характеристики МБМ Найменування Одиниця виміру Значення характеристики Середній діаметр волокна мкм 8-10 Середня довжина волокна мкм 100-500 Насипна щільність, не кг/м3 450 більше Вологість, не більше % 2 Органічна частина за % 2 масою, не більше Колір - жовто-коричневий Наномодифікатор полІедральні багатошарові вуглецеві наноструктури фулероїдного типу Таблиця 2.6. Характеристики вуглецевого наномодифікатора фулероїдного типу Найменування Одиниця Значення характеристики виміру Міжшарова відстань нм 0,34-0,36 Середній розмір нм 60-200 частинок Насипна щільність г/см3 0,6-0,8 Справжня щільність г/см3 2,201 Для оцінки доцільності та ефективності дисперсного армування дрібнозернистих бетонів МБМ аналізувалися порівняльні дослідження властивостей дрібнозернистих бетонів, дисперсно-армованих базальтовою фіброю без застосування модифікації. З цією метою застосовували 37 базальтову фібру BF 13- 12р виробництва TOB «НОВЕРА» (Челябінськ), яка являє собою рубаний ровинг з безперервного базальтового волокна. Середній діаметр волокон складає від 13 до 17 мкм, довжина фібри - 12 мм. Для регулювання властивостей бетонної суміші застосовувався суперпластифікатор «Штайнберг GROS-63MC», який відповідає вимогам ТУ 5745-008-69867132-2011. Технічні характеристики суперпластифікатора представлені в таблиці 2.7. Таблиця 2.7. Технічні характеристики «Штайнберг GROS-63MC» Найменування характеристики, Значення од. вим. Зовнішній вигляд рідина світло-коричневого кольору Щільність, кг/дм3 1,042 ±0,03 Водневий показник, pH 6,0-8,0 Границях дозування,% по готовому 0,2-2,0 продукту Оптимальне дозування,% по 0,4-0,8 готовому продукту Концентрація сухої речовини,% 30 Для замішування суміші застосовували водопровідну питну воду. 2.2 М етоди досліджень 2.2.1 Дослідження властивостей дрібнозернистого бетону Визначення властивостей і оцінка якості бетонної суміші і бетону проводилися відповідно до стандартних методик випробувань (таблиця 2 .8). 38 Таблиця 2.8. Методи випробувань Вид випробувань Форма Г еометричні Кількість зразка розміри зразка, мм зразків у серії 1 3 4 5 і Міцність при призма 40x40x160 3 згині квадратного перетину Міцність при куб довжина ребра 70,7 3 стисненні Стиранність куб довжина ребра 70,7 3 Деформація призма 40x40x160 3 усадки квадратного перетину Пористість куб довжина ребра 70,7 3 Щільність куб довжина ребра 70,7 3 Міцність призма 50x50x10 5 зчеплення 3 основою Густина, рухливість, водоутримувальна здатність, розшаровуваність суміші 39 Бетонна суміш готувалася в лабораторних змішувачах механічної примусової дії. Для визначення межі міцності при вигині дрібнозернистого бетону виготовляли зразки-балочки розміром 40x40x160 мм, межі міцності при стисненні - зразки-куби розміром 70,7x70,7x70,7 мм. Після виготовлення зразки зберігалися в формах (24±1) год. У ванні з гідравлічним затвором, що забезпечує відносну вологість повітря не менше 90%. Після закінчення зазначеного терміну придатності зразки обережно розпалублюються і вкладаються в ванну з питною водою в горизонтальному положенні так, щоб вони не стикалися один з одним. Після закінчення терміну зберігання зразки виймали з води і не пізніше ніж через 30 хв. випробовували. Межа міцності при вигині обчислювалась як середнє арифметичне значення двох найбільших результатів випробування трьох зразків в серії. Межа міцності при стисненні обчислювалась як середнє арифметичне значення результатів випробування трьох зразків. Однорідність міцності дрібнозернистого бетону оцінювали величиною внутрізамісного коефіцієнта варіації міцності,%: V (2 .1) ц де Бвн.з - середньоквадратичне відхилення результатів випробувань від середньоарифметичного; .2 єн. :<. , (2 .2) (2.3) де Уи - середнє арифметичне значення результатів випробувань: “ (5ї« + *2+ -• + Б.? У 11 ~ X ' П ' (2.4) де п - кількість одиничних значень в парти. 40 Кількість серій зразків приймалося рівним 6. Для дрібнозернистих бетонів, які готуються в циклічних змішувачах, внутрізамісовий коефіцієнт варіації міцності %м-3 повинен бути не більше 10% [32]. Для проведення випробувань на стирання виготовлялися зразки у формі куба з ребром завдовжки 70,7 мм. Старанність дрібнозернистого бетону визначалася по втраті маси зразка в віці 28 діб після того, як він піддався стираемого впливу на колі витирання ЛКИ-3 (рисунок 2.1). Рис. 2.1. Коло стирання типу ЛКИ -3 1 - диск, що стирає; 2 - випробовувані зразки; 3 - навантажувальний пристрій; 4 - лічильник обертів. Для визначення деформацій усадки застосовувався пристрій УБ-40, призначений для вимірювання деформації усадки цементних зразків розмірами 40x40x160 мм (рис, 2.2). 41 Ж Л Рис. 2.2. Схема пристрою УБ-40 1 - стійка; 2 - кронштейн; 3 - конусоподібний виступ; 4 - нижня опора; 5 - індикатор. Зразки тверднули при температурі + (18-22)°С і відносній вологості повітря 55-60%. Відлік показань проводився через добу, потім на 3, 7, 14 і 28 добу і далі раз в два тижні до тих пір, поки три послідовних вимірювань показували приріст деформацій, що не перевищує похибку вимірювання приладу. За результатами випробувань обчислювалися значення абсолютних деформацій Л/і(ї) в мм для кожного зразка. За абсолютним значенням деформацій обчислювалися відносні величини деформацій єфф - за формулою 2.5: £.(0 _ М (0 (2.5) /і де /і - база вимірювання деформацій, мм. Відносні деформації зразків приймалися в якості деформацій усадки єус0:). Показники пористості дрібнозернистого бетону визначали за результатами визначення їх щільності і водопоглинення. Рухливість бетонної суміші характеризувалася осадкою конуса. Осадку конуса оцінювали за результатами двох випробувань на різних пробах одного замісу як середньоарифметичне значення з них. 42 2 Щільність суміші дрібнозернистого бетону, р, г/см , характеризували відношенням маси ущільненої суміші до її об'єму: Рр == (2..6) де т - маса мірної посудини з бетонною сумішшю, г; т і - маса мірної посудини без суміші, г. 2.2.2 М атематичне планування і аналіз статистичної обробки результатів експерименту У роботі з метою отримання залежностей досліджуваних властивостей і процесів та їх аналізу використовувалося математичне планування експерименту. Проаналізовані двох- і трьохфакторні експерименти з використанням композиційних планів другого порядку, що дозволяють отримувати регресійні залежності виду: (2.7) де У - досліджувана властивість; © і , 0 у - коефіцієнти рівняння регресії; Хі-Хі - кодовані змінні. При проведенні двохфакторного експерименту використовувався двохфакторний трирівневий композиційний симетричний прямокутний план, кодова матриця якого представлена в таблиці 2.9. При проведенні трьохфакторного експерименту використовувався трьохфакторний трирівневий насичений план [31], кодова матриця якого представлена в таблиці 2.10. При проведенні експерименту для забезпечення достовірності результатів і зниження похибки, що допускається при вимірах, необхідно проводити п паралельних вимірювань в кожній точці плану. Число необхідних вимірювань залежить від прийнятого ступеня достовірності. У дослідженнях прийнята достовірна ймовірність 0,95, що відповідає 5%-му 43 рівню значущості, при якій досить провести 6 вимірювань. Тому в дослідженнях проводилося не менше 6 вимірювань в кожній точці плану. Таблиця 2.9. Кодова матриця двофакторного експерименту № досліду Код фактора Хі Код фактора Х2 1 -1 -1 2 1 -1 3 -1 1 4 1 1 5 -1 0 6 1 0 7 0 -1 8 0 1 9 0 0 Таблиця 2.10. Кодова матриця трьохфакторного експерименту № досліду Код фактора Хі Код фактора Х2 Код фактора Х3 1 -1 -1 -1 2 1 0 0 3 0 1 0 4 0 0 1 5 -1 1 1 6 1 -1 1 7 1 1 -1 8 -1 -1 1 9 -1 1 -1 10 1 -1 -1 44 Після проведення експериментів по заданому плану отримували значення відклику для кожного досліду, потім проводили статистичну обробку результатів експерименту. На першому етапі визначали дисперсію відтворюваності. Для цього за результатами п паралельних дослідів визначалося середнє арифметичне Уи за формулою 2.4. Далі розраховували дисперсію окремого досліду матриці плану по формулі 2.2. Так як матриця плану складається з серії дослідів, то дисперсія всього експерименту визначається з урахуванням дисперсії всіх дослідів плану, в яких проводилися паралельні досліди. У всіх точках плану проводилося однакове число повторних дослідів п, тому дисперсія відклику розраховувалася як середнє арифметичне дисперсій окремих дослідів матриці плану за формулою 2.8: Ь ; 5 2(у ) , л і _ , ( 2 . 8 ) N де N - число дослідів матриці. Дана формула справедлива, якщо всі дисперсії однорідні. Перевірка однорідності дисперсій проводиться за критерієм Кохрена. Для цього визначалася величина: 0 Р« ч= 5 р ц ( 2 9 ) Х*Г. п=і де Орасч - розрахункове значення критерію Кохрена; $тах " максимальне значення дисперсії; N - кількість точок в плані; п - кількість паралельних дослідів в одній точці плану. Розрахована за формулою 2.9 величина порівнюється з табличним значенням в-критерію [34], що приймається в залежності від заданої 45 ймовірності а= 0,05, числа ступенів свободи ґі=п-1 та кількості дослідів N. Ряд дисперсій вважається однорідним, якщо виконується умова: 0расч ^^табл (2 .10) На другому етапі вираховували коефіцієнти регресії і проводили регресійний аналіз отриманої моделі, який включав в себе три етапи [35]: - перевірку значущості коефіцієнтів регресії; - перевірку адекватності рівняння регресії; - перевірку інформаційної здатності рівняння регресії. Перевірка значущості проводилася для кожного коефіцієнта рівняння регресії порівнянням його абсолютної величини коефіцієнта з довірчим інтервалом, розрахованим за формулою: (2 .11) де 1; - табличне значення критерію Стьюдента; Бьі - дисперсія оцінок коефіцієнтів. Коефіцієнт вважається статично значущим, якщо його абсолютна величина більше довірчого інтервалу або дорівнює йому: \Ьі \ > А ЬІ, (2 .12) Якщо абсолютна величина коефіцієнта була менше його довірчого інтервалу, то він вважався незначним і виключався з рівняння регресії. Для перевірки адекватності та інформаційної здатності отриманого рівняння регресії обчислювали дисперсію адекватності за формулою: (2.13) де узксп, урасч - експериментальні і розрахункові значення відклику відповідно; ( к + 1 ) к і л ь к і с т ь значущих коефіцієнтів в рівнянні регресії. Далі визначали розрахункове значення критерію Фішера: 46 (2.14) Значення Ррозр порівнюється зі значенням Р - критерію для ступенів свободи, з якими визначалися 5 ^ і тобто fad= N -(k + l) , (2.15) fy= N - (т -1 ), (2.16) де N - загальна кількість експериментів в плані; п - число паралельних вимірювань в кожному досліді. У разі, якщо FpaC4 <F, то рівняння з ймовірністю р=1-а адекватно описує зміну досліджуваної властивості від параметрів, що задаються і його можна використовувати для вирішення технологічних задач. За результатами виконаного регресійного аналізу будували поверхні відкликів. 2.2.3 Аналіз результатів фізико-хімічними методами дослідження Структурні особливості дрібнозернистого бетону з МБМ визначали за допомогою растрового електронного мікроскопа (РЕМ) японської фірми JEOL JSM-6460LV, забезпеченого системою енергодисперсійного мікроаналізу Oxford INC A Energy. Технічні характеристики електронного мікроскопа представлені в таблиці 2.11. Таблиця 2.11. Технічні характеристики мікроскопа JEOL JSM-6460LV Характеристика, од. вим. Значення Збільшення від х5 до хЗОО 000 Розрішення, нм 6,0 Прискорювальна напруга, кВ від 0,3 до 30 кВ Катод вольфрамовий Максимальний розмір зразку до 200 мм в діаметрі 47 За допомогою зазначеного мікроскопа отримували візуальні фотографічні зображення мікроструктури відколу зразків цементного каменю. Рентгенофазовий аналіз (РФА) проводився для порівняння мінералогічних складів зразків дрібнозернистого бетону контрольного складу зі зразками дрібнозернистого бетону з МБМ. Для визначення фазового складу аналогічних зразків дрібнозернистого бетону застосовувався диференціально-термічний аналіз (ДТА). Рентгенівські дослідження проводилися на діфрактометре ДРОН-3 з модифікованою приставкою PDWin за таких умов: інтервал кутів 6-70°С, напруга на аноді рентгенівської трубки - ЗО кВт, сила струму через трубку - 20 мА, ширина вихідної щілини - 1 мм. Якісний аналіз результатів РФА полягав в порівнянні еталонних рентгенограм мінералів, що складають зразок, з фактичними рентгенограмами зразка. Диференційно-термічні дослідження проводили за допомогою дериватографа системи «Luxx STA 409» німецької фірми «Netsch». Швидкість підйому температури в печі - 10°С/хв., Максимальна температура нагріву - 1000°С. За втрату маси на отриманої диференціальної кривої в інтервалі температур 480-550°С, відповідних ендоефекту дегідратації Са(ОН)2, визначали вміст портландіта в цементному камені, виходячи з стехіометричного рівняння його розкладання: 74 18 Са(ОН)2 —» CaO + II20 (2.17) а де X - вміст Са(ОН)2 в цементному камені,%: 18 (2 .18) де а - втрати маси води при розкладанні Са(ОН)2. 48 2.3 Висновки до розділу 2 1. Для приготування дрібнозернистого бетону використовувалися місцеві сировинні компоненти: природний пісок, портландцемент марки 400. Як сучасна мікроармувальна добавка застосовувалися модифіковані базальтові мікроволокна, а пластифікувальні добавки - суперпластифікатор на основі ефірів полікарбоксілатів. 2. Для вивчення властивостей дрібнозернистого бетону і бетонної суміші використовували стандартні методи дослідження, які регламентуються ДСТУ. 3. Для дослідження мінералогічного складу і морфологічних особливостей мікроструктури цементного дрібнозернистого бетону використовувалися високоточні інструментальні методи досліджень - РЕМ, РФА та ДТА. 49 РОЗДІЛ 3. М ЕТОДИКА ДО СЛІДЖ ЕН Ь ТЕХН О ЛОГІЧНИ Х ВЛ АСТИВО СТЕЙ І СТРУКТУРН ИХ ОСОБЛИВОСТЕЙ М ОН О ЛІТН ОГО ДРІБН О ЗЕРН И СТО ГО БЕТО Н У З ДО БАВКАМ И В ЯКОСТІ ВИ СО КО ЕФ ЕКТИ ВН И Х РІШ ЕНЬ ДЛЯ ПІДЛОГ ПРО М И СЛО ВИ Х БУДІВЕЛЬ ЗЛ Дослідження властивостей монолітного дрібнозернистого бетону з використанням армувальних та модифікувальних добавок для влаш тування підлог ЗЛ Л Характеристики міцності дрібнозернистого бетону На першому етапі дослідження проводився порівняльний аналіз ефективності застосування базальтових волокон різного типу в монолітному дрібнозернистому бетоні. З цією метою визначалися міцності монолітних дрібнозернистих бетонів з модифікованими базальтовими мікроволокнами і використовуваними в будівельній практиці базальтовими волокнами ВБ 13- 12р. На формування структури цементних композицій з вмістом волокон істотну роль надає їх кількісний вміст в суміші [17, 18]. Тому експериментальні дослідження проводилися для визначення оптимального кількісного вмісту базальтових волокон різного виду в складі дрібнозернистого бетону. Відповідно до рекомендацій [ЗО] в якості контрольного складу (1к) прийнятий склад бетонної суміші без мікроволокон з цементно-піщаним відношенням по масі Ц:П = 1: 3,8 і водоцементним відношенням В/Ц = 0,5, забезпечує отримання суміші з маркою по рухливості ПК4, необхідної для прийнятої трубопровідної технології влаштування підлог промислових будівель. В інших досліджуваних складах варіїрували зміст базальтових волокон в межах від 0,2% до 1,2% з кроком 0,2%, дозуючи мікрофібру в відсотковому відношенні від маси в'яжучого. Водовміщення в бетонній суміші підбирали дослідним шляхом до встановлення рівної рухливості марки ПК4. 