Розроблення модифікованих сухих ремонтних сумішей на основі портландцементу для герметизації швів бетонних та залізобетонних конструкцій

Abstract

Гладкий В.С., Камінський А.Т. (керівник). «Розроблення модифікованих сухих ремонтних сумішей на основі портландцементу для заповнення швів залізобетонних конструкцій». Магістерська кваліфікаційна робота. Національний університет «Львівська політехніка», Львів, 2024. Магістерська кваліфікаційна робота присвячена дослідженню і розробленню спеціально модифікованих сухих ремонтних сумішей на основі портландцементу для заповнення швів залізобетонних конструкцій. У сучасному будівництві залізобетонні конструкції є основою довговічності та стійкості багатьох споруд. Проте з часом вони зазнають впливу як зовнішніх факторів, так і внутрішніх хімічних процесів, що призводить до появи тріщин та пошкоджень у швах. Проведення ремонтів і зміцнення залізобетонних конструкцій є невід'ємною частиною забезпечення безпеки та надійності будівельної інфраструктури. Крім природного зношування, на стан конструкцій може значно впливати інтенсивне використання споруд, що прискорює процес старіння матеріалів. Регулярні технічні огляди та застосування сучасних методів ремонту дають змогу своєчасно усувати дефекти, забезпечуючи надійність і довговічність об'єктів будівництва. Це особливо актуально в контексті сталого розвитку інфраструктури, де важливим є збереження ресурсів та продовження експлуатаційного терміну споруд. Об’єкт дослідження – процес відновлення залізобетонних конструкцій шляхом заповнення швів спеціально модифікованими ремонтними сумішами на основі портландцементу. Предмет дослідження - модифіковані сухі ремонтні суміші для заповнення швів у залізобетонних конструкціях. У процесі дослідження розглянуті наступні аспекти: 1. Дослідження існуючих будівельних матеріалів і сумішей, що використовуються для заповнення швів у залізобетонних конструкціях, та оцінка їхньої ефективності в умовах різних експлуатаційних навантажень. 2. Визначення фізико-механічних характеристик сировини та компонентів, необхідних для створення модифікованих сухих ремонтних сумішей на основі портландцементу, придатних для довговічного заповнення швів. 3. Удосконалення рецептур та розробка технологій виробництва модифікованих сухих сумішей, що спрямовані на підвищення стійкості швів у залізобетонних конструкціях до впливу агресивного середовища та постійних механічних навантажень. 4. Оптимізація складу модифікованих сухих ремонтних сумішей для заповнення швів залізобетонних елементів з метою покращення їхніх експлуатаційних властивостей та довговічності. 5. Підвищення фізико-механічних характеристик і експлуатаційних характеристик розроблених сумішей, а також оцінка їх ефективності при застосуванні для заповнення та герметизації швів у залізобетонних конструкціях. 6. Оцінка економічної доцільності використання розроблених модифікованих сумішей з точки зору їх впливу на довговічність та вартість ремонтних робіт для залізобетонних конструкцій. Результати досліджень: • Здійснено літературний огляд, який висвітлює особливості виробництва та застосування сухих ремонтних сумішей, спеціально розроблених для заповнення швів у залізобетонних конструкціях. • Досліджено тенденції у виробництві сухих модифікованих сумішей, призначених для герметизації та заповнення швів у залізобетонних елементах. В результаті було розроблено оптимальний склад ремонтної суміші, яка відповідає вимогам для даного виду робіт. • Досліджено вплив мінеральних добавок на фізико-механічні властивості модифікованих сумішей для заповнення швів залізобетонних конструкцій. • Методом математичного планування експериментів були розроблені та досліджені склади модифікованих ремонтних сумішей з портландцементу ІІ типу з вапняком, золи-винесення, метакаоліну, редисперсного полімерного порошку, ефіроцелюлози та полікарбоксилатного суперпластифікатора. • Результати математичного моделювання показали, що введення оптимальної кількості КХД (5,0%) та золи-винесення (5,0%) до цементно-піщаної суміші на основі лужного портландцементу з певним складом кварцового піску (Мк2,45:Мк1,17=75:25) забезпечує міцність при стиску в діапазоні 67,9-72,8 МПа, що відповідає високим стандартам якості. • Встановлено, що модифіковані суміші для заповнення швів залізобетонних конструкцій відповідають або перевищують вимоги ДСТУ Б В.2.7-126:2011, забезпечуючи якість та довговічність. • Швидке твердіння та досягнення початкової міцності дозволяють ефективніше використовувати робочу силу, знижуючи витрати часу на ремонтні роботи. Порівняльний аналіз показав, що розроблені суміші економічно вигідніші порівняно з іншими матеріалами, доступними на українському ринку. • Собівартість матеріалів для виробництва 1 тонни модифікованої ремонтної суміші становить 5 557,8 грн, що на 12,5% дешевше від найближчого аналога ТМ SILTEK.Hladkyi V.S., Kaminskyi A.T. (supervisor). "Development of Modified Dry Repair Mixtures Based on Portland Cement for Joint Filling in Reinforced Concrete Structures." Master’s Thesis. National University “Lviv Polytechnic,” Lviv, 2024. This master’s thesis is dedicated to the research and development of specially modified dry repair mixtures based on Portland cement for filling joints in reinforced concrete structures. In modern construction, reinforced concrete structures are key to the durability and stability of many buildings. However, over time, they experience deterioration due to both external factors and internal chemical processes, leading to cracks and joint damage. Repairs and reinforcement of reinforced concrete structures are crucial for ensuring the safety and reliability of construction infrastructure. In addition to natural wear, intensive