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/6164| Title: | Підвищення ефективності модифікованих багатокомпонентних будівельних композитів |
| Authors: | Березань, Микола Олександрович Макаренко, Олександр Михайлович |
| Keywords: | будівельні матеріали;бетон;модифікація;композиційний матеріал;структура;властивості;вʼяжуче;технології;міцність;ефективність |
| Issue Date: | Jan-2024 |
| Abstract: | Макаренко О.М. «Підвищення ефективності модифікованих багатокомпо- нентних будівельних композитів». – Рукопис. Кваліфікаційна робота на здобуття ОС магістра зі спеціальності: 192 – "Будівництво та цивільна інженерія". Освітня програма - "Промислове і цивільне будівництво"–Черкаський державний технологічний університет, Черкаси, 2023. Виявлено особливості технології виготовлення високоміцних бетонів, вимоги до вихідних матеріалів. Розглянуто підходи до класифікації високоміцних бетонів у різних країнах, у тому числі виробів на основі багатокомпонентних композитів із заповнювачами, області їх застосування. Проаналізовано основні положення подібності до властивостей компонентів твердіючої системи, що дозволить створювати високоміцні бетони з необхідними фізико-механічними та експлуатаційними властивостями. Реалізація положень цього під час створення будівельних конструкцій забезпечить високу гарантовану якість продукції, її екологічну безпеку, ефективне використання сировинних ресурсів. Встановлено, що для отримання композиційного в'яжучого істотне значення має багатокомпонентний та полімінеральний склад при високій дисперсності їх частинок, а також характер розподілу частинок по розмірів із високим коефіцієнтом упаковки. Визначено вплив компонентів складу та питомої поверхні порошкоподібних матеріалів на властивості композиційного в'яжучого ремонтних сумішей: усадку, деформативні характеристики, адгезію до відновлюваних поверхонь, довговічність. |
| URI: | https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/6164 |
| Appears in Collections: | 192 Будівництво та цивільна інженерія (Промислове і цивільне будівництво) |
Files in This Item:
| File | Description | Size | Format | |
|---|---|---|---|---|
| Макаренко диплом.pdf Restricted Access | 2.62 MB | Adobe PDF | View/Open Request a copy |
Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.
Extracted text
3
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 Пряник С.П.
___________________________________
"_____" ________________ 2023 р.
ЗАВДАННЯ
НА КВАЛІФІКАЦІЙНУ РОБОТУ МАГІСТРА ЗДОБУВАЧУ ВИЩОЇ ОСВІТИ
Макаренко Олександр Михайлович
(прізвище, ім’я, по батькові )
1. Тема "Підвищення ефективності модифікованих багатокомпонентних
будівельних композитів"
(назва теми)
Керівник к.т.н., доцент Березань М.О.
(прізвище, ім’я, по батькові, науковий ступінь, вчене звання)
затверджена наказом по університету від " 04 " 10 2023 р. № 263/04
2. Строк подання студентом роботи " 18 " 12 20 23 р.
3. Вихідні дані до роботи
_____________________________________________________________________________
4. Зміст і календарний план
Розділи Строк виконання
Вступ 03.11.23
Розділ 1. АНАЛІЗ СТАНУ ПИТАННЯ 15.11.2023
Розділ 2. ТЕОРЕТИЧНІ ОСНОВИ ПІДВИЩЕННЯ ЕФЕКТИВНОСТІ 25.11.2023
БАГАТОКОМПОНЕНТНИХ КОМПОЗИТІВ
Розділ 3. РЕГУЛЮВАННЯ СТРУКТУРИ І ВЛАСТИВОСТЕЙ 10.11.2023
КОМПОЗИЦІЙНИХ В'ЯЖУЧИХ ПОРОШКОВИМИ МІНЕРАЛЬНИМИ
МОДИФІКАТОРАМИ
Розділ 4. АНАЛІЗ ТЕОРЕТИЧНОГО ТА ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО 18.11.2023
ОБГРУНТУВАННЯ ПРОЕКТУВАННЯ ТА ОПТИМІЗАЦІЇ
ВЛАСТИВОСТЕЙ КОМПОЗИТІВ У БУДІВНИЦТВІ
Висновки 19.12.2023
Виготовлення ілюстративного матеріалу 19.12.2023
Оформлення роботи 20.12.2023
Попередній захист роботи
Дата видачі завдання " 01 " 11 2023 р.