50 Приготування бетонної суміші здійснювалося в лабораторному змішувачі примусової дії, компоненти суміші завантажувалися в наступній послідовності: пісок, МБМ, цемент, вода замішування, перемішування здійснювалося протягом 120 с. Контрольними показниками прийняті межі міцності при вигині і стисканні зразків, випробуваних у віці 28 діб. вплив кількісного змісту базальтових волокон різного виду на міцність характеристики дрібнозернистого бетону представлено на рис. 3.1-3.2. Аналіз отриманих експериментальних даних показав, що найбільший приріст міцності дрібнозернистого бетону як при стисненні (34,7%), так і при вигині (100,7%) отриманий при утриманні МБМ в бетонній суміші в кількості 1% від маси цементу. При збільшенні вмісту МБМ до 1,2% спостерігається зниження міцних показників, крім того ускладнюється перемішування бетонної суміші, утворюються важкорозділяємі скупчення мікроволокон. Необхідно також зазначити, що збільшення дозування волокон підвищує водопотребу бетонної суміші. Характеристики міцності показників монолітного дрібнозернистого бетону з добавкою МБМ вище в порівнянні зі зразками з базальтовим волокном ВБ 13-12р. так, міцність на стиск збільшується на 4,5%, а міцність при вигині на 77,5%. На підставі отриманих даних можна зробити висновок про доцільності застосування базальтової мікрофібри, модифікованої вуглецевими наночастинками, як мікроармувального компонента монолітного дрібнозернистого бетону. У подальших дослідженнях максимальний зміст МБМ було прийнято в кількості 1% від маси цементу, як найбільш оптимальний для отримання монолітного дрібнозернистого бетону з підвищеною міцностю. На наступному етапі дослідження міцності монолітного дрібнозернистого бетону з МБМ вивчені із застосуванням трьохфакторного експерименту. Найбільш значимими факторами, що впливають на 51 % Рис. 3.1. Вплив кількості та виду базальтових волокон на межу міцності дрібнозернистого бетону при вигині: 1 - склади з МБМ; 2 - склади з базальтовим волокном ВБ 13-12р. % Рис. 3.2. Вплив кількості та виду базальтових волокон на межу міцності дрібнозернистого бетону при стисканні: 1 - склади з МБМ; 2 - склади з базальтовим волокном BF 13-12р 52 формування структури дрібнозернистого бетону, а, відповідно, на його міцності, прийняті: зміст МБМ від маси цементу, витрата добавки суперпластифікатора і фракційний склад піску. Введення суперпластифікатора «Штайнберг ОЯОБ-бЗМС» обумовлено необхідністю зниження водопотреби і поліпшення легкоукладальності суміші дрібнозернистого бетону при введенні мікроволокон. Рівні варіювання факторів приведені в табл. 3.1. Кодова матриця планування експерименту представлена в табл. 2.10. Таблиця 3.1. Рівні варіювання факторів аналізу експерименту в натуральних одиницях Рівень Х],%, (Зміст х 2,%, Х3, мм, варіювання МБМ) (витрата (фракційний суперпластифікатора) склад піску) 1 0 0 0,63-0 0 0,5 0,5 1,25-0 +1 1 + 1 2,5-0 Як відклики експерименту (У) прийняті наступні характеристики: - межа міцності дрібнозернистого бетону при вигині у віці 3, 7, 14 і 28 діб; - межа міцності дрібнозернистого бетону при стисканні у віці 3 ,7 , 14 і 28 діб; - кінетика набору міцності. За результатами визначення показників міцності зразків (табл. 3.2), розраховано коефіцієнти і складені рівняння регресії (3.1 - 3.8), а також побудовані графічні залежності відкликів від значень варійованих факторів (рис. 3.3 - 3.10). 53 Яизг, а) Яизг, б) Яизг, 10-2 ■ 2-4 ■ 4-6 ■ 6-8 Зміст МБМ,% Фракц. склад піску Рис. 3.3. Залежність міцності при вигині (МПа) у віці 3 доби твердіння дрібнозернистого бетону від вмісту МБМ, фракційного складу піску і витрати добавки суперпластифікатору: а - 0%; б - 0,5%; в - 1,0%. 54 Лизг, Лизг, Лизг, ■ 0-2 ■ 2-4 ■ 4-6 Зміст МБМ,% Фракц. склад піску Рис. 3.4. Залежність межі міцності при вигині (МПа) у віці 7 діб твердіння дрібнозернистого бетону від вмісту МБМ, фракційного складу піску і витрати добавки суперпластифікатору: а - 0%; б - 0,5%; в -1,0%. 55 в) Зміст МБМ,% Фракц. склад піску »8-Ю Я 6-8 » 4-6 ■ 2-4 Я 0-2 Рис. 3.5. Залежність межі міцності при вигині (МПа) у віці 14 діб твердіння дрібнозернистого бетону від вмісту МБМ, фракційного складу піску і витрати добавки суперпластифікатора: а - 0%; б - 0,5%; в - 1,0%. 56 а) Яизг, б) Яизг, в) Зміст МБМ,% Фракц. склад піску ■ 0-2 ■ 2-4 ■ 4-6 ■ 6-8 ■ 8-10 Рис. 3.6. Залежність межі міцності при вигині (МПа) у віці 28 діб твердіння дрібнозернистого бетону від вмісту МБМ, фракційного складу піску і витрати добавки суперпластифікатора: а - 0%; б - 0,5%; в -1,0%. 57 Ясж, М Па а) Ясж, б) Ясж, МПа 35 зо 25 20 15 в) Зміст МБМ,% Фракц. склад піску * 15-20 * 20-25 * 25-30 * 30-35 Рис. 3.7. Залежність межі міцності при стисненні (МПа) у віці 3 доби твердіння дрібнозернистого бетону від вмісту МБМ, фракційного складу піску і витрати добавки суперпластифікатору: а - 0%; б - 0,5%; в -1,0%. 58 Ясж, а) б) В) Зміст МБМ,% Фракц. склад піску ■ 30-35 к 25-30 ■ 20-25 ■ 15-20 Рис. 3.8. Залежність межі міцності при стисненні (МПа) у віці 7 діб твердіння дрібнозернистого бетону від вмісту МБМ, фракційного складу піску і витрати добавки суперпластифікатора: а - 0%; б - 0,5%; в - 1,0%. 59 Ясж, а) б) Іісж, в) Зміст МБМ,% Фракц. склад піску ■ 35-40 ■ 30-35 ■ 25-30 ■ 20-25 Рис. 3.9. Залежність межі міцності при стисненні (МПа) у віці 14 діб твердіння дрібнозернистого бетону від вмісту МБМ, фракційного складу піску і витрати добавки суперпластифікатору: а - 0%; б - 0,5%; в - 1,0%. Ясж, ІІСЖ, в) Зміст МБМ,% Фракц. склад піску В 35-40 ■ 30-35 .25-3° рис зло . Залежність межі міцності при стисненні (МПа) у віці 28 діб твердіння дрібнозернистого бетону від вмісту МБМ, фракційного складу піску і витрати добавки суперпластифікатора: а - 0%; б - 0,5%; в - 1,0%. 61 (3.1) (3.2) (3.3) (3.4) (3.5) де Яи3, Яи7, Яи14, Яи28 - межа міцності цементного дрібнозернистого бетону на вигин в віці 3, 7, 14, 28 діб; де Яст З , Яст 7 , ЯсТ 14 , Яст 28 - межа міцності цементного дрі•бнозернистого бетону на стиснення у віці 3, 7, 14, 28 діб. Динаміка перевищення міцності дрібнозернистого бетону при вигині Яізг в порівнянні з міцністю при стисканні Ист спостерігається на рис. 3.11. При збільшенні вмісту МБМ в монолітному дрібнозернистому бетоні до 0,5% від маси цементу міцності при стисненні і вигині збільшуються до 35 МПа і 7,1 МПа відповідно, що на 6 і 34% відповідно більше у порівнянні з зразками без МБМ. При збільшенні вмісту МБМ в монолітному дрібнозернистому бетоні з 0,5% до 1% від маси цементу міцності при стисненні і вигині збільшуються до 36,5 МПа і 8,3 МПа відповідно, що на 11 і 77% відповідно більше в порівнянні із зразками без модифікованих волокон. Аналіз отриманих даних показав, що при введенні модифікованих базальтових мікроволокон в бетонну суміш істотно підвищується межа міцності дрібнозернистого бетону при вигині і в меншій мірі межа міцності при стисканні. Залежність межі міцності при вигині від межі міцності при стисканні описується ступеневою залежністю виду: (3.9) 62 де а = 0,524 - для складів без МБМ; а = 0,607 - для складів з вмістом МБМ в кількості 0,5% від маси цементу; а = 0,713 - для складів з вмістом МБМ в кількості 1% від маси цементу. Таблиця 3.2. Результати аналізу визначення міцністних характеристик дрібнозернистого бетону № Границя міцності при вигині/ Границя Кінетика набору міцності, % від Я28 то міцності на стиснення, МПа, у віці : чок план 3 доби 7 діб 14 діб 28 діб 3 доби 7 діб 14 діб 28 діб 2.46 3,24 3,6 3,9 1 52,3 65,6 82,5 100 15,84 19,86 25,2 30,3 6,12 6,54 7,02 7,5 2 70,7 88,2 91,1 100 24,6 30,72 31.68 34,8 5,94 6,48 6,84 7,2 3 69,9 84,3 89,1 100 26,1 31.5 32,94 37,38 5,88 6,18 6,54 6,9 4 70,2 85,4 96,5 100 24,12 29,28 33,12 34,32 4,8 5,22 5,4 5,7 5 74,3 85,7 94,1 100 26,76 30.9 33.9 36,06 4,14 4,68 5,1 5,64 6 55 65,3 83,4 100 18,66 22,14 28,32 33,96 6,78 7,86 8,34 8,82 7 73,4 86,1 92,3 100 28,02 32,88 35,28 38,22 2,7 3,12 3,54 4,14 8 51,2 61,1 80,2 100 15,72 18,78 24,66 30,72 4,68 5,1 5,28 5.52 9 71,9 84,6 93,5 100 25,56 30,06 33,24 35.52 4,08 4,5 4,98 5.4 10 53.8 64,8 83,3 100 17.52 21.12 27,12 32,58 Виходячи з аналізу отриманих результатів, можна припустити, що при введенні модифікованих базальтових мікроволокон в бетонну суміш 63 прискорюються процеси структуроутворення цементного каменю, внаслідок чого підвищуються показники міцності дрібнозернистого бетону. Для визначення пористості зразків досліджуваних складів проаналізовані експериментальні дослідження відповідно до методики, викладеної в ГОСТ 12730.4-78. За результатами досліджень встановлено значення обсягів відкритих, умовно-закритих пір і повної пористості монолітного дрібнозернистого бетону (табл. 3.3). Таблиця 3.3.Пористість монолітного дрібнозернистого бетону досліджуваних складів Склад Середня Пористість,% густина, кг/м3 Об 'єм 0 6 'єм Загальний відкритих умовно обсяг пір, пір, П0. замкнутих Пп. пір, Пуз. Контрольний 2215 20,67 3,53 24,2 3 1% МБМ 2226 13,81 4,1 17,91 Примітка: бетони з 1% пластисЬікувальною добавкою «Штайнберг GROS- 63 МС» Згідно з представленими результатами пористість монолітного дрібнозернистого бетону з МБМ нижче, ніж у бетонів контрольного складу на 33,2%, що свідчить про ущільнення структури бетону. Таким чином, при введенні в бетонну суміш модифікованих наночастинками базальтових мікроволокон в кількості 1% від маси цементу підвищується міцність при вигині на 77% і забезпечується необхідна міцність на стиск (понад 30 МПа). Отримані дані були використані при подальших дослідженнях монолітного дрібнозернистого бетону з МБМ. 64 3.1.2 Стиранність монолітного дрібнозернистого бетону До покриттів промислових підлог пред'являються підвищені вимоги по стійкості до тертя, так як такі підлоги піддаються високим механічним навантаженням, що призводить до утворення пилу. Стираність монолітного дрібнозернистого бетону з МБМ була визначена в ході проведення трьохфакторного експерименту, описаного в п. 3.1.1. За результатами випробування зразків монолітного дрібнозернистого бетону на стираність (табл. 3.4) отримана регресійна залежність стирання монолітного дрібнозернистого бетону (3.10) і побудовані графічні залежності впливу розглянутих факторів на її значення (рис. 3.12-3.13). И = 0,59 - 0,06Х!2 + 0,12Х32- ОДХ, - 0,09Х2 + 0,02X ^2 (3.10) Як видно з рис. 3.12, значення стиранням монолітного дрібнозернистого бетону варіїруються від 0,852 г/см 2 до 0,386 г/см 2 і істотно залежать від вмісту в бетонній суміші МБМ і суперпластифікатора. При збільшенні вмісту модифікованих базальтових мікроволокон в суміші і добавки суперпластифікатора величина стирання знижується. Найменше значення стиранням, рівне 0,386 г/см , досягається в бетонах з вмістом МБМ і добавки суперпластифікатора в кількості 1% і крупності піску до 1,25 мм. На підставі отриманих даних можна зробити висновок про те, що при спільному впливі зазначених факторів формується щільна структура цементного каменю. На рис. 3.13 представлена динаміка зниження стираності монолітного дрібнозернистого бетону при підвищенні його міцності на стиск. Як видно з рис. 3.13, величина стирання зразків обернено пропорційна значенню міцності, що пояснюється впливом МБМ на ущільнення структури монолітного дрібнозернистого бетону. У равноміцних зразках визначальну роль в зниженні стиранням грає кількісний зміст модифікованих 65 , МПа Рис. 3.11. Динаміка відносного приросту міцності при вигині і при стиску дрібнозернистого бетону в віці 28 діб твердіння: 1 - склади без МБМ; 2 - склади з 0,5% МБМ; 3 - склади з 1% МБМ. ■ без добавки ■ 0,5% добавки ® 1% добавки % от мас цемента Рис. 3.12. Стираність дрібнозернистого бетону при різних змістах МБМ і добавки суперпластифікатора 66 мікроволокон в їх складі, що також побічно характеризує підвищення щільності структури при твердінні цементного каменю. У виробах для конструкцій, що працюють в умовах підвищеної інтенсивності руху, стираність дрібнозернистого бетону повинна відповідати марці за стиранням в і і бути не більше 0,7 г/см2. Крім цього стираність «малопильних» покриттів підлог повинна становити не більше 0,4 г/см“. Таким чином, аналіз отриманих результатів дозволяє стверджувати, що при введенні модифікованих базальтових мікроволокон оптимального дозування в дрібнозернистий бетон забезпечується отримання зносостійкого матеріалу, придатного для влаштування покриттів підлог виробничих приміщень. 3.1.3 Деформація усадки монолітного дрібнозернистого бетону Як відомо, бетони на основі портландцементу мають значну усадку при твердінні, що призводить до утворення усадочних тріщин. При твердненні монолітних конструкцій, зокрема монолітних покриттів підлог, особливо важливо знизити деформації усадки цементного композиту, так як утворення наскрізних або поверхневих тріщин в конструкції призводить до значного погіршення експлуатаційних характеристик покриття підлоги і, як наслідок, знижує його довговічність [36]. На усадку цементного каменю впливають різноманітні фактори, серед яких можна виділити: склад дрібнозернистого бетону і характеристики його компонентів (кількість і вид цементу, водозв’язуюче співвідношення І Т .