W niniejszej monografii przedstawiono w sposób możliwie najbardziej uporządkowany ' dotychczasowy stan wiedzy o wibracyjnym kształtowaniu właściwości cementowych ośrodków dyspersyjnych.
Zasadniczym celem było zebranie i przedstawienie w przystępnej formie wyników badań ! z ostatnich 15 lat, jakie zostały przeprowadzone w większości indywidualnie przez autora. ' Część badań została zrealizowana z profesorami z Rosji w NIIŻB, z profesorami z Ukrainy
w Dniepropietrowsku oraz z doktorantami w Politechnice Białostockiej. Wyniki wspólnych
badań zostały opublikowane w artykułach i referatach.
Współczesna technologia betonu jest na etapie przejścia od tradycyjnych ekstensywnych ' metod do intensywnej technologii warunkującej przyśpieszenie technologicznych procesów produkcji z istotnym zmniejszeniem zużycia cementu, energii i nakładu pracy, a przede ' wszystkim uzyskanie jakościowo lepszych konstrukcji inżynierskich. Wysokie wymagania stawiane tym konstrukcjom mogą być spełnione tylko w przypadku kompleksowego działania , czynników mechanicznych, chemicznych i fizycznych w procesie ich wytwarzania. Wymaga to jednak zastosowań optymalizacji w projektowaniu tak złożonych procesów produkcyjnych. , Aby zapewnić efekty ekonomiczne i jakościowe w procesie produkcji należy na etapie optyinalizacji przestrzegać kryteriów tworzenia optymalnej struktury betonu w konstrukcji.
Optymalizacja operacji technologicznych może przynieść wymierne korzyści, zwłaszcza wobec rozwoju domieszek chemicznych, mikronapełniaczy (dodatków), nowych klas cementów, rozproszonego uzbrojenia, impregnacji polimerami itd. Wzrost liczby czynników zmiennych utrudnia już intuicyjny dobór reżimów poszczególnych operacji technologicznych w procesie wytwarzania często bardzo skomplikowanych i odpowiedzialnych konstrukcji inżynierskich.
Przedstawione badania dobitnie wskazują na istniejącą jeszcze rezerwę w wytrzymałości betonów zwykłych. Nadal w technologii betonu nie wykorzystuje się dużej części klinkieru cementowego, która często w 40 % swojej pierwotnej objętości nie podlega hydratacji w wyrobach betonowych.
W latach siedemdziesiątych w wielu krajach próbowano znaleźć swoiste panaceum, w postaci domieszek chemicznych, na poprawę procesu hydratacji cementu, urabialności mieszanek betonowych czy też przyśpieszania twardnienia betonu. Wkrótce jednak okazało się, że mimo pewnych wymiernych korzyści technologicznych, domieszki mają wiele skutków ubocznych, a ponadto wymagają doświadczalnego ustalenia ich zawartości w betonie oraz są bardzo drogie. Stąd też autor udawadnia celowość stosowania dodatkowej operacji w procesie przygotowania mieszanek betonowych - aktywacji cementu. Tego typu operacja pozwoli uzyskać betony o większym wskaźniku hydratacji cementu, poprawić jakość strefy przejściowej pomiędzystwardniałym zaczynem cementowym a kruszywem, a tym samym uzyskać oszczędności na spoiwie lub wydatnie zwiększyć właściwości techniczne betonu w konstrukcji.
Sam proces wibracyjnego zagęszczania mieszanek betonowych wymaga obecnie innej interpretacji od dotychczas powszechnie głoszonej: im większa częstotliwość drgań tym większa skuteczność wibracji. W rzeczywistości okazuje się, że jest odwrotnie. Jednakże do takiego stwierdzenia można było dojść dopiero po wielu latach badań nad mechanizmem oddziaływania wibracji na cementowe ośrodki dyspersyjne. Oczywiście tam gdzie wibracja, tam występują takie problemy jak hałas i drgania podłoża oraz segregacja składników dyspersyjnego ośrodka. Co się tyczy warunków pracy, to problem się minimalizuje w przypadku zastosowania urządzeń z niskoczęstotliowościowymi parametrami drgań. Natomiast z segregacją podczas wibracji można poradzić sobie poprzez odpowiedni dobór parametrów drgań lub składu betonu albo poprzez zastosowanie prostych zabiegów technologicznych opisanych w monografii.