use of buildings can significantly impact their condition, accelerating the aging process of materials. Regular inspections and the application of modern repair methods allow timely defect removal, ensuring the reliability and longevity of construction objects. This is especially relevant for sustainable infrastructure development, where resource conservation and extending the lifespan of buildings are vital. An important aspect is the use of innovative approaches and materials for filling and sealing joints in reinforced concrete structures. Consequently, timely repair measures become essential to the reliable functioning of infrastructure and the safety of users. The research object is the process of restoring reinforced concrete structures by filling joints with specially modified dry repair mixtures based on Portland cement. The research subject is modified dry repair mixtures for joint filling in reinforced concrete structures. The following aspects have been considered in the research process: A literature review was conducted, highlighting the specifics of production and application of dry repair mixtures specifically developed for joint filling in reinforced concrete structures, emphasizing the relevance of using such materials for construction needs. • Analyzed current trends in the production of dry modified mixtures intended for sealing and filling joints in reinforced concrete elements. As a result, an optimal repair mixture composition was developed to meet the requirements for this type of work. • The effect of pozzolanic mineral additives on the physical and mechanical properties of modified mixtures for joint filling in reinforced concrete structures was studied. It was found that for the hardening process of binders, a new phase must form from a supersaturated solution, which requires energy for nucleation. The presence of a phase boundary reduces energy consumption, ensuring faster hardening of the mixture. • Using experimental design methods, the compositions of modified repair mixtures were developed and tested, incorporating Portland cement with limestone, fly ash, natural zeolite, redispersible polymer powder, hydroxyethyl cellulose, and a polycarboxylate superplasticizer. • Mathematical modeling results showed that introducing an optimal amount of chd (5.0%) and fly ash (5.0%) into a cement-sand mixture based on alkali Portland cement with a specific quartz sand composition (Mk2.45:Mk1.17=75:25) provides compressive strength in the range of 67.9–72.8 MPa, meeting high-quality standards. • It was determined that the modified mixtures for joint filling in reinforced concrete structures meet or exceed DSTU B V.2.7-126:2011 requirements, ensuring quality and durability. • Rapid hardening and fast initial strength development allow for more efficient labor use, reducing repair work time. Comparative analysis shows that the developed mixtures are more economically advantageous than other materials available on the Ukrainian market. • The production cost of 1 ton of modified repair mixture is 40,704 UAH, which is 15.2% cheaper than the closest alternative – SILTEK R-30. Research Results: • Conducted a review of literature sources on the characteristics of obtaining and applying repair mixes for various purposes, determining the relevance of using such repair materials in construction. • Analyzed current trends in the production of dry modified mixes for the structural repair of reinforced concrete structures. Proposed a composition for a repair mix for the structural repair of reinforced concrete structures. • Investigated the influence of pozzolanic mineral additives on the physico-mechanical properties of the modified mix for the structural repair of reinforced concrete structures. It was established that the formation of a new phase from an oversaturated solution is necessary for the setting process of binding materials, requiring energy expenditure for nucleus formation. The process of nucleus formation of a new phase is facilitated when there is a phase boundary, as it reduces the surface area of new formations and, accordingly, reduces the required energy. • Using the method of mathematical experimental design, designed and investigated compositions of modified repair mixes using Portland cement with limestone, ash residue, zeolite, fly ash, ethyl cellulose, and polycarboxylate-type superplasticizer. • Analysis of the results of mathematical modeling within the defined range of composition changes made it evident that the introduction of the optimal amount of natural zeolite (5.0% by weight) and fly ash (5.0% by weight) into the composition of the modified cement-sand mix based on alkaline Portland cement and the optimal composition of quartz sand (Mk2.45:Mk1.17=75:25) ensures compressive strength from 67.9 to 72.8 MPa. • Quality indicators of the modified construction mix for the structural repair of reinforced concrete structures were determined. The developed modified mix for the structural repair of reinforced concrete structures complies with the standard DSTU B V.2.7-126:2011 or exceeds the specified indicators. • The reduction in setting time and the attainment of initial strength allow for more efficient use of labor and shortened work completion times. The analysis of the presented data indicates that the use of modified construction mixes for the structural repair of reinforced concrete structures is more advantageous compared to other analogs in the Ukrainian market. • The production cost of 1 ton of modified construction mix for the structural repair of reinforced concrete structures is 5 557,8 UAH, which is 12.5% cheaper than the nearest analog SILTEK.