Д .) , вологість довкілля, а також форма і розміри конструкційного елементу [37]. Відомо, що деформації усадки бетонів і розчинів, що мають в своєму складі армуючі волокна, значно менше аналогічного показника неармованих зразків [38]. Відповідно до проведених досліджень введення сталевої фібри дозволяє знизити деформацію усадки дісперсно-армованого бетону в 2 рази [37], а введення базальтових волокон - на 41% [22]. Зниження усадочних 67 деформацій цементних бетонів і розчинів сприяє збільшенню тріщиностійкості монолітних покриттів, виготовлених на їх основі. Значний інтерес представляє запобігання розвитку тріщин за допомогою модифікації матриці бетонів і розчинів вуглецевими нанотрубками (УНТ). Завдяки даним [25] УНТ виконують роль нанорозмірного армування, яке сприяє отриманню більш щільного цементного композиту, а зростання усадочних тріщин гальмується армувальним ефектом УНТ. Виходячи з вищевикладеного, можна припустити, що при введенні в дрібнозернистий бетон базальтових мікроволокон, модифікованих вуглецевими фулероїдними наночастинками, забезпечується отримання дрібнозернистого бетону з поліпшеними деформативними характеристиками. Тому далі було розглянуто вплив МБМ, введених в бетонну суміш, на розвиток і значення усадочних деформацій монолітного дрібнозернистого бетону. Вивчення характеру розвитку деформацій усадки монолітного дрібнозернистого бетону з МБМ проводили, варіїруючи зміст МБМ в межах 0-1% від маси цементу. Методика вимірювання деформацій викладена в п. 2.2.1. Останній відлік деформацій усадки проводився у віці 98 діб твердіння дрібнозернистого бетону, так як до зазначеного часу три послідовних вимірювання показували приріст деформацій, що не перевищує похибка приладу. Кінетика розвитку деформацій усадки монолітного дрібнозернистого бетону представлена на рис. 3.14. Зміна усадочних деформацій монолітного дрібнозернистого бетону залежно від змісту модифікованих мікроволокон представлена на рис. 3.15 і описується залежністю виду: є — 1,1 - 0,365Х - 0,205Х2 (3.11) де X - дозування МБМ в бетонній суміші, % від маси цементу. Як видно з результатів досліджень, усадочні деформації дрібнозернистого бетону з МБМ нижче на 56,2% усадочних деформацій 68 І?,». МПа Рис. 3.13. Динаміка зниження стираності дрібнозернистого бетону при збільшенні його міцності на стиск у віці 28 діб: 1 - склади без МБМ; 2 - склади з 0,5% МБМ; 3 - склади з 1% МБМ. твердения. Рис. 3.14. Кінетика усадочних деформацій дрібнозернистого бетону з мікроармувальними базальтовими волокнами: 1 - склади без МБМ; 2 - склади з ВБ 13-12р; 3 - склади з 1% МБМ. 69 зразків контрольного складу. Так, для дрібнозернистого бетону контрольного складу кінцева величина деформації усадки склала с = 1,26 мм/м, а модифікованого МБМ є = 0,53 мм/м при вмісті МБМ в кількості 1% від маси цементу. В цей час усадка зразків, дисперсно-армованих базальтовими волокнами BF 13-12р знизилася на 39,8%, На підставі отриманих даних можна зробити висновок про те, що МБМ в бетонній суміші виконують роль «компенсаторів напруг», що сприяє отриманню структури дрібнозернистого бетону, здатної протистояти діям усадочних деформацій. Однак для цементних сухих будівельних сумішей, призначених для влаштування підлогових покриттів, вимоги до значень деформацій усадки повинні бути не більше 1 мм/м. Положення зазначеного національного стандарту можуть бути застосовані і для цементного дрібнозернистого бетону. Таким чином, дрібнозернистий бетон з МБМ відповідає вказаній вимозі і може застосовуватися при влаштуванні монолітних підлог. Зменшення усадочної деформації бетонів з МБМ, а також підвищена міцність на розтяг при згині дозволяють прогнозувати зниження інтенсивності утворення усадочних тріщин при твердінні та підвищенні експлуатаційних характеристик бетонів монолітної підлоги. 3.2 Структурні особливості монолітного дрібнозернистого бетону з армувальними та модифікувальними добавками Для пояснення поліпшення фізико-механічних властивостей монолітного дрібнозернистого бетону з МБМ були проаналізовані проведені фізико-хімічні дослідження мікроструктури зразків монолітного дрібнозернистого бетону з МБМ і контрольного складу. Фотографії мікроструктури зразків монолітного дрібнозернистого бетону в марочному віці представлені на рис, 3.16-3.17. Знімки отримані з допомогою растрового електронного мікроскопа японської фірми JEOL JSM- 6460LV. 70 Як видно зі знімків (рис. 3.16), зразок контрольного складу характеризується неоднорідною структурою, наявністю значних пір і тріщин. У зразку спостерігаються гідратні утворення голчастого типу (рис. 3.16, б), характерні для високоосновних гідросилікатів кальцію типу СБН (II), і утворення портландіта у вигляді пластинок [39]. Фотографії мікроструктури монолітного дрібнозернистого бетону з МБМ представлені нарис. 3.17. Як видно з рис. 3.17, у зразків з добавкою МБМ щільніша і однорідна мікроструктура. Щільна контактна зона між базальтовим мікроволокном і цементним каменем (області 1 і 2) сприяє підвищенню адгезії з цементним каменем, що пояснює поліпшення фізико-механічних характеристик монолітного дрібнозернистого бетону з МБМ. Для розшифровки новоутворень цементного каменю на межі контакту з базальтовим мікроволокном за допомогою мікрозондування визначався елементний склад новоутворень. Рентгенограма цементного каменю в контактній зоні представлена на рис. 3.18. Елементний склад новоутворень в контактній зоні представлений в табл. 3.5. Для порівняння новоутворень цементного каменю аналогічні дослідження були проведені для цементної матриці (табл. 3.6). Таблиця 3.5. Елементний склад новоутворень на межі «базальтове мікроволокно-цементний камінь», % С О Мё А1 Бі Са Сума 6,23 58,73 0,87 0,54 4,52 28,93 99,82 Таблиця 3.6. Елементний склад новоутворень цементної матриці, % С О м ё А1 Бі Са Сума 2,3 60,63 0,7 0,6 4,9 30,58 99,71 71 Згідно з отриманими даними, в контактній зоні «модифіковане базальтове мікроволокно - цементний камінь» ідентифікуються гідросилікати і вуглецеві наночастинки. Аналогічні новоутворення присутні і в цементній матриці, проте кількість вуглецю зменшується в міру віддалення від контактної зони з мікроволокном. Проаналізовані проведені за допомогою РЕМ JEOL JSM-6460LV дослідження розподілу вуглецю в досліджуваних областях 1 і 2 (рис. 3.17, б). Дані за розподілом вуглецевих наночастинок в цементному камені наведені на рис. 3.19. За результатами аналізу досліджень наявність вуглецевих наночастинок виявлено, в основному, поблизу поверхні мікроволокон і кількість їх зменшується в міру віддалення від них. Дані електронної мікроскопії підтверджуються результатами проведених рентгенівських і диференціально-термічних досліджень. За результатами проведеного рентгенофазового аналізу отримані дифрактограми зразків монолітного дрібнозернистого бетону контрольного складу та складу з оптимальним вмістом МБМ. Зазначені дифрактограми представлені на рис. 3.20. За результатами аналізу дифрактограм в обох досліджуваних зразках дрібнозернистого бетону ідентифікуються дифракційні відображення залишкового кварцу (4,24; 3,34; 2,45; 2,28; 2,12; 1,97; 1,81; 1,54; 1,45; 1,38; 1,37 Â), гідратних утворень - портландіта (4,91; 3,11; 2,63; 1,93; 1,69; 1,485; 1,45 Â), високоосновних (CSH (II)) і низькоосновних (CSH (І)) гідросилікатів кальцію (ГСК). У зразку з оптимальним вмістом модифікованих мікроволокон відзначено збільшення інтенсивності піків Ca (ОН)2 (d/n = 4,91; 2,63; 1,92 Â), а також закристалізованості гідросилікатної фази, що вказує на підвищення ступеня гідратації цементу. Підвищення ступеня гідратації цементу пояснює раніше отримані результати, що свідчать про підвищені міцності зразків монолітного дрібнозернистого бетону з МБМ. Результати рентгенофазового аналізу зразків підтверджуються даними ДТА (рис. 3.21). 72 Рис. 3.15. Залежність усадочних деформацій дрібнозернистого бетону від змісту МБМ. а) б Рис. 3.16. Мікроструктура зразків дрібнозернистого бетону контрольного складу: а) при збільшенні х500; б) при збільшенні х2000. 73 а) б Рис. 3.17. Мікроструктура зразків дрібнозернистого бетону з 1% МБМ: а) при збільшенні х500; б) при збільшенні хЗООО. 0 0.5 1 1.5 Полна шкапа 721 ваш. Курсор: 0.000 Рис. 3.18. Рентгенограма цементного каменю в контактній зоні на межі з базальтовим мікроволокном С Ка1_2 С Каї Рис. 3.19. Розподіл вуглецевих наночастинок в цементному камені: а) область 1; б) область 2. 74 а) * і * п ** *» а» ** т а » » зг з* » ш *$ *г м т. щ & т м % т т ф - Са(ОН)2 о - Сз5бНб Ф - С5Н(1) о - С2АНЗ Ф - С5Н(ІІ) Ф - СзАНб Рис. 3.20. Дифрактограми зразків цементного каменю в віці 28 діб твердіння а - контрольний склад; б - склад з 1% МБМ. **»<* *«т. ї 75 ТГ. мВт мг Г ЗК50 0 770.1 С О 744,2 С -11,70 % -2,93 % 162.6 С 479 С .1 ,39% 121.6 С 100 200 400 500 600 0 700 Температура, С б) ТГ, ДСК, мВтмг Температура, С Рис. 3.21. Деріватограми зразків цементного каменю в віці 28 діб твердіння а - контрольний склад; б - склад з 1% МБМ. 76 На деріватограмах обох зразків цементного каменю, відібраного з дрібнозернистого бетону, екзоефекти при температурах 569°С відповідають перекристалізації залишків кварцу, який потрапив при підготовці проби. Ендоефекти при температурах 480°С і 484°С відповідають дегідратації портландіта. Ендоефекти при температурах 121,6°С і 744°С - в зразку контрольного складу та 130,7°С і 741,1 °С - в модифікованому зразку підтверджують наявність високоосновних ГСК типу СБН (II), а при температурах 162,6°С і 175,5°С в контрольному і модифікованому зразках відповідно - низькоосновних ГСК типу СБН (І). Як видно з деріватограм, втрати маси в зразках контрольного та модифікованого складів за рахунок видалення води при розкладанні Са(ОН)2 склали 1,72 і 2,38% , відповідно, ступінь гідратації цементу розраховувалася по стехіометричному рівнянню його розкладання, представленому в п. 2.2.4. У зразку контрольного складу зміст портландіта в пробі дорівнює 7,07%, дрібнозернистого бетону з М БМ - 9,78%. Це свідчить про збільшення ступеня гідратації в зразках монолітного дрібнозернистого бетону з МБМ , що також підтверджується збільшеним вмістом хімічно зв'язаної води, яке склало 12,7%, в той час як в зразку контрольного складу - 11,7%. Таким чином, при введенні модифікованих базальтових мікроволокон в бетонну суміш підвищується ступінь гідратації цементу, швидкість структуроутворення і формується більш щільна структура цементного каменю на контакті з мікроволокнами, що призводить до підвищення міцності дрібнозернистого бетону. 3.3 Рекомендовані склади монолітного дрібнозернистого бетону На підставі аналізу експериментальних даних для практичного застосування рекомендуються наступні склади монолітного дрібнозернистого бетону з модифікованими базальтовими мікроволокнами (табл. 3.6). 77 Бетонні суміші розроблених складів характеризуються середньою щільністю р = 2223-2231 кг/м3, водоутримувальною здатністю не менше 96%, розш аровуваність не більше 5%. Таблиця 3.6. Рекомендовані склади монолітного дрібнозернистого бетону (витрата матеріалів на 1 м3 бетонної суміші) № Цемент, Пісок, Вода Суперпластифікатор МБМ кг кг л В/Ц л % від Ц кг % від ц 1 439 1665 206 0,47 7,02 0,5 4,4 1 2 443 1681 186 0,42 14,17 1 4,4 1 Зазначені склади дозволяють отримати дрібнозернистий бетон з необхідною міцністю на стиск (понад ЗО МПа), підвищену міцність при вигині до 9 МПа, зниженою усадочною деформацією, міцністю зчеплення з основою Исц= 1 ,25 МПа, підвищеною зносостійкістю до 0,4 г/см , що дозволяє рекомендувати розроблений дрібнозернистий бетон для влаштування підлог промислових будівель зі значною інтенсивністю механічних впливів [40]. 3.4 Висновки до розділу З 1. Для мікроармування цементного каменю найбільш ефективними є базальтові мікроволокна, які модифіковані вуглецевими наночастинками. Встановлено, що оптимальний вміст МБМ в бетоні становить 1% від маси цементу. При введенні МБМ оптимального дозування в цементну суміш забезпечується підвищення міцності на стиск цементного каменю на 11%, міцності при вигині - на 77%. 78 3. При введенні модифікованих базальтових мікроволокон в бетонну суміш знижується відкрита пористість монолітного дрібнозернистого бетону на 33,2%. 4. При введенні МБМ спільно з добавкою суперпластифікатора в дрібнозернистий бетон забезпечується отримання зносостійкого матеріалу з стираністю менше 0,4 г/см . 5. Виявлено, що МБМ в бетонній суміші виконують роль додаткових центрів кристалізації новоутворень, забезпечуючи розвиток фібрилярної впорядкованої структури, що приводить до зниження усадочних деформацій цементного каменю. 6. В результаті дослідження мікроструктури цементного каменю встановлено, що цементний бетон з МБМ має однорідну структуру з щільною контактною зоною на межі «модифіковане базальтове мікроволокно - цементний камінь». 7. В результаті аналізу даних фізико-хімічних досліджень встановлено, що при введенні М БМ в бетонну суміш підвищується ступінь гідратації і швидкість структуроутворення цементного каменю, про що свідчить збільшення вмісту хімічно зв'язаної води на 12,7%. і підвищення піків гідрооксиду кальцію на рентгенограмі. 79 РОЗДІЛ 4 РЕЗУЛЬТАТИ АН АЛІЗУ ДО СЛ ІДЖ ЕН Ь ТА ТЕХНОЛОГІЯ ВИКОН АН Н Я РОБІТ ПО ВЛАШ ТУВАН Н Ю ПІДЛОГИ З ДРІБН О ЗЕРН И СТО ГО БЕТОНУ 4Л Дослідження технологічних схем приготування бетонної суміші з армувальними та модифікувальними добавками. За результатами аналізу експериментальних досліджень, які представлені в 3-му розділі, при введенні М БМ до складу монолітного дрібнозернистого бетону на мікро- і нанорівнях, формується більш щільна структура цементного каменю, внаслідок чого істотно зменшуються усадочні деформації, підвищ уються міцність при вигині, трещіно- і зносостійкість дрібнозернистого бетону. Однак при виготовленні бетонної суміші в змішувачах виникають технологічні труднощі з поділом М БМ в цементному тісті і рівномірному їх розподілі в обсязі готуємої суміші (рис. 3.17, а). Для підвищ ення однорідності структури і експлуатаційних показників монолітного дрібнозернистого бетону при влаштуванні підлог необхідно розробити технологію його приготування, що забезпечує більш рівномірне розподілення модифікованих базальтових мікроволокон в обсязі суміші. Для виріш ення даного завдання проведені дослідження різних технологічних схем з селективним приготуванням бетонної суміші з МБМ. Так як на однорідність розподілу волокон в суміші впливає послідовність завантаження компонентів [10] і спосіб їх перемішування, то при проведенні експериментальних досліджень були розглянуті наступні чотири схеми приготування цементного дрібнозернистого бетону (див. табл. 4.1): 1 - введення М БМ в попередньо приготовану суміш дрібнозернистого бетону; 2 - введення М БМ у попередньо приготовану суспензію з цементу, пластифікувальної добавки і води з подальшим введенням піску; 80 3 - введення М БМ в суху суміш цементу і піску, перемішування до отримання однорідної маси сухих компонентів і подальше затворення їх водою; 4 - попереднє розділення базальтових мікроволокон у водному розчині з суперпластифікатором «Ш тайнберг вІЮ Б-бЗМ С » з подальшим введенням отриманої дисперсії в окремо приготовлену частково затворену водою бетонну суміш. Таблиця 4.1. Технологічні прийоми готування бетонної суміші з М БМ № зтапа приготовленім Схема 1 Схема 2 Схема 3 Схема 4 1 ц+п+в+д ц+в+д ц+п Ц+П+В* з МБМ МБМ МБМ МБМ+В+Д** 3 - П В+Д 1+2 Примітка: Ц - цемент; П - пісок; В - вода; Д - добавка (суперпластифікатор); М БМ - модифіковане базальтове мікроволокно; * - бетонна суміш, зачинена з 70% водою замішування; ** - попереднє розділення М БМ у водному розчині з суперпластифікатором. Блок-схема аналізу експериментальних досліджень представлена на рис. 4.1. 