W uzasadnionych technologicznie przypadkach celowe jest zastosowanie rewibracji mieszanki betonowej. Przeprowadzona rewibracja o optymalnych parametrach ruchu drgającego na początku utajonego okresu hydratacji cementu, intensyfikuje przemiany strukturalne, co z kolei powoduje przebudowę strefy przejściowej i tym samym poprawę właściwości stwardniałego betonu.
Nadal wymaga rozwiązania problem standaryzacji metodyki badawczej oraz modelu reologicznego zaczynów i drobnoziarnistych zapraw cementowych. W przypadku wibrowanych mieszanek betonowych należy najpierw opracować urządzenie, a następnie metodykę badań reologicznych. Droga do standaryzacji w zakresie reologii mieszanek betonowych jest jeszcze bardzo długa.
Mając na uwadze rosnące wymagania stawiane konstrukcjom i wyrobom betonowym można spodziewać się, że w niedalekiej przyszłości nastąpi szybki rozwój nowych urządzeń oraz doskonalszych metod optymalizacyjnych w realizacji poszczególnych operacji technologicznych z uwzględnieniem wysokiego stopnia ich mechanizacji, a nawet często i automatyzacji.
The work includes the discussion of the results of research that have been carried out for the last 15 years mainly by the author. The state-of-art in the range of vibroforming of cement dispersion mediums structure has been presented on the basis of own research and foreign literature, mainly proceedings of conferences and scientific publications.
The main object of the work was to systematise and present own hypotheses in the range of applying regulated parameters of vibration in concrete technology.
The monograph consists of 7 chapters and 112 quoted references (80 in foreign languages).
Criteria of physico-chemical mechanics on the basis of Rebinder, Atkins's and own works are formulated in chapter 1. The necessity of complex action of mechanical, chemical and physical factors in the present concrete technology is pointed. The hypothesis of the efficiency of specified values of accelerations of biharmonic vibrations in the process of comprymation and activation of multiphase cement mediums is presented.
Chapter 2 presents the state of knowledge in the range of theology of vibrated cement pastes and mortars. The results of the own examinations of theological parameters of vibrated concrete mixes using Coulomb and Kelvin-Voigt's model are described.
Chapter 3 is devoted to the process of mechanical activation of cement pastes and mortars. Modified Froude's criterion has been accepted on the basis of dimensional analysis and examinations. It allows to determine the range of effective accelerations of biharmonic vibrations and the height of influence of the source of vibration in the dispersion medium. The thesis of purposefulness of utilising the effect of vibration boiling in the process of disaggregation and disintegration of cement flocules in cement paste of WIC = 0,2-0,5 has been experimentally proven. Vibro-turbulent method of activation of cement suspensions of WIC = 0,6- 1,0 has been proposed. Parameters of activation and the amount of activated cement in pastes, mortars and concrete mixes have been optimised. The hypothesis of purposefulness of common additional grinding of part of Portland cement, plasticizing chemical admixture and mineral additives of low pozzolana properties has been proven on the basis of optimising examinations using theory of experiment planning. The binder of higher technical properties and lower water consumption has been obtained.
The analysis of two-stage vibro-consolidation of concrete mixes on the basis of corpuscular phenomenological theory is presented in chapter 4. Two mathematical models are proposed for the following phases of texture forming and consolidation of the structure of dispersion mediums Technological effectiveness of vibration (TSD) has been determined for the first phase of texture forming. It does not depend on consistency of concrete mix but only on the value of acceleration of vibration of concrete mixes. The mechanism of tearing off concrete mix from the bottom of the form and suction of external air in the function of inertial tensile stresses in the I and II phase of vibration with regulated parameters has been explained.