Студент ___________ Макаренко О.М.
(підпис) (прізвище та ініціали )
Керівник ___________ Березань М.О.
(підпис) (прізвище та ініціали )
Рішення комісії
з попереднього захисту від «____» ____________ 20 __р.
4
Кваліфікаційна робота магістра здобувача вищої освіти
до захисту
(прізвище, ініціали)
(рекомендується / не рекомендується)
Голова комісії:
________________________________________ _____________
(науковий ступінь, вчене звання , посада, ,прізвище, ініціали) (підпис)
Члени комісії:
1. __________________________________ _____________
(науковий ступінь, вчене звання , посада, ,прізвище, ініціали) (підпис)
2. ______________________________________ _____________
(науковий ступінь, вчене звання , посада, ,прізвище, ініціали) (підпис)
3. ______________________________________ ____________
(науковий ступінь, вчене звання , посада, ,прізвище, ініціали) (підпис)
4. ______________________________________ ____________
(науковий ступінь, вчене звання , посада, ,прізвище, ініціали) (підпис)
Примітки:
1.Перша сторінка індивідуального завдання на кваліфікаційну роботу магістра здобувача вищої освіти заповнюється
студентом під керівництвом наукового керівника, друга — науковим керівником
2. Порушення студентом термінів подання заяви на затвердження теми магістерської роботи, погодження з керівником
індивідуального завдання, несвоєчасне завершення розділів та роботи в цілому є підставою для його відрахування з
університету як такого, що не виконує навчальний план.
5
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
Доцент, к.т.н. Пряник С.П.
«______» ________________ 2023 р.
УДК__________
Пояснювальна записка
до магістерської випускної роботи
магістр
(освітній ступінь)
на тему "Підвищення ефективності модифікованих багатокомпонентних
будівельних композитів"
(найменування теми)
Виконав: студент 2 курсу, групи ЗМГБ-204
спеціальності 192-«Будівництво та цивільна інженерія»
(шифр, назва)
_____________ Макаренко О.М.
(підпис) (прізвище, ініціали)
Керівник магістерської роботи
к.т.н., доцент Берзань М.О.
(науковий ступінь, вчене звання,, прізвище, ініціали) (підпис)
Рецензент магістерської роботи
________
(посада , науковий ступінь, вчене звання, прізвище, ініціали) (підпис)
Черкаси – 2023 рок
6
ЗМІСТ
ВСТУП ………………………………………………………………………... 8
РОЗДІЛ 1. АНАЛІЗ СТАНУ ПИТАННЯ…………………………………… 12
1.1 Аналіз розвитку будівельного матеріалознавства……………….. 12
1.2 Класифікаційні ознаки сучасних композиційних матеріалів…… 14
1.3 Довговічність композиційних матеріалів та її прогнозування….. 29
Висновки до розділу 1…………………………………………………. 30
РОЗДІЛ 2. ТЕОРЕТИЧНІ ОСНОВИ ПІДВИЩЕННЯ ЕФЕКТИВНОСТІ
БАГАТОКОМПОНЕНТНИХ КОМПОЗИТІВ……………………………… 31
2.1 Концепція самовідновлення композиційних матеріалів……….. 31
2.2 Аналіз подібності у підборі складів та формуванні структури
модифікованих композитів……………………………………………. 34
Висновки до розділу 2…………………………………………………. 50
РОЗДІЛ 3. РЕГУЛЮВАННЯ СТРУКТУРИ І ВЛАСТИВОСТЕЙ
КОМПОЗИЦІЙНИХ В'ЯЖУЧИХ ПОРОШКОВИМИ МІНЕРАЛЬНИМИ
МОДИФІКАТОРАМИ……………………………………………………….. 51
3.1 Аналіз класифікації та особливостей проектування
композиційних в'яжучих………………………………………………. 51
3.2 Розгляд композиційних в'яжучих для будівельних композитів
різного призначення …………………………………………………... 59
Висновки до розділу 3…………………………………………………. 65
РОЗДІЛ 4. АНАЛІЗ ТЕОРЕТИЧНОГО ТА ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО
ОБГРУНТУВАННЯ ПРОЕКТУВАННЯ ТА ОПТИМІЗАЦІЇ
ВЛАСТИВОСТЕЙ КОМПОЗИТІВ У БУДІВНИЦТВІ……………………..