81 Вий робу пан ня іраікі піці 28 д іб на міцпісі при стисненні і нигиі С/ А Ч М і й М М Д ЯІ Р Рис. 4.1. Блок-схема аналізу експериментальних досліджень технологічних схем приготування бетонних сумішей. При проведенні досліджень прийнятий склад бетонної суміші 1: 3 при В/Ц = 0,42, розглянутий в попередньому розділі, що забезпечує отримання суміші з маркою по рухливості ПК4, необхідної для прийнятої трубопровідної технології влаштування підлог промислових будівель. В бетонну суміш вводилися М БМ в кількості 1% від маси цементу, а також суперпластифікатор «Ш тайнберг ОЯОБ-бЗМС». З робіт [26, 28] відомо, що спільна дія зазначеного суперпластифікатора і вуглецевих наночастинок призводить до додаткового ущільнення структури цементного каменю гідросилікатами кальцію, отже, в подальшому можна припустити ще більше збільш ення міцності дрібнозернистого бетону. 82 Якість переміш ування суміші дрібнозернистого бетону оцінювалося за двома критеріями: однорідність свіжоприготованої бетонної суміші і однорідність фізико-механічних характеристик затверділого дрібнозернистого бетону. Однорідність свіжоприготованої бетонної суміші оцінювалася візуально по наявності нерозпавшихся «пучків» мікроволокон. Ефективність поділу М БМ встановлювалася за наявністю скупчень мікроволокон на просвіт через предметне скло. Однорідність міцності дрібнозернистого бетону оцінювалася по внутрізамісовим коефіцієнтам варіації меж міцності при стисненні і вигині. Внутрізамісовий коефіцієнт варіації міцності визначався за формулою 2.1. По кожній технологічній схемі приготування сумішей формовані 6 серій зразків. Зразки тверднули в нормальних умовах, потім у віці 28 доби були випробувані на міцність при стисненні і вигині. Згідно [32] внутрізамісовий коефіцієнт варіації міцності Увн.3. для бетонів повинен бути не більше 10%. За першою схемою перемішування компонентів здійснювали протягом 15 хв. модифіковані базальтові мікроволокна вводилися в готову бетонну суміш. При приготуванні за даною схемою базальтові мікроволокна нерівномірно розподілялися в бетонній суміші, скупчення волокон обволокувалися сумішшю, не розпадаючись на окремі мікроволокна. Бетон, приготовлений відповідно до даної схеми, характеризується низькими показниками міцності (табл. 4.2) порівняно з показниками бетонів, приготованих за іншими схемами. За другою схемою в приготовлену цементну суспензію вводилися МБМ, після чого завантажувався пісок. При цьому вдалося домогтися більш однорідного розподілу модифікованих мікроволокон. Це сприяло збільшенню міцності дрібнозернистого бетону (табл. 4.2) і може бути пов'язане з більш тривалим перебуванням волокна під механічним впливом лопатей зміш увача, а також витираючим впливом частинок піску на 83 скупчення мікроволокон. При виготовленні бетонної суміші по третій схемі відзначено підвищ ення міцних показників дрібнозернистого бетону в порівнянні з показниками зразків попередніх схем, що свідчить про більш рівномірному розподілі мікроволокон в суміші. Ймовірно, мікроволокна перебували тривалий час під витираючим впливом сухих компонентів суміші, що і вплинуло на їх більш рівномірний розподіл. Однак при візуальній оцінці проб бетонної суміші були виявлені скупчення волокон, що не розпалися. Також істотним недоліком даної технологічної схеми є значне запилювання в процесі змішування сухих компонентів. Таблиця 4.2. Ф ізико-механічні характеристики монолітних дрібнозернистих бетонів з МБМ , приготованих з використанням різних технологічних прийомів № М ежа Коефіцієнт М ежа Коефіцієнт схеми міцності при варіації, міцності при варіації, приготування вигині, у ізг,% стисненні, У ст,% Я і з Г, М Па Яст, М Па 1 6,9 10,7 37,7 12,3 2 7,3 9,3 37,8 11,2 3 8,8 7,6 39,1 7,9 4 11,5 5,8 39,7 6,5 За четвертою схемою приготування дрібнозернистого бетону зводилося до двох стадій. На першій стадії окремо приготовувалася розчинова суміш з 70% води заміш ування, а паралельно проводився поділ модифікованих 84 мікроволокон в водному розчині з суперпластифікатором «Ш тайнберг GROS- 63М С». Отримана дисперсія вводилася в приготовлену суміш дрібнозернистого бетону, потім проводилося традиційне перемішування компонентів в змішувачі. Аналізуючи результати випробувань, представлених в табл. 4.2, можна зробити висновок про те, що при попередньому поділі М БМ з частковим об'ємом води замішування і суперпластифікатором підвищуються міцнісні характеристики цементного каменю і їх однорідність. М ежа міцності при вигині монолітного дрібнозернистого бетону з М БМ , приготованого за четвертою технологічною схемою, в порівнянні з аналогічними показниками зразків, приготованих по першій, другій і третій схемами, вище на 66,6%, 57,5% і 30,7%, відповідно. Коефіцієнт варіації межі міцності при вигині при останній схемі дорівнює 5,8. Це свідчить про однорідність міцності дрібнозернистого бетону і дозволяє зробити висновок про більш рівномірний розподіл модифікованих мікроволокон в бетонній суміші. Коефіцієнт варіації міцності при стисненні знизився з 12,3 до 6,5%, а міцності при вигині з 10,7 до 5,8%, що свідчить про підвищення однорідності параметрів якості дрібнозернистого бетону і більш рівномірному розподілі М БМ в бетонній суміші в порівнянні з технологією традиційного зміш ування компонентів. Таким чином, в подальших дослідженнях при приготуванні бетонної суміші з М БМ попередньо проводили поділ модифікованих мікроволокон у водному середовищ і з суперпластифікатором. 4.2 Дослідження технологічних прийомів поділу М БМ З отриманих результатів досліджень (п. 4.1) випливає, що для поділу базальтових мікроволокон і рівномірного їх розподілу в бетонній суміші потрібно застосування спеціальних технологічних прийомів. Тому на наступному етапі дослідження для ще більшого підвищення ефективності поділу М БМ і рівномірного їх розподілу в бетонній суміші 85 застосовувалися спеціальні технології: поділ волокон ультразвуком і поділ механічним способом шляхом створення високих градієнтів швидкостей компонентів в суспензії води з мікроволокнами. Поділ модифікованих базальтових мікроволокон проводився за допомогою ультразвукового диспергатора УЗД2-0Д/22 з вихідною потужністю 100 Вт і робочою частотою 22 кГц. Лабораторна установка для ультразвукового поділу волокон складається з ультразвукового генератора У ЗГІЗ-0,1/22 і ультразвукової стрижневої п'єзокерамічної коливальні системи ПП 1-0,063/22. Ультразвуковий генератор перетворює електричну енергію в енергію ультразвукової частоти. Коливальна система перетворює енергію ультразвуку в механічну, що випромінює хвилевід, в свою чергу, передає її в рідину, викликаючи в ній кавітаційний процес. Поділ волокон механічним способом виконувалося з використанням високошвидкісного роторного дезінтегратора погружного типу ІКА Т 65 Б Ц ЬТІІА -ТиіІК А Х . При поділі мікроволокон дезінтегратором зазначеного типу матеріали проходять через робочу головку диспергуючого елемента, леза ротора обертаються на високій швидкості (більше 2000 об./хв.), в результаті чого мікроволокна піднімаються з дна ємності і засмоктую ться в центр робочої головки диспергую чого елемента, після чого в зазорі між кінцями лез ротора і стінкою статора волокна поділяються. Потім матеріал проходить додатковий поділ через отвори в статорі і направляється з великою швидкістю до стінок ємності. Одночасно необроблений матеріал з дна ємності безперервно засмоктується в головку. Таким чином, забезпечується постійний цикл змішування. Зазначеними способами попередньо проводилося поділ М БМ в воді замішування з суперпластифікатором «Ш тайнберг ОЯОБ-бЗМ С», після чого отримана дисперсія в необхідній кількості вводилася в частково затвореною водою бетонну суміш. Вихідні склади дисперсій, оброблювані різними способами, представлені в табл. 4.3. 86 Таблиця 4.3. Склади оброблюваних дисперсій з МБМ М етод поділу вода, мл концентрація МБМ, г волокон М БМ, % Ультразвуковий 1000 4 40 М еханічний 1000 10 100 Зміст М БМ в суспензії, що обробляється механічним способом високош видкісним дезінтегратором, збільшено в порівнянні з кількістю мікроволокон в суспензії, що обробляється ультразвуком. Це зв'язано з тим що ефективність кавітаційного процесу при ультразвуковій обробці рідини безпосередньо залежить від в'язкості системи, тому ультразвукова обробка ефективна в системах з малим об'ємним вмістом твердих речовин [41]. При проведенні досліджень у всіх складах бетонів цементно-піщане і водо-цементне відношення прийнято постійним, а зміст М БМ в бетонній суміші збільш увався з кроком 0,2% від маси цементу (табл. 4.4). Таблиця 4.4. Склади бетонних сумішей № ц , п , в /ц Суперпластифікатор, МБМ, % складу частин частин % від маси від маси в'яжучого в'яжучого 1 1 3,8 0,42 1 0 2 1 3,8 0, 42 1 0,2 3 1 3,8 0,42 1 0,4 4 1 3,8 0,42 1 0,6 5 1 3,8 0,42 1 0,8 6 1 3,8 0,42 1 1 7 1 3,8 0,42 1 1,2 87 Вихідні матеріали (вода замішування, суперпластифікатор, МБМ ) поміщали в ємність, після чого проводився поділ мікроволокон розглянутими способами, в ході якого велося спостереження за наявністю в оброблюваній рідині скупчень мікроволокон. Для цього в інтервалі 5 хвилин відбиралася проба матеріалу, і на просвіт через предметне скло оцінювалася наявність нерозпавшихся пучків волокон. Обробка рідини припинялася в той момент, коли візуально відсутні скупчення мікроволокон. Отримані дані спостережень реєструвалися в журналі. Далі отримана дисперсія в необхідній кількості вводилася в частково затворену водою бетонну суміш, і перемішування суміші дрібнозернистого бетону тривало традиційним способом в лабораторному змішувачі примусової дії. З приготовленої суміші дрібнозернистого бетону формувалися 3 серії зразків призматичного перетину розміром 40 х 40 х 160 мм. оцінка ефективності поділу волокон і рівномірності їх розподілу в бетонній суміші здійснювалася за досягнутими значеннями межі міцності при вигині бетонних зразків в віці 28 діб тверднення (рис. 4.2). Загальний час поділу мікроволокон ультразвуком склало ЗО хвилин. Після закінчення зазначеного часу візуально не спостерігалося скупчень МБМ. Однак суспензія після обробки ультразвуком нагрівалася, що вимагало додаткових трудовитрат для охолодження рідини перед введенням її в бетонну суміш. Час поділу мікроволокон механічним способом склало 10 хвилин при швидкості обертання ротора 10 000 об/хв. Аналізуючи результати випробувань бетонних зразків на міцність при вигині (рис. 4.2) можна зробити висновок про те, що механічне розділення базальтових мікроволокон під впливом високих ш видкостей є найбільш ефективним. М аксимальне збільшення міцності склало 64,1% в складах з вмістом мікроволокон 1% від маси цементу в порівнянні з міцністю контрольних зразків без вмісту модифікованих мікроволокон. Максимальний приріст міцності зразків, приготованих з введенням МБМ , розділених ультразвуком, склав 34,9% в порівнянні з міцністю контрольних зразків. 88 % Рис. 4.2. Залежність міцності при вигині дрібнозернистого бетону від дозування М БМ в суміші і способу поділу волокон: 1 - поділ волокон ультразвуком; 2 - механічне розділення. 15 швидк.руху ротора Зміст МБМ обертів/хв.. Рис. 4.3. Вплив концентрації М БМ в дисперсії і швидкості обертів ротора при часу обробки Ідисп = 15 хв. на міцність зразків при вигині. 89 Крім того, час, витрачений на поділ модифікованих мікроволокон в рідкому середовищі ротором високошвидкісного дезінтегратора, в 3 рази менше часу, витраченого при поділі М БМ ультразвуком. Від ефективності поділу мікроволокон залежить рівномірність їх розподілу в суміші дрібнозернистого бетону, і, як наслідок, міцності затверділого монолітного бетону. Збільшення міцності показників цементного дрібнозернистого бетону, приготованого з попереднім поділом М БМ механічним методом, свідчить про більш рівномірний їх розподіл в бетонній суміші і, відповідно, однорідній структурі дрібнозернистого бетону. Однак зазначених даних недостатньо для прогнозування ефективності поділу модифікованих мікроволокон в рідкому середовищі, так як на ефективність розділення впливають безліч факторів: швидкість обертання ротора, в'язкість системи, час обробки, кількість і вид зміш уючих компонентів і т.д. Для вирішення завдання прогнозування ефективності поділу М БМ високош видкісним роторним дезінтегратором і визначення оптимального режиму його роботи був проведений трьохфакторний експеримент, в ході якого дисперсія з різною концентрацією М БМ оброблялася різну кількість часу з варіїруємою швидкістю обертання ротора. Виходячи з вищевикладеного, найбільш значимими факторами, що впливають на ефективність розділення волокон, прийняті: X] - концентрація М БМ в оброблюваній дисперсії: 5; 10; 15%; Х 2 - час обробки, (дИСП.: 5; 10; 15 хв.; Х 3 - ш видкість обертання ротора, об./хв.: 2000; 6000, 10000 об./хв. Відкликом експерименту послужила межа міцності при вигині бетонних зразків: У - межа міцності монолітного дрібнозернистого бетону при вигині, МПа. При проведенні досліджень використовувався склад бетонної суміші № 6 (табл. 4.4) з максимальним приростом міцності по відношенню до інших складів. Для виконання кожної точки плану формували три серії зразків призматичного перетину розміром 40x40x160мм. За отриманими результатами експерименту (табл. 4.5) складено рівняння регресії (4.1) і 90 побудований графік залежності відклику від значень варіїрованих факторів (рис. 4.3). Таблиця 4.5. Вплив розглянутих факторів на межу міцності зразків при вигині Фактори М ежа міцності Концентрація М БМ Час обробки Ш видкість зразків в дисперсії, % дисперсії, хв. обертання ротора, при об./хв. вигині, код величина код величина код величина М Па -1 5 -1 5 -1 2000 6,4 1 15 0 10 0 6000 10,3 0 10 1 15 0 6000 8,3 0 10 0 10 1 10000 8,4 -1 5 1 15 1 10000 7,4 1 15 -1 5 1 10000 10,9 1 15 1 15 -1 2000 9,9 -1 5 -1 5 1 10000 6,96 -1 5 1 15 -1 2000 6,18 1 15 -1 5 -1 2000 8,58 К - т г 28 = 7,53 + 0,79ХГ + 0.3 7Х22 + 1,93Х, + 0,44Х3 + 0,рХ3 + 0,39Х,Х3 + • 0-46Х.