РАЗРАБОТКА СОСТАВОВ НАНОМОДИФИЦИРОВАННЫХ

ФГБОУ ВПО «Московский государственный строительный университет» НИУ
III Всероссийская конференция «Устойчивость, безопасность и энергоресурсосбережение в
современных архитектурных, конструктивных, технологических решениях и инженерных системах
зданий и сооружений»
РАЗРАБОТКА СОСТАВОВ
НАНОМОДИФИЦИРОВАННЫХ
ВЫСОКОПРОЧНЫХ
ЛЕГКИХ БЕТОНОВ
Автор: А.С. Иноземцев
аспирант института ИСА, каф. ТВВиБ
Руководитель: Е.В. Королев
д.т.н., профессор, директор НОЦ НТ
2012 г.
Область применение
легкого бетона
2
Удельная прочность бетонов
ТБ – тяжелый бетон (М400); ВПБ – высокопрочный бетон (≥ М600);
ОВПБ – особовысокопрочный бетон (≥ М1000); ЛБ – легкий бетон
(М250); ВПЛБ – высокопрочный легкий бетон (≥ М400)
3
Мировой опыт создания прочных легких бетонов
Год
Страна
Прочность
при сжатии,
МПа
Средняя
плотность,
кг/м3
Удельная
прочность,
МПа
1999
Кувейт
22
1520
14,4
2002
Германия
14…25
1800
7,5…15
2003
Бразилия
40…50
1450…1600
24,5…30,5
2003
Турция
30…40
1800…1860
16,1…22,2
2004
Япония
47…54
1800…1850
27,5…30,0
2007
Россия
46…61
1800
25,5…33,8
2007
Россия
42…48
1600…1650
25,4…28,7
4
Выбор наполнителя для ВПЛБ
ПСМС – полые стеклянные микросферы, ПАСМС – полые
алюмосиликатные микросферы, ПЗМС – полые золомикросферы
5
Портландцемент
ПЦ500 Д0
Наномодифицированые
полые микросферы
(стеклянные или
алюмосиликатные)
Наполнитель
Вяжущее
Наноразмерный
модификатор
Комплексный
модификатор на
основе золь
гидроксида железа
Состав
наномодифицированного
высокопрочного легкого
бетона
Добавки
Минеральная часть
Полидисперсные
минеральные
компоненты
Вода
• Пластификатор
• Другие
6
Структурная модель наноразмерного модификатора
Мицелла
гидроксида
переходного
элемента
Кремнийкислородный
каркас
Приготовление
наномодификатора
Анионная
оболочка
1. Приготовление раствора прекурсора
(хлорид переходного элемента)
2. Перевод истинного раствора в золь
(коллоидный раствор гидроксида)
Аппретирование
наполнителя
Микросферы
3. Введение каркасообразователя
(силикат натрия)
7
Физико-механические свойства ВПЛБ
8
Микрофотография структуры ВПЛБ
9
Некоторые свойства ВПЛБ
Наименование показатель
Значение
Средняя плотность, кг/м3
1300…1500
Предел прочности при сжатии, МПа
40,0…65,0
Удельная прочность, МПа
30,0…55,0
Водопоглощение, %
менее 2,5
Коэффициент теплопроводности, Вт/м∙К
менее 0,60
Коэффициент температуропроводности, ∙10-7 м2/с
менее 5,00
Удельная теплоемкость (при T=25oC), кДж/кг∙К
0,80…1,15
10
Преимущества наномодифицированных
высокопрочных легких бетонов
Показатель
Высокая прочность
Низкая средняя плотность
Высокая удельная
прочность
Закрытая пористость
Низкое водопоглощение
Низкая теплопроводность
Высокая звукоизоляция
Высокопрочный
тяжелый бетон
Легкий
бетон
Наномодифицированный
высокопрочный легкий
бетон
+
–
+
–
+
–
+
+
+
+
+
–
–
–
–
+
+
+
+
+
+
11
Область
применения наномодифицированного
высокопрочного легкого
бетона
12
ФГБОУ ВПО «Московский государственный строительный университет»
Конкурс «У.М.Н.И.К. - 2012»
Спасибо за внимание!
Доклад окончен.
2012 г.
Конкурентные преимущества
 низкая средняя плотность, позволяющая уменьшить вес изделий
(конструкции, сооружения);
 высокая прочность, обеспечивающая конструкционные качества;
 низкая теплопроводность.
Начальные условия
№
Значение
Показатель
Тяжелый бетон
ВПЛБ
Начальные условия
1
Тип здания
Каркасно-панельный
2
Площадь основания, кв.м.
3
Базовая этажность здания
4
Класс прочности бетона
5
Средняя плотность бетона, кг/м3
2400
1400
6
Стоимость 1 м3 бетона, руб.
4500
8500*
7
Стоимость 1 м2 возведенного объекта, руб.
1000
–
16
B30
50 000
* – стоимость 1 м3 высокопрочного легкого бетона при стоимости алюмосиликатных
микросфер 11,75 руб./кг;
14
Расчетные параметры
№
Значение
Показатель
Тяжелый бетон
ВПЛБ
Расчетные данные
7
Масса конструкций из бетона, Мт, млн.т.
8
Коэффициент изменения плотности
9
Объем бетона, ∙103 м3
10
13,6
1,714
5,53
9,48
Общая площадь этажей, ∙103 м2
16
28
11
Затраты на материалы, млн. руб.
18,21
80,58
12
Затраты на возведение 1 м2 здания**, тыс. руб.
1,14
2,94
13
Затраты на теплоизоляционные работы, млн. руб.
4,02
3,61
14
Экономия на теплоизоляционных работах, %
15
Совокупный доход от продажи здания, млн.руб.
16
Экономический эффект, %
13,45
610
1100
44,50
** – стоимость общестроительных работ принята за 200% от стоимости материалов, стоимость 1 м2
земли – 90 тыс. руб.
15
Малайзия, Куала-Лумпур
ВПБ
Экономическая эффективность, %
Башня Петронас
ВПЛБ
45
40
35
30
300
350
400
450
500
550
600
700
800
900 1000 1500 2000 3000 5000
Влияния площади основания здания на
экономическую эффективность применения ВПЛБ
Экономическая эффективность, %
525 м. – 123 этажа
375 м. – 88 этажей
Площадь основания здания, м2
60
55
50
45
40
35
30
5
7
8
9
10
15
16
25
30
35
40
50
75
100
Этажность здания, этаж
Влияние этажности здания на экономическую
эффективность применения ВПЛБ
16
Снижение материалоемкости
Экономия металлической арматуры
s 
b  2b  4 0 k 0  4 02 k 02
2 0 k 0 b
Экономия бетона
b 
0k 0 1
s2 0 k 0  s0
Зависимость коэффициента изменения расхода
арматурной стали от исходного коэффициента
армирования (при исходном классе бетона М400, для
высокопрочного легкого бетона М600 и легкого бетона М250)
Экономический эффект – не менее 30%
17
ФГБОУ ВПО «Московский государственный строительный университет»
Спасибо за вопрос!
2012 г.