4.1 Технічні вимоги до ремонтних (монтажних) розчинів та 67
підвищення ефективності монтажних сумішей для ремонтних та
відновлювальних цілей………………………………………………... 67
7
4.2 Оптимізація складу та підвищення ефективності композитів для
унікальних будівель з техногенною сировиною…………………….. 80
4.3 Розрахунок економічного ефекту від запровадження
результатів роботи……………………………………………………... 87
Висновки до розділу 4…………………………………………………. 91
ЗАГАЛЬНІ ВИСНОВКИ……………………………………………………... 92
СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ…………………………………….. 94
8
ВСТУП
Будівельні матеріали, модифіковані на основі принципів
трансдисциплінарності та полімінеральності складу, що уособлюють новий
якісний стрибок у сучасному матеріалознавстві. Завдяки поєднанню високої
міцності, захисних та екологічних властивостей, а також технологічності та
економічності за рахунок застосування техногенної сировини, модифіковані
будівельні матеріали є ефективними композитами у багатьох галузях сучасної
будіндустрії, що забезпечують оптимізацію системи «людина – матеріал –
довкілля», тобто, мінімальне навантаження на людину з боку навколишнього
середовища завдяки своїй захисній дії.
Важливим напрямом підвищення ефективності та оптимізації
властивостей модифікованих багатокомпонентних будівельних матеріалів є
застосування трансдисциплінарного принципу, що поєднує теоретичне
обґрунтування та технічне вирішення проблеми створення полімінеральних
твердіючих систем з мінімальними матеріальними та енергетичними витратами.
Такі системи є об'єктом дослідження у цій роботі, яка присвячена технологічним
аспектам виробництва ефективних будівельних матеріалів, модифікованих
порошковими модифікаторами з полімерною добавкою, що володіють високими
експлуатаційними характеристиками.
Науково обґрунтовані методи управління структуроутворенням у
полімінеральних твердіючих системах з порошковими модифікаторами
розглядаються у цій роботі, як предмет дослідження, що відповідає повному
використанню потенціалу тонкодисперсних полімінеральних компонентів
складу матеріалу, у тому числі з техногенної сировини. Даний предмет
дослідження відповідає перспективній концепції, що об'єднує матеріалознавчі та
конструкторські завдання, що не реалізуються при традиційних підходах
створення будівельних виробів та конструкцій з звичайних бетонів.
Вивчення властивостей та технології виготовлення модифікованих
будівельних матеріалів – важливе напрямок сучасного матеріалознавства. У той
9
же час існує необхідність розвитку досліджень для розширення
фундаментального знання та реалізації наукових положень матеріалознавства, а
також повнішого розуміння схем та механізмів кристалізаційних процесів при
гідратації модифікованих цементовмісних систем, визначення способів
управління структуроутворенням штучних кам'яних будівельних матеріалів.
Грунтуючись на фундаментальних результатах, актуальним є розгляд
ефекту спільної взаємодії великої кількості полімінеральних компонентів складу
матеріалу, отриманого із спеціальних сумішей, систематизація закономірностей
формування структури багатокомпонентних композицій, включаючи стадії
цього процесу, та розробку технологічних прийомів регулювання процесу
структуроутворення.
Мета роботи полягає у аналізі теоретичних засад оптимізації
експлуатаційних характеристик будівельних матеріалів за принципами
модифікації багатокомпонентних твердіючих систем.