Chapter 5 is devoted to the problem of segregation in vibrated continuous mediums. Mechanism of segregation in the function of tensile stresses occurring in concrete mix during vibration has been explained. The ways of decreasing and even eliminating the process of segregation during the second phase of consolidation of mix structure have been proposed. The influence of vibration parameters, the kind of vibration and concrete mixes composition on the segregation of their components has been determined. The phenomenon of overvibration of the mix and the moment of tearing its continuity in time in the function of vibration parameters and concrete composition have been determined for the first time.
Chapter G is devoted to the role of revibration in shaping the structure of cement continuous mediums. Optimum parameters of vibration and the influence of high temperature on the effect of vibration of cement pastes have been presented. Mechanism of kinetics of pastes and concrete mixes hardening in the case of applying additional vibration reaction in the period of latent cement hydration has been also described. It has been experimentally proven that revibration influences first of all restructuring of the interfacial zone and more even distribution of free water in the case of concrete mixes of W/C < 0,5.
Chapter 7 generally summarises research. Directions of further investigation in the range of vibration in the process of preparing and consolidation cement dispersion mediums have been also given. The role of optimisation of technological operations in the process of producing engineering structures have been emphasised.
Spis treści:
1. Wprowadzenie
2. Reologiczne zachowanie się wibrowanych zaczynów i mieszanek betonowych
2.1. Wstęp
2.2. Właściwości reologiczne wibrowanych zaczynów cementowych
2.3. Metody badań właściwości reologicznych mieszanek betonowych
2.3.1. Wstęp
2.3.2. Metoda pomiaru sił wewnętrznych
2.3.3. Metoda Stokesa
2.3.4. Metoda pomiaru współczynnika tarcia dynamicznego
2.4. Podsumowanie
3. Aktywacja cementowych ośrodków dyspersyjnych
3.1. Wstęp
3.2. Istota mechanicznej aktywacji zaczynów i zapraw cementowych
3.3. Wykorzystanie zjawiska wrzenia wibracyjnego w procesie aktywacji cementu
3.3.1. Wibracyjna aktywacja zaczynów cementowych
3.3.2. Wibracyjna aktywacja zapraw cementowych
3.3.3. Wpływ wibroaktywowanego cementu na właściwości zapraw i betonów
3.4. Wibracyjno-turbulentna aktywacja zawiesin cementowych
3.4.1. Istota aktywacji wibracyjno - turbulentnej
3.4.2. Wyniki badań eksperymentalnych i ich analiza
3.4.3. Kompleksowa aktywacja składników betonu i zaprawy cementowej
3.5. Optymalizacja składu spoiwa cementowo-krzemianowego i procesu jego przemiału
3.5.1. Wpływ stopnia rozdrobnienia na właściwości zaczynu cementowego
3.5.2. Informacje ogólne o badaniach
3.5.3. Optymalizacja składu spoiwa
3.5.4. Właściwości zaczynów, zapraw i betonów na spoiwie cementowo - krzemianowym
3.5.5. Badania strukturalne zaczynów cementowo - krzemianowych
3.5.6. Właściwości betonów na spoiwie cementowo - krzemianowym
3.6. Podsumowanie
4. Wibrowanie mieszanek betonowych
4.1. Wstęp
4.2. Mechanizm wibrowania i jego analiza wymiarowościowa
4.3. Koipuskularny charakter tworzenia tekstury cementowych ośrodków dyspersyjnych
4.4. Formowanie struktury dyspersyjnych ośrodków ciągłych
4.5. Podsumowanie
5. Proces segregacji w dyspersyjnych ośrodkach ciągłych
5.1. Wstęp
5.2. Wiadomości ogólne o badaniach
5.3. Segregacja mieszanek betonowych o C/W< 2,5
5.4. Segregacja mieszanek betonowych o C/W> 2,5
5.5. Podsumowanie
6. Rola rewibracji w kształtowaniu struktury cementowych ośrodków ciągłych
6.1. Wstęp
6.2. Dwuetapowe koagulacyjne zagęszczanie zaczynu cementowego
6.3. Rewibracja mieszanek betonowych
6.4. Właściwości rewibrowanych betonów zwykłych
6.5. Podsumowanie
7. Zakończenie
Publikacje cytowane
Summary
Reziume
