|
107 5. ТЕПЛОЭФФЕКТИВНЫЕ БЕТОНЫ НА ОСНОВЕ ГНЗ В настоящее время одним из эффективных строительных материалов является легкий бетон, применение которого позволяет снизить массу и повысить теплозащитные свойства конструкций, а также снизить трудоемкость и стоимость строительства. Снижение материалоемкости и теплопроводности строительных конструкций без потери их несущей способности и других эксплуатационных свойств является одной из целей повышения эффективности строительства. Одним из вариантов решения данных проблем является разработка и применение легкого бетона с высокими прочностными характеристиками при рациональных показателях теплопроводности и водопроницаемости. Проведенные ранее исследования [гл. 3.4] показали возможность использования гранулированного наноструктурирующего заполнителя (ГНЗ) на основе различного сырья в качестве заполнителя для легкого бетона. 5.1. Расчет состава бетона с использованием ГНЗ Разработка оптимальных составов легких бетонов с использованием гранулированного наноструктурирующего заполнителя и исследование влияния отдельных компонентов на физико-механические свойства бетона производились с использованием метода математического планирования эксперимента второго порядка. Экстремальное планирование экспериментов позволяет, используя минимальное число опытов, выбрать именно те условия, которые способствуют оптимизации выходных параметров. При этом необходимо исследовать влияние на физико-механические характеристики легкого бетона в первую очередь наиболее существенных факторов, не усложняя и без того трудоемкий метод экспериментирования и обработки экспериментальных данных. Математической моделью физико-механических свойств конструкционно-теплоизоляционных бетонов являются функции (5.1), связывающие параметры оптимизации р, R^, X, П, W с переменными факторами. |
5 ВВЕДЕНИЕ Конструкционно-теплоизоляционные бетоны, обладая полифункциональным назначением, широко востребованы в промышленном и гражданском строительстве. Основными компонентами, определяющими их эксплуатационные характеристики, являются заполнители, спектр которых как по происхождению, так и по физико-механическим характеристикам, достаточно разнообразен. При всех достоинствах, как заполнителей, применяемых вяжущих, так и бетонов в целом, к числу факторов снижающих их свойства можно отнести невысокую прочность, слабую адгезию цементного камня к заполнителю и высокое водопоглощение. Для повышения качества бетонов, в виду их поликомпонентности и полиструктурности, целесообразно разработать механизмы оптимизации структуры на всех размерных уровнях. В связи с этим рабочей гипотезой данного исследования явилась возможность создания конструкционно-теплоизоляционного бетона рациональной структуры путем последовательной направленной гетерогенизации объема композита на микро-, макрои наноуровне его структурной организации, путем интенсификации процессов гидратации вяжущего с одной стороны, и использования активного заполнителя пролонгированного действия с другой. А ктуальность. Снижение материалоемкости и теплопроводности строительных конструкций без потери их несущей способности и других эксплуатационных свойств является одной из целей повышения эффективности строительства. Одним из практических путей ее достижения является разработка и применение легких и прочных бетонов с пониженными теплопроводностью и водопроницаемостью. Использование традиционных видов заполнителей для легких бетонов, как природных, так и искусственных, приводит к существенному влагопоглощению, что существенно ухудшает их теплоизолирующие характеристики при эксплуатации. Это связано с тем, что большинство заполнителей имеют слабую контактную зону с цементным камнем, обусловленную отсутствием, либо слабым химическим взаимодействием вещества заполнителя с продуктами гидратации цемента. В связи с этим перспективным направлением является разработка заполнителей, способных к активному химическому взаимодействию с цементной матрицей, повышению ее водостойкости, прочностных характеристик и снижению теплопроводности композита в целом. 41 2 МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ПРИМЕНЯЕМЫЕ МАТЕРИАЛЫ Экспериментальные исследования проводились в лабораториях: кафедры «Строительного материаловедения, изделий и конструкций» БГТУ им. В.Г. Шухова; кафедры «Технологии и дизайна керамики и огнеупоров», БГТУ им. < В.Г. Шухова; Института Экспериментальной Минералогии РАН (ИЭМ РАН), Институте физики твердого тела (ИФТТ), г. Черноголовка Московская область; Московском Государственном Университете им. М. В. Ломоносова, факультет наук о материалах. 2.1. ТЕОРИЯ КОМПЛЕКСНЫХ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ 2.1.1. План эксперимента и программа исследования. Планирование экспериментов позволяет, используя минимальное число опытов, выбрать именно те условия, которые оптимизируют выходные параметры [137-147]. При этом необходимо исследовать влияние на физикомеханические характеристики бетона в первую очередь наиболее существенных факторов, не усложняя и без того трудоемкий метод экспериментирования и обработки данных. В качестве параметров оптимизации, характеризующие физикомеханические показатели вяжущего приняты: прочность на сжатие, прочность при изгибе и для конструкционно-теплоизоляционного бетона: пористость, средняя плотность, прочность на сжатие, водопоглощение, и теплопроводность. Идеализация динамической модели исследуемого процесса позволяет на основе математического планирования и моделирования решить задачу оптимизации эксперимента. Для этой цели используются' композиционные планы факторного эксперимента, которые позволяют получить нелинейные математические модели. При проведении экспериментальных исследований в качестве основно 120 5. СВОЙСТВА КОНСТРУКЦИОННО-ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННОГО БЕТОНА НА ОСНОВЕ ВЯЖУЩЕГО И ГРАНУЛИРОВАННОГО ЗАПОЛНИТЕЛЯ • Одним из эффективных строительных материалов является легкий бетон, применение которого позволяет снизить массу и повысить теплозащитные свойства конструкций, а также снизить трудоемкость и стоимость строительства. Снижение материалоемкости и теплопроводности строительных конструкций без потери их несущей способности и других эксплуатационных свойств является одной из целей повышения эффективности строительства. Одним из практических путей ее достижения является разработка и применение легких и прочных бетонов с пониженными теплопроводностью и водопроницаемостью. Проведенные раннее исследования [гл. 4] показали возможность использования гранулированного наноструктурирующего заполнителя (ГНЗ) на основе различного сырья в качестве заполнителя для конструкционнотеплоизоляционных бетонов. 5.1 Расчет состава бетона с учетом особенностей гранулированного заполнителя Разработка оптимальных составов конструкционно-теплоизоляционных бетонов с использованием гранулированного наноструктурирующего заполнителя и исследование влияния отдельных компонентов на физикомеханические свойства бетона производились с использованием метода математического планирования эксперимента второго порядка. Экстремальное планирование экспериментов позволяет, используя минимальное число опытов, выбрать именно те условия, которые оптимизируют выходные параметры. При этом необходимо исследовать влияние на физико-механические характеристики легкого бетона в первую очередь наиболее существенных факторов, не усложняя и без того трудоемкий метод экспериментирования и обработки экспериментальных данных. На физико-механические характеристики разрабатываемого бетона влияет множество параметров (рис. 5.1), такие как состав кремнеземистого компонента ГНЗ, размер и количество вводимого активного заполнителя, коли |