Х; (4.1) М аксимальне значення межі міцності при вигині склало 12,9 М Па при концентрації М БМ в дисперсії в кількості 15% і поділі волокон ротором протягом 15 хвилин при максимальній швидкості обертання ротора. Найменше значення межі міцності склало 5,9 М Па в складах, приготованих з використанням дисперсії, що містить 5% МБМ , і обробки її протягом 10 91 хвилин зі ш видкістю обертання ротора 2000 об / хв. За результатами аналізу експериментальних досліджень встановлено, що на величину межі міцності при вигині монолітного дрібнозернистого бетону з М БМ значний вплив робить ш видкість обертів ротора і концентрація М БМ в дисперсії. У меншій мірі впливає час обробки дисперсії. При збільшенні швидкості обертання ротора і часу обробки дисперсії межа міцності при вигині зразків, виготовлених із застосуванням зазначеної дисперсії, підвищується. Ймовірно, збільшення міцності пов'язано з підвищеною ефективністю поділу мікроволокон, і, як наслідок, більш рівномірним їх розподілом в обсязі бетонної суміші. При низьких швидкостях обертання ротора (2000 об./хв.) і малому часу обробки дисперсії (5 хв.) спостерігалися скупчення мікроволокон, що не розпалися, та які нерівномірно розподілялися в обсязі бетонної суміші, що було причиною зниження міцності затверділого дрібнозернистого бетону. Таким чином, оптимальним режимом поділу мікроволокон механічним способом є: концентрація М БМ в дисперсії - 15%, час обробки 1дисп = 15 хв. і швидкість обертання ротора 10000 об./хв. 4.3 Дослідження технологічних режимів приготування бетонної суміші в зміш увачах різних типів П риготування бетонної суміші в технологічному процесі влаштування монолітної підлоги доцільно проводити в циклічному змішувачі [9,40]. Для вибору типу циклічного змішувача, що забезпечує процес приготування бетонної суміші з М БМ з найбільшою продуктивністю, найменшою трудомісткістю, а також однорідністю готуємої суміші, проведені дослідження технологічних режимів у виробничих умовах з використанням змішувачів різного типу (рис. 4.4). досліджувалося вплив способу завантаження і складу дрібнозернистого бетону на міцність при вигині і коефіцієнт варіації міцності. На підставі попередніх досліджень для 92 приготування монолітного дрібнозернистого бетону з М БМ були обрані змішувачі примусового і роторного високошвидкісного типів. Змішувач гравітаційного типу не розглядався, так як для приготування монолітного дрібнозернистого бетону з модифікованими мікроволокнами застосування змішувача даного типу є недоцільним через низьку продуктивність. Приготування бетонних сумішей здійснювалося за такими схемами завантаження вихідних компонентів: почергової (цемент-пісок-70% води заміш ування-М БМ з частиною води замішування і суперпластифікатором) і одночасної. Технічні характеристики застосовуваних зміш увачів представлені в табл. 4.6. При проведенні експериментальних досліджень прийнятий склад бетонної суміші 1:3 (Ц:П) при В/Ц =0,42. В бетонну суміш вводилися М БМ в кількості 1% від маси цементу, а також суперпластифікатор «Ш тайнберг 0Я 08 -6 3 М С » в кількості 1% від маси цементу. Оцінка приросту міцності при вигині здійснювалася порівнянням показників меж міцності при вигині зразків монолітного дрібнозернистого бетону з М БМ зі зразками контрольного складу, що не містять МБМ. О бсяг кожного замісу при виготовленні бетонної суміші в досліджуваних зміш увачах становив 80 л. Кількість замісів на кожен спосіб завантаження в окремому типі зміш увача прийнято рівним шести. Після вивантаження бетонної суміші формувалися три серії зразків (по три зразка в серії) призматичного перетину розміром 40x40x160 мм. Зразки у віці 28 діб нормального твердіння випробовувалися на вигин, після чого для кожного способу завантаження обчислювалася межа міцності при вигині і його коефіцієнт варіації. 93 Поділ МБМмеханічним способом Завантаження вихідних компонентів бетонної суміші Послідовна } Змішувач примусового Роторний І дії високошвидкісний змішувач Перем ішування \/ Вивантаження V Формування зразків для випробування на міцність при згині У У Оцінка технологічних параметрів приготування бетонної суміші та міцності V Аналіз отриманих даних. Висновки ■ ■■■■■■■" . Рис. 4.4. Блок-схема аналізу експериментальних досліджень технологічних режимів приготування суміші 94 Таблиця 4.6 - Технічні характеристики досліджуваних змішувачів Тип М арка М істкість по Об 'єм Частота змішувача зміш увача завантаженню, готового обертання л замісу, л лопатевого вала (ротора), об/хв. Примусовий Скаут 120 120 80 46 МІНІ Роторний СБ 133 А 100 80 500 Результати досліджень щодо впливу способу завантаження компонентів та складу дрібнозернистого бетону на міцність при вигині і коефіцієнт варіації міцності представлені в табл. 4.7. Таблиця 4.7. Результати випробувань бетонів, приготованих в змішувачах різного типу Тип Спосіб М іцність при Коефіцієнт змішувача завантаження вигині, М Па варіації міцності, компонентів У,% контрольний з 1 % контрольний з 1 % М БМ М БМ примусовий почерговий 7,6 10,2 7,3 6,5 одночасний 7 9,1 10,1 9,8 роторний почерговий 7,8 11,5 6,3 5,6 одночасний 7,2 10,7 7,4 6,2 Примітка: бетони з 1% «Ш тайнберг ОІЮ 8-63М С» 95 Аналізуючи результати експерименту (табл. 4.7), можна зробити висновок про те, що при виготовленні бетонної суміші в високошвидкісному роторному зміш увачі почерговим способом завантаження компонентів підвищується її однорідність, а дрібнозернистий бетон характеризується високою межею міцності при вигині (11,5 МПа) і низьким коефіцієнтом варіації міцності (5,6%). Отже, яким чином будуть завантажуватися і перемішування компонентів в змішувачі впливає на рівномірність розподілу модифікованих базальтових мікроволокон в бетонній суміші. Час переміш ування компонентів в роторному високошвидкісному змішувачі при почерговому завантаженні склало 40 сек, а при одночасному - 60 сек. При одночасному завантаженні різке падіння великої маси сухих компонентів зупиняло обертання робочого органу змішувача. Дрібнозернистий бетон, приготований в зміш увачі примусової дії, також характеризується високою міцністю і однорідністю міцності, однак зазначені показники нижче показників зразків, приготованих в роторному змішувачі. Найбільш е значення межі міцності при вигині склало 10,2 М Па в складах, приготованих почерговим способом завантаження вихідних компонентів. П ідвищ ення міцності зразків, виготовлених з суміші, приготовленої в роторному зміш увачі, ймовірно, пов'язано зі значно більшою швидкістю обертання ротора зміш увача в порівнянні зі ш видкістю обертання лопатей примусового змішувача, отже, кінетична енергія переміщ уємих частинок матеріалів значно вище, що сприяє інтенсивному процесу перемішування. Таким чином, висока швидкість турбулентного потоку сприяє рівномірному розподілу модифікованих мікроволокон в суміші. Час переміш ування компонентів в зміш увачі примусової дії при почерговому завантаженні склало 250 с, а при одночасному - 300 с. Ефективність роторного високош видкісного перемішування компонентів суміші дрібнозернистого бетону характерна для бетонних зразків, що містять МБМ. При відсутності М БМ роторне перемішування 96 практично не робить істотного впливу на підвищ ення міцності. Міцність зразків контрольного складу, приготованих в роторному змішувачі, практично не відрізняється від міцності аналогічних зразків, приготованих в змішувачі примусової дії, що ще раз доводить визначальну роль модифікованих мікроволокон в підвищенні міцності. Для розглянутих зміш увачів послідовний спосіб завантаження компонентів краще, так як зразки, що виготовляються характеризуються найбільшою однорідністю міцності, а тривалість переміш ування компонентів мінімальна, тому в подальших дослідженнях одночасне завантаження вихідних компонентів не застосовувалося. В ході проведення експерименту оцінювалися також наступні технологічні параметри обладнання: тривалість одного замісу, хв., продуктивність приготування суміші, м3/год., і трудомісткість, маш./год. (табл. 4.8). Таблиця 4.8. Технологічні параметри приготування суміші в змішувачах різного типу Тип Спосіб Тривалість П родуктивність Трудоміст змішувача завантаження циклу одного , м3/год. кість компонентів замісу, хв. приготування, маш.-год. Приму почерговий 5 0,98 1,02 совий одночасний 5,5 0,89 1,12 Роторний почерговий 1,2 3,75 0,27 одночасний 1,5 2,98 0,33 Приготування бетонної суміші з М БМ в роторному змішувачі більш продуктивно, ніж в змішувачі примусової дії внаслідок більш короткого часу переміш ування компонентів. Крім того, трудомісткість приготування суміші 97 в роторному зміш увачі в середньому нижче на 72% в порівнянні з трудомісткістю приготування в змішувачі примусової дії. Таким чином, тип зміш увача і черговість завантаження компонентів впливають на продуктивність і ефективність приготування бетонної суміші. Роторний високош видкісний змішувач краще в порівнянні з примусовим, так як найбільш продуктивний, крім того, високі оберти обертання робочого органу роторного зміш увача забезпечують більш рівномірний розподіл базальтових мікроволокон в бетонній суміші, що відображається на однорідності міцності дрібнозернистого бетону. Тому в подальших дослідженнях було розглянуто приготування бетонної суміші з М БМ в роторному змішувачі. Згідно з аналізом літературних даних, при роторному високошвидкісному перемішуванні дрібнозернистого бетону підвищується її рухливість і прискорюється процес гідратації цементу [8, 40]. Для визначення впливу приготування дрібнозернистого бетону з М БМ на зміну її рухливості і значення міцності дрібнозернистого бетону при вигині проведено двофакторний експеримент. В ході проведення експерименту бетонні суміші різного складу готувалися при різній швидкості перемішування компонентів тривалістю 20 с, 40 с, 60 с. Блок-схема експериментальних досліджень представлена на рис. 4.5. Як варіїрувані фактори прийняті: X! - В/Ц бетонної суміші: 0,5; 0,45; 0,4; Х2 - тривалість переміш ування компонентів суміші дрібнозернистого бетону в роторному змішувачі: 20 с; 40 с; 60 с. Як відгуки визначені: У ] - зміна рухливості бетонної суміші, приготовленої в роторному (турбулентному) змішувачі, в порівнянні з рухливістю суміші, приготовленої в змішувачі примусової дії; У 2, Уз, У 4, У 5 - межа міцності при вигині зразків у віці 1, 3, 7, 28 діб тверднення відповідно. 98 Поділ МБМ механічним способом V ■'ІГ Аналіз отриманих даних. Висновки Рис. 4.5. Блок схема аналізу експериментальних досліджень впливу приготування суміші з дрібнозернистого бетону в роторному змішувачі 99 Для приготування бетонної суміші з М БМ застосовувався циклічний пересувний високош видкісний роторний змішувач СБ-133А, схема якого наведена на рис. 4.6. Основні технічні характеристики зміш увача СБ-133А представлені в табл. 4.9. Таблиця 4.9. Технічні характеристики роторного зміш увача СБ-133А Характеристика, од. вим. Значення М істкість по завантаженню , л 100 Обсяг готового замісу, л 80 Кількість обертів, об./хв.. 500 М аксимальна крупність фракцій заповнювача, мм 40 Потужність електродвигуна, кВт 4,0 Напруга, В 380 Складові бетонної суміші завантажувалися окремими порціями через отвори в кришці бака. Компоненти суміші переміш увалися з допомогою ш видкообертального ротора. Ротор являє собою своєрідне робоче колесо насоса, поміщене в нерухомому циліндричному баку з основою в вигляді усіченого конуса, днищ е якого футеровано. П опередньо проводився поділ модифікованих базальтових мікроволокон за допомогою високошвидкісного роторного дезінтегратора. Компоненти суміші дрібнозернистого бетону завантажувалися в роторний змішувач послідовно в наступному порядку: цемент - пісок - 70% води замішування - М БМ з частиною води заміш ування і суперпластифікатором. Тривалість переміш ування становила 20 с, 40 с і 60 с. Паралельно з тими ж складами велося приготування бетонної суміші з М БМ в змішувачі примусової дії. Після приготування бетонних суміш ей замірювалася їх рухливість і формувалися зразки-балочки розміром 40x40x160 мм для випробування на вигин у віці 1, 3, 7, 28 діб тверднення при нормальних умовах. 100 Проаналізовані за результатами експерименту (табл. 4.10) розраховані коефіцієнти регресії і складені рівняння залежності відкликів експерименту від розглянутих факторів (4.2) - (4.6). (4.2) (4.3) (4.4) (4.5) (4.6) де П - зміна рухливості бетонної суміші з МБМ , приготовленої в роторному змішувачі, в порівнянні з рухливістю суміші, приготовленої в змішувачі примусової дії; 1 3 7 7Я Я и , Я и , Я и , Я и , - межа міцності при вигині у віці 1, 3, 7, 28 діб твердіння відповідно; Динаміка зміни рухливості бетонної суміші з М БМ , приготовленої в результаті турбулентного перемішування компонентів, в залежності від розглянутих факторів наведена на рис. 4.7-4.8. Аналіз даних експерименту показав, що при турбулентному виготовленні бетонної суміші з М БМ її рухливість підвищ ується з 5 до 25% в порівнянні з рухливістю суміші, приготовленої в зміш увачі примусової дії (рис. 4.7). Це явище, вирогідно, пов'язане з тим, що турбулентне перемішування призводить до дефлокуляціі цементно-водної суспензії, в результаті чого цементне тісто стає більш «маслянистим» (Збільшується насиченість суспензії колоїдними частинками). Внаслідок цього в'язкість суміші дрібнозернистого бетону знижується і, отже, збільшується її рухливість [40]. о Рис. 4.6. Схема роторного зміш увача СБ-133 А а - загальний вигляд; б - бак з похилими нерухомими лопатями; 1 - електродвигун; 2 - пускач; 3 - криш ка бака; 4 - бак; 5 - важільний затвор; 6 - криш ка люка; 7 - лопатевий ротор; 8 - візок; 9 - колесо; 10 - кліноременна передача; 11 - нерухома лопать. ■ 0-5 * 5-10 * 10-15 * 15-20 * 20-25 Рис. 4.7. Вплив В/Ц суміші і часу перемішування компонентів бетонної суміші з М БМ при турбулентному перемішуванні на зміну її рухливості. 102 Таблиця 4.10 Вплив В/Ц суміші і часу переміш ування компонентів в роторному змішувачі на зміну рухливості бетонної суміші з М БМ і міцність дрібнозернистого бетону при вигині Варіїрувані фактори Відклики експерименту Час Змінення Межа міцності при згинанні, Яізг., В/Ц рухливості перемішування, МПа, у віці бетонної суміші, код. нат. код. нат. % 1 діб. 3 діб. 7 діб. 28 діб. 0,4 -1 20 +5,8 3,9 4,7 6,1 8,5 1 0,5 -1 20 + 17,6 6,0 6,6 8,9 11,2 -1 0,4 1 60 +15,4 5,0 6,1 7,2 10,5 1 0,5 1 60 + 15,8 5,2 6,3 8,1 10,4 -1 0,4 0 40 +14,2 4,7 5,9 8,0 9,9 1 0,5 0 40 +23,8 7,3 8,6 11,4 11,8 0 0,45 -1 20 + 10,7 5,3 5,8 8,5 10,7 0 0,45 1 60 + 11,0 5,8 6,7 8,7 10,9 0 0,45 0 40 + 17,9 6,1 8,2 9,9 11,5 Найбільш ий ефект збільш ення рухливості суміші після турбулентного змішування спостерігається на початку більш рухливих сумішах при В/Ц=0,5. Для бетонних суміш ей з В /Ц = 0,4 і В /Ц = 0,45, а, отже, більш низької рухливості, ефект підвищення рухливості в результаті турбулентного перемішування знижений (рис. 4.8). Вирогідно, це пов'язано з тим, що перемішування компонентів суміші дрібнозернистого бетону з високою рухливістю відбувається під впливом динамічного обурення середовища, а не ротором змішувача. При приготуванні сумішей з низькою рухливістю перемішування її компонентів здійснюється лопатями ротора, так як в таких 103 сумішах складно викликати турбулентний рух частинок, і як такого турбулентного переміш ування не відбувається. З результатів експериментальних досліджень випливає, що на зміну значення рухливості суміші також впливає час турбулентного перемішування. При збільшенні часу переміш ування з 20 сек до 40 сек спостерігається збільшення рухливості бетонної суміші з МБМ. Однак при подальш ому збільшенні часу змішування (60с) відбувається зворотне явище, причому зниження рухливості після зазначеного часу виражено в суміш ах з В /Ц = 0,5 і В /Ц = 0,45. Ймовірно, при збільшенні часу переміш ування до 40 сек в'язкість суміші знижується, що і викликає підвищення рухливості. При збільшенні зазначеного часу до 60 сек в результаті турбулентного змішування зростає температура бетонної суміші, що призводить до її загущенню. Залежність міцності при вигині зразків дрібнозернистого бетону в віці 28 діб від В/Ц суміші і часу перемішування компонентів в роторному змішувачі представлена на рис. 4.9. М аксимальне значення міцності при вигині в віці 28 діб склало 11,8 МПа в складах з В/Ц = 0,5 при часу приготування в роторному змішувачі ї = 40 с. М інімальне значення - 8,5 М Па - було отримано в зразках з В/Ц = 0,4 і ї = 20 с. З рисунка видно, що підвищення межі міцності при вигині відбувається інтенсивніше в складах з В/Ц = 0,5. Так, для складів з В/Ц = 0,5 міцність вище в середньому на 29,3 і 6,4% в порівнянні з міцністю складів з В/Ц = 0,4 і В/Ц = 0,45, відповідно. Склади В/Ц = 0,5 у віці 7 діб набрали 72% від марочної міцності, в той час як бетони з В/Ц = 0,4 - 64% від марочної міцності. Зростання міцності бетонів в складах з В/Ц = 0,5 пов'язаний з більш рівномірним і однорідним розподілом модифікованих базальтових мікроволокон в суміші, ніж в складах з В/Ц=0,4, в яких складніше викликати турбулентне переміш ування частинок. 104 % і. О о-- зо 20 10 О Рис. 4.8. Підвищ ення рухливості бетонної суміші з М БМ в результаті турбулентного переміш ування для сумішей з різним В/Ц. Водоцементне відношення Рис. 4.9. Залежність міцності при вигині зразків у віці 28 діб від В/Ц суміші і часу (сек) перемішування компонентів в роторному змішувачі. 105 Час переміш ування компонентів суміші дрібнозернистого бетону в роторному зміш увачі також впливає на характеристики міцності затверділого дрібнозернистого бетону. Для складів з В /Ц = 0,5 і В /Ц = 0,45 оптимальний час переміш ування, при якому бетон володіє найкращими характеристиками міцності показниками, становить X = 40 с, а для складу з В/Ц = 0,4 - X = 60 с. варто також відзначити, що в більш рухливих складах при збільшенні часу перемішування до 60 сек спостерігається падіння міцності. Ефект падіння міцності після тривалого перемішування, ймовірно, пов'язаний з дробленням компонентів суміші на більш дрібні частини, в результаті чого не відбувається обволікання всіх частинок заповнювача і мікроволокон цементною суспензією, що вимагає підвищеної витрати в'яжучого. Все це призводить до погіршення показників міцності бетонів. Таким чином, на характеристики міцності монолітного дрібнозернистого бетону з М БМ впливає час переміш ування компонентів бетонної суміші. Характер зміни міцності і оптимальний час перемішування залежать від водоцементного відношення бетонної суміші. За результатами аналізу проведених досліджень встановлено оптимальні технологічні прийоми і режими приготування монолітного дрібнозернистого бетону з МБМ: почергове завантаження компонентів: цемент, пісок, 70% води замішування, введення М БМ у вигляді суспензії з пластифікатором і що залишилася частиною води замішування. М БМ попередньо розділяється в рідкому середовищі під впливом високих швидкостей. Попередній поділ М БМ в водному розчині «Ш тайнберг ОЯОБ- 63МС» з подальшим введенням в бетонну суміш дозволяє збільшити міцність при стисненні до 31,4%, при вигині до 64,3% і знизити коефіцієнт варіації міцності до 5,6%. 4.4 Технологічна карта на влаштування підлоги з дрібнозернистого бетону Дана технологічна карта розроблена на проектування та влаштування суцільних монолітних підлог: вирівнюючих стяжок, покриттів підлог для 106 промислових і цивільних будівель на основі монолітного дрібнозернистого бетону з модифікованими базальтовими мікроволокнами. 4.4.1. П роектування і область застосування Область застосування даної технологічної карти на влаштування монолітних підлог на основі цементного дрібнозернистого бетону, дісперсно- армованого модифікованими базальтовими мікроволокнами, в цивільному і промисловому будівництві. При проектуванні і організації трудових процесів виробництва робіт по влаштуванню монолітних підлог з дрібнозернистого бетону особлива увага повинна бути приділена створенню безпечних умов праці. П роектування і влаштування основи та інш их елементів бетонних підлог, а також приймання підлог повинні проводитися відповідно до діючих Будівельних норм і правил. Конструкції монолітних підлог рекомендується в залежності від призначення влаштовувати наступних типів: одношарове бетонне покриття товщиною 20-30 мм по бетонній поверхні підстильного шару або плиті перекриття і однош арова бетонна стяжка товщ иною не менше 20 мм по бетонній поверхні підстильного шару або плиті перекриття, а також одношарове бетонне покриття по тепло- або звукоізоляції товщиною не менше 40 мм по плиті перекриття. Основною формою організації праці, прийнятої при влаштуванні монолітних підлог, є спеціалізовані ланки, які об'єднані в комплексну бригаду. Чисельний і кваліфікаційний склад бригади визначається в кожному конкретному випадку в залежності від обсягу робіт і ступеня їх механізації. Заготівлю матеріалів для влаштування монолітних підлог слід проводити на весь обсяг робіт або з розрахунком на забезпечення безперебійної роботи комплексної бригади. Роботи з влаштування покриття підлоги з дрібнозернистого бетону слід виконувати при відносній вологості повітря в приміщенні не вище 60%. Температура повітря в приміщ енні при влаштуванні монолітних бетонних 107 підлог повинна бути не нижче 5° С до набуття матеріалом міцності не менше 50% від проектної. Поверхня нижчого шару перед укладанням монолітного дрібнозернистого бетону повинна бути рівною. При перевірці контрольною рейкою просвіт між нижнім шаром і рейкою не повинен перевищувати 5 мм. У бетонних підстилаючих шарах підлог приміщень, при експлуатації яких можливі різкі перепади температур, необхідно передбачати влаштування деформаційних швів, розташ ованих між собою у взаємно перпендикулярних напрямках на відстані 8-12 м. Деформаційні шви в підлогах повинні збігатися з деформаційними швами будинків, а в підлогах з ухилами для стоку рідин - з вододілом підлог. При середній і великий інтенсивності впливу на підлогу стічних вод та інших рідин слід передбачати гідроізоляцію. Для запобігання тріщин від нерівномірності осідань плити підлоги і інших частин будівлі в місцях примикання торцевих поверхонь укладаємо!' підлоги до існуючих колон, стін і споруд необхідно виконати ізолюючий прошарок з листового спіненого поліетилену. Перед укладанням дисперсно-армованого монолітного дрібнозернистого бетону на поверхню, що нижче розташована, вона повиннна бути очищ ена від бруду і пилу. Ж ирові плями повинні бути видалені 5% - ним розчином кальцінованої соди з наступним промиванням водою. Щ ілини між збірними плитами перекриттів, місця примикань їх до стін, а також монтажні отвори повинні бути зароблені цементно-піщаним розчином марки не нижче 150 врівень з поверхнею плит. 4.4.2. Вимоги до матеріалів для приготування монолітних дрібнозернистих бетонів з модифікованими базальтовими мікроволокнами. Як вяжуче для монолітної бетонної підлоги слід застосовувати бездобавочні портландцементи або портландцемента із мінеральною добавкою до 20% марки не нижче М 400, що відповідають діючим вимогам з урахуванням ряду додаткових вимог: 108 - масова частка лужних оксидів (Па20 + К 20 ) в перерахунку на И а20 (Иа20 + 0,658К 20 ) не повинна перевищувати 0,6%; в 2 - питома поверхня повинна відповідати показнику в 3200-4000 см /г; - цементи на основі портландцементного клінкеру не повинні містити хлор-іону більше 0,1%, а вміст оксиду сірки (VI) має бути не менше 1,0% і не більше 4,0% маси цементу; - рівномірність зміни обсягу (розширення), не більше (верхня межа) 10 мм; - питома ефективна активність природних радіонуклідів Аеф в цементі не повинна бути більше 740 Бк/кг. П ортландцемент відвантажують в упаковці або без неї. В якості упаковки цементу застосовують паперові мішки або іншу упаковку, що захищає цемент від зволоження та забруднення. М аркування портландцементу повинно виконуватися на кожній його упаковці, бути чітким і обов'язково містити: найменування виробника, умовне позначення цементу і його марку, позначення нормативного документу. П риймання цементу здійснюють партіями. Кожна партія в'яжучого повинна супроводжуватися документом, що засвідчує відповідність діючим вимогам. Приймально-здавальні випробування включають випробування цементу: межа міцності при вигині і стиску, рівномірність зміни в обсязі, терміни схоплювання, тонкість помелу, вміст оксиду сірки, вміст хлор-іону. Портландцемент транспортують усіма видами транспорту, цемент без упаковки транспортують в спеціалізованих вагонах-цементовозах, автоцементовозах і судах. Портландцемент повинен зберігатися за марками в сухих приміщеннях, в упаковці, в силосах або інших закритих ємностях. Як воду заміш ування слід використовувати воду, що відповідає нормативним вимогам. 109 Я к заповнювач рекомендується використовувати пісок для будівельних робіт. Як армуючі волокна застосовуються модифіковані базальтові мікроволокна, що представляють собою подрібнену базальтову фібру, вироблену з розплаву базальтових порід, модифіковану вуглецевим наномодифікатором фулероїдного типу. Склад модифікованих базальтових мікроволокон: - вата базальтова з органічним просоченням: 99,3-99,6% ; - вода: 0,3-0,5%; - їдкий натр: 0,05-0,10%; - вуглецевий наномодифікатор: 0,0001-0,01%. Характеристики модифікованої базальтової мікрофібри представлені в табл. 4.11. Таблиця 4.11. Характеристики модифікованих базальтових мікроволокон Характеристика Значення Середній діаметр волокна, мкм 8-10 Середня довжина волокна, мкм 100-500 Зміст неволокнистих включень,% по масі 10 Щільність насипна, кг/м 800 Вологість,% за масою 2 Вміст органічних речовин,% за масою 2 Колір від жовтого до коричневого Зміст наномодифікаторів,% по масі 0,01-0,0001 Модуль на розрив, ГПа 18 М одифіковані базальтові мікроволокна доставляються в мішках або спеціальних контейнерах транспортом будь-яких видів. М одифіковані базальтові мікроволокна повинні зберігатися в критих складських приміщеннях, в умовах, що не допускаю ть зволоження і забруднення, в упаковці або спеціальних бункерах і силосах. Термін зберігання модифікованих базальтових мікроволокон - 3 місяця з дня виготовлення. 110 Хімічні добавки, що вводяться в бетонну суміш, повинні задовольняти нормативним вимогам. Завдання на розрахунок (проектування) складу цементного дрібнозернистого бетону з М БМ повинно містити такі вихідні дані: - проектну марку в віці 28 діб на стиск; - середню щільність суміші дрібнозернистого бетону; - марку по рухливості суміші, виходячи з технологічних вимог (осадка стандартного конуса, см); - старанність дрібнозернистого бетону в віці 28 діб; - терміни схоплювання дисперсно-армованої бетонної суміші, вимоги до компонентів; - марку портландцементу; - гранулометричний склад, забрудненість, щільність і вологість наповнювачів, відповідність їх діючим вимогам; - кількість армую чих волокон (відсоток армування по масі цементу). Цементний дрібнозернистий бетон повинен відповідати проектним вимогам, і випробуваний.. 4.4.3. Приготування і укладання бетонної суміші з МБМ Влаш тування монолітного покриття підлоги слід виконувати після закінчення оздоблювальних робіт, при відносній вологості повітря не вище 60%. Влаш тування кожного шару підлоги допускається після приймання попереднього з складанням при необхідності акта на приховані роботи; Температура повітря в приміщенні повинна бути не нижче 5° С до набуття матеріалом міцності не менше 50% від проектної. Підлоги рекомендується витримувати протягом усього терміну набору міцності при температурах на 10-15° С вище зазначеної; Приготування бетонної суміші рекомендується проводити в змішувачах турбулентного типу марок СБ-133А, СБ-43, СБ-81 або інших марок з аналогічними характеристиками, з об'ємом готового замісу 65-800 л. 111 Приготування бетонної суміші також може бути здійснено в змішувачах примусової дії. Перед введенням компонентів в змішувач рекомендується провести поділ модифікованих базальтових мікроволокон механічним способом у спеціальній ємності в частині води замішування з суперпластифікатором. Дозування М БМ здійснюється за допомогою невеликої компактної тари з фіксованою вагою (10 кг). Порядок введення компонентів в змішувач: цемент-пісок-70% води заміш ування-М БМ з частиною води заміш ування і суперпластифікатором. Обсяг замісу слід призначати виходячи з часу укладання суміші не більше 60 хвилин з моменту приготування (до початку схоплювання суміші). Для транспортування приготовленого дрібнозернистого бетону рекомендується використовувати бетононасос. Необхідно запланувати технологічні перерви на чистку бетоноводов через проміжки часу, рівні термінам схоплювання бетонної суміші з моменту її замішування. Залежно від розмірів в плані монолітної підлоги укладання суміші дрібнозернистого бетону може здійснюватися вручну, безпосередньо з бетонозміш увача (рис. 4.10), або механізованим способом за допомогою бетононасоса. Укладання бетонної суміші проводиться поздовжніми смугами шириною 1,5-2 м, обмеженими маяковими рейками, чергуючи через одну. При невеликій площі підлоги укладання виконують відразу на всю площу укладаємо!' підлоги. Розподіл і розрівню вання бетонної суміші здійснюється правилом, пересувається по маякових рейках. Ущ ільнення бетонної суміші проводиться віброрейками, пересуваємими по маяковим рейкам за допомогою гнучких тяг. Перед поновленням укладання бетонної суміші після перерви вертикальну кромку затверділого покриття очищ ають від пилу і бруду і промивають водою. 112 Рис.4 10. Організація робочого місця при укладанні модифікованої бетонної суміші : 1 - маякові рейки; 2 -бетонозмішувач; 3 - віброрейка; 4 - матеріали для приготування бетонної суміші; І, II, III, IV - послідовність укладання бетонної суміші в смуги; а - відстань між стоянками бетонозмішувача; Б2, БЗ - бетонники. 113 Первинне загладжування і затірку поверхні здійснюю ть машинами, оснащеними затирочними дисками, після ущільнення бетонної суміші і схоплювання її до стану, коли на поверхні залиш аються легкі сліди. Після первинної обробки виконують вторинну обробку покриття машинами, як робочий орган яких використовуються лопаті. Укладений цементний дрібнозернистий бетон протягом 14 діб після укладання повинен витримуватися у вологих умовах. Порядок виконання робіт, склад технологічних операцій, а також необхідне обладнання, інструмент та пристосування наведені в табл. 4.12. Таблиця 4.12. Опис технології виробництва робіт Технологічн Склад робіт Устаткування, ий етап технологічного етапу машини, інструменти, пристосування 1 .Підготовка Вивірка рівності основи; Вакуумно-щіткова машина, основи очищення від пилу і бруду, промисловий пилосос, жирових плям, промивання електрична щітка, водою; закладення стиків плит будівельний рівень, маякові перекриттів, заглиблень, рейки, рулетка, вибоїн; грунтовка; пневматичний або влаштування гідро- і електричний молоток, пароізоляції; нанесення на лопата, ківш стіни позначки верхнього рівня оздоблювальний, відра, шару, що укладається; монтаж захисні окуляри, маякових рейок. респіратор. 114 2. Приготування 2 Доставка і складування Високошвидкісний дрібнозернисто компонентів бетонної суміші дезінтегратор, змішувач го бетону 3 на захватні, поділ МБМ, турбулентного або модифіковани завантаження в бункер примусового типу, ми змішувача компонентів совкова лопата,пластикові базальтовими бетонної суміші, вивантаження ємності для приготування мікроволок- суміші в приймальний бункер дисперсії МБМ, ємності нами бетононасоса, або в конструкцію монолітного для води замішування, покриття, перестановка двоколісний візок, ємність змішувача на наступну об'ємом 60 л для миття стоянку. зміш увача 3 .Транспортуван Вивантаження суміші в Бетононасос, лопата, ня і укладання приймальний бункер граблі для роздачі модифікованого бетононасоса, або в дрібнозернистого бетону, монолітного конструкцію монолітного правило дрібнозернистого покриття, подача і укладання бетонної суміші в конструкцію, бетону розрівнювання бетонної суміші, промивка і очистка елементів бетоновода, перестановка бетононасоса на наступну стоянку 4. Ущільнення Ущільнення бетонної суміші Віброрейка укладеного віброрейкою монолітного дрібнозернистого бетону 5. Витримка і Загладжування поверхні М аш ини для затирання і догляд за укладеного дрібнозернистого загладжування покриття укладеним бетону, затирка поверхні, підлоги, контрольна рейка, бетоном укриття поверхні підлоги вологозахисна плівка вологим матеріалом, контроль за вологісним режимом Графік виконання робіт по влаштуванню монолітної підлоги представлений в табл. 4.13. 115 4.4.4. Система організації контролю якості Підготовлена основа під монолітне покриття не повинна мати включень льоду, жирових плям, фарби, бітуму. Точність установки маякових рейок контролюється по нівеліру. Приготовлена і укладена модифікована бетонна суміш повинна бути однорідною, не мати сторонніх включень і не переміш аних частинок. Виконана монолітна підлога повинна відповідати проектним ухилам і товщині, бути без візуально помітних горбів, западин і нерівностей. Рівність поверхні кожного елемента підлоги перевіряється у всіх напрямках рівнем і контрольною рейкою довжиною 2 м. Відхилення поверхні кожного елемента підлоги від площини при перевірці 2-метровою рейкою не повинні перевищувати 4 мм, відхилення від заданого ухилу на ділянці довжиною 1 м не повинно перевищувати 5%. При прийманні готового монолітного покриття повинна здійснюватися перевірка наступних показників: міцність підлоги, зчеплення покриття з нижчого рівня, товщ ина покриття, дотримання відміток і рівність покриття, примикання покриття до інших конструкцій. Тріщини і раковини в монолітному бетонному покритті, щілини між покриттям і стінами, крім проектних, не допускаються. Виявлені дефекти повинні бути виправлені закладенням сумішшю того ж складу. Приймання монолітних підлог допускається не раніше досягнення ними проектної міцності. М іцність підлоги необхідно визначати випробуванням контрольних зразків в кількості не менше трьох на кожні 500 м2 шару підлоги. При відсутності контрольних зразків повинно проводитися випробування на стиск не менше трьох кубиків з незруйнованою структурою і розміром ребра не менше 25 мм, взятих з шару підлоги. 4.5 Висновки до розділу 4 1. Викладені результати аналізу досліджень. При попередньому поділі М БМ у водному середовищ і з суперпластифікатором підвищуються міцнісні 116 характеристики цементного каменю. М іцність при стисканні зразків підвищилася на 1,5-5,3% в порівнянні з міцністю зразків, приготованих традиційним способом, а міцність при вигині - на 30,7-66,6%. 2. Встановлено, що попередній поділ модифікованих базальтових мікроволокон дозволяє отримати дрібнозернистий бетон з більш однорідними параметрами якості: коефіцієнт варіації міцності при стисканні знизився з 12,3 до 6,5%, а міцності при вигині - з 10,7 до 5,8%. 3. Виявлено, що поділ модифікованих мікроволокон механічним способом під впливом високих швидкостей є найбільш ефективним в порівнянні з ультразвуковим. М аксимальне збільшення міцності склало 64,1% в складах з вмістом мікроволокон 1% від маси цементу в порівнянні з міцністю контрольних зразків без змісту модифікованих мікроволокон. 4. Найбільш ефективний розподіл М БМ механічним способом досягається при концентрації М БМ в оброблюваній рідині в кількості 15%, часу обробки Щ = 15 хв. при швидкості обертання високошвидкісного ротора, що дорівнює 10 000 об/хв. 5. Встановлено, що спосіб завантаження і переміш ування компонентів в змішувачі впливає на рівномірність розподілу модифікованих базальтових мікроволокон в бетонній суміші. Приготування бетонної суміші в високош видкісному роторному змішувачі почерговим способом завантаження компонентів є найбільш ефективним і дозволяє отримати дрібнозернистий бетон з високою межею міцності при вигині (11,5 М Па) і низьким коефіцієнтом варіації міцності (5,6%). 6. При роторному (турбулентному) перемішуванні компонентів бетонної суміші з М БМ збільшується її рухливість з 5 до 25% у порівнянні з рухливістю суміші, приготовленої в змішувачі примусової дії. Найбільший ефект збільш ення рухливості відзначений на початку більш рухливих сумішей. 7. Час переміш ування компонентів суміші дрібнозернистого бетону з МБМ впливає на характеристики міцності затверділого дрібнозернистого бетону. 117 Характер зміни міцності і оптимальний час переміш ування залежать від водоцементного відношення суміші. М аксимальне значення міцності при вигині у віці 28 діб твердіння дрібнозернистого бетону склало 11,8 М Па в складах з водоцементним відношенням В/Ц = 0,5 при часу приготування в роторному зміш увачі ї = 40 с. 8. Розроблена технологічна карта на влаштування монолітної підлоги з дрібнозернистого бетону з армувальними та модифікувальними добавками з поліпшеними експлуатаційними характеристиками для підлог промислових будівель. 118 РОЗДІЛ 5. ЕКО НО М ІЧН А РЕЗУЛЬТАТИ ВН ІСТЬ П РИЙНЯТИХ РІШ ЕНЬ ПО ДО СЛ ІДЖ УВАН ІЙ ТЕХНОЛОГІЇ 5Л Техніко-економічне обгрунтування дослідж уваної технології та аналіз досвіду застосування отриманих результатів досліджень. Розроблені склади та технологічні прийоми приготування монолітного дрібнозернистого бетону з модифікованими базальтовими мікроволокнами використані при розробці технологічної карти влаштування монолітних підлог промислових будівель. Технологічна карта включає в себе: область застосування, вимоги до вихідних матеріалів, рекомендовані склади монолітного дрібнозернистого бетону з базальтовими мікроволокнами, модифікованими вуглецевими наночастинками, опис технології приготування цементно-піщ аних сумішей і влаштування підлог, карту операційного контролю та вимоги техніки безпеки під час виконання робіт. Приклад використання: було виконане влаштування покриття підлоги в будівлі гаража. Площ а покриття склала Б = 1170 м . Покриття з дрібнозернистого бетону товщ иною 40 мм вкладалося на підстильний шар з бетону товщ иною 200 мм. Багатош арова конструкція підлоги гаража представлена на рис. 5.1. Роботи з облаш тування підлоги виконувалися в наступній послідовності: 1. Розмітка рівня підлоги лазерним рівнем; 2. П ідготовка підстави, ущільнення грунту; 3. Влаш тування піщано-гравійної подушки; 4. Укладання шару гідроізоляції; 5. Влаш тування бетонного підстильного шару; 6. Влаш тування монолітного бетонного покриття з з армувальними та модифікувальними добавками. 119 Ш ар бетонного підстильного шару перед пристроєм по ньому покриття очищався від бруду і пилу і знепилюючих. Потім проводилося укладання маякових рейок з кроком 2,5 хм, верх рейок збігався з відміткою верха підлоги. Суміш дрібнозернистого бетону готувалася в пересувному роторному зміш увачі з попереднім поділом модифікованих базальтових мікроволокон механічним методом. Бетонна суміш укладалася безпосередньо з бетонозміш увача в смуги між напрямними, чередуючи через одну. Розрівнювання суміші вироблялося вручну лопатами, потім правилом, яке встановлювалося на маякові рейки. 1 3 4 Рис. 5.1. Конструкція підлоги гаража 1 - монолітне цементно-піщане покриття з М БМ 1 = 40 мм; 2 - бетонний підстильний шар X = 200 мм; 3 - гідроізоляція; 4 - пісок 1 = 1 0 0 мм; 5 - гравій Х = 100 мм. Після укладання покриття витримувалося 14 діб у вологих умовах. Після набору покриттям проектної міцності перевірялася його рівність двометровою рейкою. Зазор між рейкою і готовим покриттям становив не більше 2 мм. М іцність монолітного покриття з дрібнозернистого бетону встановлювали випробуванням стандартних зразків, приготованих одночасно з влаштуванням покриття і витримуючих в аналогічних умовах. М ежа міцності на стиск випробуваних зразків склала 38 М Па, а межа міцності при вигині 7,6 М Па. Отримані результати свідчать про досить високих фізико-механічних характеристиках готового покриття. 120 Після року експлуатації покриття підлоги знаходиться в хорошому стані, візуально відсутні тріщини в конструкції і відш арування покриття від нижчих верств. Приклад 2: Були виконані роботи по влаштуванню стяжки підлоги при зведенні триповерхового будинку в м. Харків. Залежно від призначення приміщень, а також розташ ування конструкції підлоги конструктивні рішення підлог варіювалися. Перекриття в зазначеному будинку збірні, багатопустотні. У підлогах над технічним підпіллям передбачався шар теплоізоляції, на міжповерхових перекриттях - звукоізоляції. Конструктивна схема влаш товуємої конструкції підлоги на міжповерхове перекриття в житлових кімнатах представлена на рис. 5.2. Роботи по влаштуванню цементно-піщ аної стяжки виконувалися в наступній послідовності: основа була очищена від бруду, пилу і будівельного сміття. На підготовленій поверхні влаштовувалася розбивка на смуги шириною 2 м за допомогою маякових рейок. Верхній рівень рейок відповідав рівню верху стяжки, який був попередньо відзначений на стінах за допомогою нівеліра і гідравлічного рівня. Рис. 5.2. Конструкція підлоги в житлових кімнатах на міжповерхове перекриття: 1 - лінолеум; 2 - стяжка товщиною 30 мм; 3 - гідроізоляція; 4 - звукоізоляція; 5 - багатопустотна плита перекриття. 121 Попередньо МБМ поділялись у водному середовищі з добавкою суперпластифікатора за допомогою високошвидкісного роторного дезінтегратора. Потім в змішувачі примусового типу готували бетонну суміш в наступній послідовності: цемент, пісок, 70% води замішування, введення МБМ у вигляді суспензії з пластифікатором і частиною води замішування, що залишилася. Готова суміш дрібнозернистого бетону подавалася на поверхи до місця укладання за допомогою пневмонагнітача, розташованого на рівні землі зовні будівлі. Безпосередньо в конструкцію суміш подавалась по гумовотканевому бетоноводу, приєднаного до конструкції пневмонагнетателя, і укладалася на підготовлену смугу між двома маяковими рейками. Покладена суміш розрівню валась правилом, потім ущ ільнювалася віброрейкою. Смуги укладалися через одну. Після досягнення міцності монолітного дрібнозернистого бетону в укладених смугах, вони служили маяками для укладання суміші в вільні смуги. Після затвердіння стяжки до стану, коли на ній залиш аються легкі сліди, виробляли затірку поверхні машиною, оснащеною затирочним диском. Після укладання стяжку перші 14 діб витримували у вологих умовах, накривши її поліетиленовою плівкою. Після півроку експлуатації стяжка знаходиться в доброму стані, візуально відсутні тріщини в конструкції. 5.2 Техніко-економічна ефективність П роведено техніко-економічне порівняння варіантів влаштування монолітних покриттів підлог із застосуванням різних базальтових волокон. З цією метою розглянуті покриття монолітної підлоги із застосуванням бетонів з базальтовою армувальною фіброю ВБ 13-12р (прототип) і з модифікованими базальтовими мікроволокнами (проаналізований розроблений склад). 122 Для визначення ефективності застосування модифікованих базальтових мікроволокон в дрібнозернистий бетон розраховувалася собівартість •7 матеріалів для приготування їм дрібнозернистого бетону. Витрата матеріалів і їх собівартість на виробництво 1 м з монолітного дрібнозернистого бетону за порівнюваними варіантами представлені в табл. 5.1 і 5.2. Таблиця 5.1. Витрата матеріалів на 1 м3 дрібнозернистого бетону Проаналізований Найменування матеріалів Од. вим Прототип склад Пісок кг 1665 1648 В'яжуче кг 439 434 Вода л 206 217 Суперпластифікатор л 7 13,9 Базальтові волокна ВБ 13- 12р кг - 3,47 Модифіковані базальтові кг 4,38 - мікроволокна Таблиця 5.2. Розрахунок собівартості матеріалів на приготування 1 м3 дрібнозернистого бетону Варті Вартість матеріалів на 1 м3 дрібнозернистого бетону Найменування матеріалів, од.вим сть, грн. Проаналізований Прототип склад Пісок, м 324 359 362 Портландцемент ПЦ 500 , т 1368 593 600 Суперпластифікатор Штайнберг, 648 140 71 20 л - Базальтові волокна B F13-12р, кг 64 225 Модифіковані базальтові - 189 мікроволокна, кг 43 Разом, грн. 1628 1379 123 Таким чином, вартість 1 м монолітного дрібнозернистого бетону з М БМ нижче вартості їм монолітного дрібнозернистого бетону, дисперсно- армованого базальтовими волокнами ВБ 13-12р, на 242 грн. Далі розраховувалася техніко-економічна ефективність застосування розглянутих складів монолітних дрібнозернистих бетонів для влаштування монолітних підлог площею 100 м2. Для розрахунку річного економічного ефекту застосовували методику [24], згідно з якою при порівнянні варіантів конструктивних елементів, термін служби яких менш е терміну служби будівлі, розрахунок річного економічного ефекту Е рекомендується проводити за формулою: 3= ((3 ,+ 3Сі)ф - (32+ 3С2) + З з)-А2, (5.1) де Зі і 32 - приведені витрати на виготовлення конструкцій або використовуваних матеріалів з урахуванням вартості їх транспортування до будівельного майданчика; Зеї і Зс2 - наведені витрати на зведення порівнюваних конструкцій на будівельному майданчику без урахування вартості їх виготовлення; ф - коефіцієнт обліку зміни терміну служби нової конструкції по порівняно з терміном служби базового варіанту; З 3 - економія в сфері експлуатації порівнюваних конструкцій за термін їх служби; А2 - річний обсяг виробництва пропонованої конструкції в натуральному вираженні. Необхідні для розрахунку вихідні дані за порівнюваним варіантам підлог наведені в табл. 5.3. 124 Таблиця 5.3. Розрахунок економічної ефективності влаштування монолітних підлог за порівнюваними варіантами Показники Од. За За досліджуваним вим. прототипом варіантом Термін служби підлоги (Т); Т2) роки 12 8 Проектний обсяг впровадження (А2) 100 м2 1 - Капітальні вкладення в виробництво використовуваних будівельних грн. 4896 5274 матеріалів (Кц К2) Наведені витрати на виготовлення і транспортування використовуваних грн. 734 791 матеріалів (Зі; 32) Наведені витрати на влаштування підлог на будмайданчику (без вартості грн. 8767 7297 виготовлення матеріалів) (3Сь 3С2) Середньорічні витрати на поточний грн. 114 196 ремонт ПІДЛОГ (Стрь Стр2) Річні витрати в сфері експлуатації (Пр грн. 176 345 И2) Щорічні витрати на прибирання підлоги при технічному утриманні будівлі (Суі; грн. 61 148 Су2) Коефіцієнт обліку зміни терміну служби нової конструкції ф = 1,207. Користуючись даними, наведеними в табл. 5.3, визначаємо економічний ефект: Е =((791 +7297)-1,207-(734+8767)+860)-1=1121 грн. Таким чином, при влаштуванні монолітного покриття підлоги з дрібнозернистого бетону з добавками річний економічний ефект складе 1121 2 . грн. на 100м поверхні підлоги. Крім того, економія собівартості матеріалів на виробництво їм 3 цементного розчину з БВ складе 248 грн. Це на 15,3% нижче вартості за аналогічний показник виробництва цементного розчину, дисперсно- армованого базальтовими волокнами. 125 5.3 Перспективи подальш их розробок Перспективою подальш ої розробки теми є дослідження довговічності модифікованого базальтового мікроволокна при різних видах і інтенсивності агресивного впливу лужного середовища цементного каменю, а також вивчення можливості мікроармування модифікованим базальтовим мікроволокном бетонів на основі інших мінеральних в'яжучих речовин. 5.4 Висновки до розділу 5 1. Викладена економічна результативність прийнятих рішень по досліджуваній технології. 2. Проаналізовано дослідно-промислове впровадження розроблених складів і технологічних прийомів приготування монолітного дрібнозернистого бетону з модифікованими базальтовими волокнами, яке підтвердило достовірність результатів досліджень і експлуатаційних характеристик бетонних підлог з модифікованими базальтовими мікроволокнами. 3. Наведено розрахунок техніко-економічної ефективності застосування монолітних дрібнозернистих бетонів розроблених складів при влаштуванні о покриттів підлог. Собівартість їм монолітного дрібнозернистого бетону з модифікованими базальтовими мікроволокнами нижче на 15,3% собівартості їм З монолі• тного дрі♦бнозернистого бетону, дисперсно-армованого стандартними базальтовими волокнами, а річний економічний ефект при 2 влаштуванні 100 м поверхні підлоги складе 1121 грн. 126 ЗАГАЛЬНІ ВИСНОВКИ 1. Виконаний історичний огляд проблеми. Застосування модифікованих базальтових мікроволокон дозволяє отримати дрібнозернистий бетон з поліпшеними експлуатаційними властивостями для влаштування монолітних підлог виробничих приміщень. 2. У дрібнозернистих бетонах з добавкою М БМ в кількості 1% від маси цементу, в порівнянні зі зразками з базальтовою фіброю В Б 13-12р, міцність на стиск збільш ується на 4,5%, а міцність при вигині на 77,5%. о 3. Дрібнозернистий бетон з витратою в'яжучого 439-443 кг/м , цементно- піщаним відношенням за обсягом Ц:П = 1 :3 , змістом М БМ в кількості 1% від маси цементу характеризується наступними показниками: межа міцності при вигині Я виг = 8,8 МПа; межа міцності при стисненні = 38 МПа; міцність зчеплення з основою Язч = 1,25 МПа, старанність І <0,4 г/см2; деформація усадки є <0,53 мм/м. 4. При введенні М БМ збільш уються ступінь гідратації цементу і кількість хімічно зв'язаної води на 12,7%, формується більш щ ільна структура монолітного дрібнозернистого бетону, відкрита пористість знижується на 33,2%. Контактна зона «базальтове мікроволокно — цементний камінь» характеризується відсутністю тріщин і відшарувань, а також збереженням вуглецевих наночастинок на поверхні мікрофібр. 5. Оптимальним способом приготування бетонної суміші з М БМ є попередній поділ мікроволокон в рідкому середовищі. Найбільш ефективним технологічним прийомом поділу волокон є механічний роторний спосіб при високих ш видкостях обертання (10 000 об/хв.) протягом 15 хвилин. 6. Суміш дрібнозернистого бетону, яка приготована в турбулентному змішувачі почерговим способом завантаження компонентів (цемент, пісок, М БМ у вигляді суспензії, вода замішування), характеризується високою однорідністю, а дрібнозернистий бетон високою міцністю при вигині (11,5 МПа) і низьким коефіцієнтом варіації міцності (5,6%). 127 7. Розроблено технологічну карту на влаштування монолітних підлог виробничих приміщень на основі монолітного дрібнозернистого бетону з модифікованими базальтовими мікроволокнами. 8. Влаштування покриття підлоги з модифікованими базальтовими мікроволокнами економічно ефективніше влаштування монолітних підлог, дисперсно-армованих базальтовою фіброю ВБ 13-12р. Річний економічний 2 , ефект влаш тування 100 м поверхні підлоги складе 1121 грн. при зниженні о собівартості матеріалів для виробництва 1 м дрібнозернистого бетону на 15,3%. 128 СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ 1. Український граніт. — Режим доступу : http://belaya-ua.deal.by/a4007- ukrainskii - granit.htm l. 2. Новицький О. Г. Дослідження та удосконалення процесів отримання базальтових волокон та виробів на їх основі:. — K.: НТУУ "КПІ", 2006.- 21 с. 3. Тищенко В. Г. Тонкі мінеральні волокна з базальту / В. Г. Тищенко, Л. М. Селезнев. — К. : Знання, 1995. — 21 с. 4. Пугачевский Г., Ш вец А. Властивості базальтових волокон. Товари і ринки. 2012. №1. 5. Ібрагімов, P.A. Аналіз сучасних технологічних ріш ень підлогових покриттів промислових будівель / P.A. Ібрагімов, P.P. Богданов, C.H. Ш ебанова //. - 2016. - № 4. - C. 416-421. 6. Мороз, M.H. Трещ иностойкие высокопрочные наливные полы «БеПоРс» на модифицированном гидравлическом вяжущем / М.Н. Мороз, С.В. Ананьев, Р.Н. М осквин, Е.А. Белякова // М одели, системы, сети в экономике, технике, природе и обществе. -2 0 1 4 . - № 2 (10). - С. 178-185. 7. Казлитин, С.А. Фибробетон для тяжелонагруженных полов: дис. ... канд. техн. наук: 05.23.05 / . - , 2012 - 167 с. 8. Горин А.Б. М икрореологические особенности строительных растворов / А.Б. Горин, Г. Винтцер // Технологическая механика бетона - 1989. - С .86-90. 9. Добронравов, С.С. Строительные машины и оборудование / С .С.Добронравов. - М.: Высш. шк., 1991. - 456 с. 10. Дьяков, К.В. Технология устройства монолитных покрытий из магнезиального базальтофиброармированного раствора: дис. ... канд. техн. наук: 05.23.08 /. - , 2008. - 151 с. 11. Баженов, Ю .М. Достижения, проблемы и направления развития теории и практики строительного материаловедения / Ю .М. Баженов, Р.З.Рахимов // М атериалы IX академических чтений,: ПТУ АС, 2006. - Часть П. - С. 187-188. 12. Батраков, В.Г. М одифіковані бетони. Теорія та практика. - К , 1998. - 768 с. 129 13. Luo, J.L. The influence o f surfactants on the processing o f m ulti-walled carbon nanotubes in reinforced cem ent m atrix composites / J.L. Luo, et al. // Physica Status Solidi a-Application and materials Science-2009 . - № 206. - p. 2783-2790. 14. Клюев, C.B. Тяжелонагруженные полы на основе мелкозернистых фибробетонов / С.В. Клюев, A.B. Клюев, Д.М. Сопин, A.B. Нетребенко, С.А. Казлитин // Инженерно-строительный журнал. - 2013. - № 3. С. 7-14. 15. Мухин, A.A. «ЭЛАКОР» на защите бетонных промышленных полов / Мухин // Строительные материалы, оборудование, технологии XXI века. - 2008. - № 4. - С. 38. 16. Виноградов, А.Л. Использование сухих упрочнителей для повышения износостойкости и прочности поверхности бетонных полов / А.Л. Виноградов // Технологии бетонов. - 2013. № 6. - С. 24-26. 17. Батаев, A.A. Композиционные материалы / A.A. Батаев, В.А. Батаев - .: Логос, 2006 - 397 с. 18. Рабинович, Ф.Н. Композиты на основе дисперсно-армированных бетонов. Вопросы теории и проектирования, технология, конструкция: монография / Ф.Н. Рабинович. - . : издательство АСВ, 2004 - 560 с. 19. Рабинович, Ф.Н. Эффективность применения полимерных фибр для дисперсного армирования бетонов / Ф.Н. Рабинович, С.М. Баев // Промыш ленное и гражданское строительство. - 2009. - № 9. - С. 38-41. 20. Негматуллаев, С.Х. Применение материалов на основе базальтовых волокон в строительстве / С.Х. Негматуллаев, С.П. Оснос // Строительные материалы, оборудование, технологии XXI века. - 2015. - № 5/6. - С. 15-19. 21. Бучкин, A.B. Цементные композиции повышенной коррозионной стойкости, армированные базальтовыми волокнами / A.B. Бучкин, В.Ф. Степанова/Строительные материалы. - 2006. - № 7. - С. 82-83. 22. Боровских, И.В. Высокопрочный тонкозернистый базальтофибробетон: дис.... канд. техн. наук: 05.23.05 / Боровских Игорь Викторович. - , 2009. - 168 с. 130 23. Raki, L. Cement and concrete nanoscience and nanotechnology / L. Raki, J.J. Beaudoin, R. Alizadeh, J.M. Makar,T. Sato // M aterials - 2 0 1 0 .-V o l3 .-p .9 18-942. 24. Низина, T.A. Оценка эффективности влияния наномодификаторов на прочностные и реологические характеристики цементных композитов в зависимости от вида пластифицирующих добавок / Т.А. Низина, С.Н. Кочетков, А.Н. Пономарев, А.А. Козеев // Региональная архитектура и строительство. -2013 . - № 1. - С. 43-49. 25. Пудов, И.А. Наномодификация портландцемента водными дисперсиями углеродных нанотрубок: дис. ... канд. техн. наук: 05.23.05 / Пудов Игорь Александрович. 2013. - 185 с. 26. Агеев, А.Н Исследование возможности модификации карбоксилатных пластификаторов в составе модифицированных мелкозернистых бетонных смесей. Строительные материалы. - 2014. - № 4. - С. 36-41. 27. Пат. 2196731, М ПК6 С 04 В 28/02. Полиэдральные многослойные углеродные наноструктуры фуллероидного типа /А.Н. Пономарев, В.А. Никитин. - № 2000124887А; заявл. 21.09.2000; опубл.20.01.2003, - 9 с. 28. Карпова, Е.А. М одификация цементного бетона комплексными добавками на основе эфиров поликарбоксилата, углеродных нанотрубок и микрокремнезема / Е.А. Карпова, А.Э. М охамед, Г. Скрипкюнас, Я. Керене, А. Кичайте, Г.И. Яковлев, М. М ацияускас, И.А. Пудов, Э.В. Алиев, С.А. Сеньков // Строительные материалы. - 2015. - № 2. - С. 40-47. 29. Сарайкина, К. А. Наноструктурирование цементного камня при дисперсном армировании базальтовым волокном / К.А. Сарайкина, В.А. Голубев, Г.И. Яковлев, С.А. Сеньков, А.И. Политаева // Строительные материалы. -2 0 1 5 .-2 . С. 34-38. 30.Рекомендации по проектированию полов. - .: ГУП ЦПП, 1998. - 68 с. 31. Рекомендації по влаштуванню підлог (Ізоляційні та опоряджувальні покриття)..:АО«НДІпромбудівель», 1998. - 53 с. 32. ГОСТ 16349-85 Смесители цикличные для строительных материалов. Технические условия. - М.: ИПК Издательство стандартов, 1999. - 11 с. 131 33. Бродский, В.З. Таблицы планов эксперимента для факторных и полиноминальных моделей / В.З. Бродский, Л.И. Бродский, Т.И. Голикова, Е.П. Никитина, Л.А. Панченко. - М.: «М еталлургия», 1982. - 752 с. 34. Солдатенко, Л.В. Введение в математическое моделирование строительно-технологических задач / Л.В. Солдатенко. - : ОГУ, 2009. - 160 с. 35. Чепасов, В.И. Базовые параметры в многопараметрических исследованиях / В.И. Чепасов. — Германия: LAP LAM BERT Academic Publiching, 2014. - 329 с. 36. Глаголев, Е.С. Деформативні властивості дрібнозернистого бетона / Е.С. Глаголев, Р.В. Лесовик, C.B. Клюев, В.A. Богусевич // Будівельні матеріали. - 2 0 1 4 .-№ l . - C . 113-115. 37. Серых, Р.Л. Практические способы управления усадочными процессами в цементных системах при монолитном строительстве / Р.Л. Серых, Н.Ф. Башлыков // Бетон и железобетон. - 2006. - № 5. С. 2-4. 38. Булатов, И.Ю . Ползучесть и усадка фибробетона / И.Ю . Булатов // Транспортное строительство. - 2014. - № 1. - С. 19-21. 39. М етоды физико-химического анализа вяжущих вещ еств / B.C. Горшков, В.В. Тимашев, В.Г. Савельев. - М.: Высшая школа, 1981.- 335с. 40. Підлоги (Актуалізована редакция СНиП 2.03.13-88).-: ОАЩ «Ц1ІІ1», 2011 - 128с. 41. Киянец, A.B. Технология устройства монолитных полов на основе магнезиальных растворов при различных температурах: дис. ... канд. техн. наук: 05.23.08. - , 2006. - 152 с. 42. Руководство по определению экономической эффективности повышения качества и долговечности строительных конструкций. - М.: Стройиздат, 1 9 8 1 .-3 6 с. 132 43. ДБН Г. 1-4-95 П равила перевезення, складування та зберігання матеріалів, виробів, конструкцій і устаткування в будівництві Київ-М інрегіонбуд України 1995 44. ДБН В. 1.4-2.01-97 СРББ. Радіаційний контроль будівельних матеріалів та об'єктів будівництва Київ-1997. 45. ДСТУ Б Д. 1.1-1:2013 Правила визначення вартості будівництва Київ- М інрегіонбуд України 2013. 46. ДБН А.3.1-5:2016 Організація будівельного виробництва Київ- М інрегіонбуд України 2016. 47. ДБН В.2.6-22-2001 Конструкції будинків і споруд. Улаштування покриттів із застосування сухих будівельних сумішей/ Київ-.2001 48. Карапузов Є .K., Соха В.Г., Величко А.М. Системні рішення з улаш тування підлог матеріалами Ceresit і Thomsit: Посібник із проектування, влаштування та відновлення підлог— K.: Вищ а освіта, 2009. — 96 с.: іл. ISBN. 133 Анотація СЛЮ САРЕНКО І.І. «Технологія влаштування підлоги з монолітного дрібнозернистого бетону підвищ еної зносостійкості». - Рукопис. Кваліфікаційна робота магістра здобувана вищої освіти за спеціальністю 192 - Будівництво та цивільна інженерія. - Черкаський державний технологічний університет, Черкаси, 2023. Кваліфікаційна робота присвячена дослідженню та аналізу технології влаштування підлоги з монолітного дрібнозернистого бетону підвищеної зносостійкості. Побудована технологічна карта на влаштування підлоги. Розглянуті та науково обґрунтовані домішкі до монолітного дрібнозернистого бетону задля збільш ення старанності, зносостійкості покриття в промислових будівлях і спорудах. Ключові слова: дрібнозернистий бетон, монолітна підлога, технологічні параметри, зносостійкість, добавки, стираність, тріщиностійкість, міцність.