Для досягнення мети поставлені такі завдання досліджень:
1. Аналіз та систематизація сучасних аспектів проблеми, що обмежує
застосування будівельних матеріалів, модифікованих багатокомпонентними
модифікаторами, та конструкцій на їх основі будівництві.
2. Встановлення взаємозв'язку між складом, структурою та властивостями
будівельного композиційного матеріалу, отриманого з багатокомпонентної
суміші, що містить енергетично активну сировину, у тому числі, техногенну, та
закономірностей формування його структури. Розвиток уявлень про посилення
взаємодії між компонентами сировини з подібними технічними та
енергетичними характеристиками.
3. Аналіз теоретичних засад модифікування структури будівельних
матеріалів, отриманих на основі композиційного в'яжучого порошковим
мінеральним модифікатором (ПММ), що містить гіперпластифікатор і
тонкодисперсні полімінеральні компоненти, в тому числі техногенного
походження.
10
4. Теоретичне обґрунтування отримання модифікованих дрібнозернистих
бетонів різного функціонального типу з використанням кварцитопісщаника та
гранітного відсіву (для монолітного будівництва, полегшених поризованих
бетонів підвищеної міцності, унікальних та складних конструкцій).
Наукова новизна магістерської роботи полягає в наступному:
- обгрунтовано уявлення про початкову фазу процесу
структуроутворення у багатокомпонентних полімінеральних
твердіючих системах на композиційних в'яжучих;
- введено поняття «подоби» технічних властивостей матеріалів, яке
полягає у використанні сировини певного мінерального складу з
близькими за значенням фізико-механічними властивостями
(коефіцієнт температурної зміни обсягу, деформативні характеристики
та ін.), фізико-хімічними (електродний потенціал, знак заряду поверхні
та ін.) та порівнянними енергетичними показниками (вільна енергія,
енергія атомізації, енергощільність та ін.). Це зумовлює швидке
формування та щільну упаковку новоутворень штучного каменю при
взаємодії компонентів сировини в модифікованій твердіючій системі;
- проаналізовано, що ефективність застосування карбонатного (крейди),
силікатного (піску) та алюмінатного (глиниста порода) компонентів
сировини в порошковому мінеральному модифікаторі (ПММ)
визначається інтегруванням модифікуючих ефектів кожного з них при
спільній дії. Це зумовлює вибір матеріалів з урахуванням подібності їх
властивостей.
Практичне значення роботи:
- Проведені аналізи оптимізації фазових, структурних та експлуатаційних
характеристик будівельних матеріалів, модифікованих мінеральними
багатокомпонентними добавками
- Результати аналізів важливі для отримання сучасних високоміцних
матеріалів із межею міцності при стисканні до 100 МПа. З використанням
промислових відходів були розглянуті багатокомпонентні композити з
11
питомою міцністю 0,3-0,4 МПа/кг, що у 2-2,5 рази вище, ніж у традиційних
бетонів, та питомою роботою руйнування, віднесеної до витрати цементу,
15 Дж/кг, що значно перевищує цей показник для традиційних бетонів.
Достовірність наукових положень, висновків і результатів досліджень
магістерської роботи підтверджується: кореляцією теоретичних положень і
результатів аналізу досліджень; повнотою і достовірністю даних; достатнім
обсягом використаної літератури.
Структура і обсяг роботи. Магістерська робота складається зі вступу,
чотирьох розділів, висновків, списку використаних джерел із 49 найменувань.
Загальний обсяг роботи 96 сторінок. Основний текст магістерської роботи (без
урахування змісту та списку використаних джерел) виконаний на 88 сторінках
друкованого тексту і містить 22 рисунки, 15 таблиць.
12
РОЗДІЛ 1. АНАЛІЗ СТАНУ ПИТАННЯ
1.1 Аналіз розвитку будівельного матеріалознавства
Виробництво будівельних матеріалів завжди було пов'язане з великими
енерго- та трудовитратами. Однак, незважаючи на них, будівельні матеріали, як
засіб забезпечення життєвоважливих процесів людського суспільства, постійно
вдосконалювалися, забезпечуючи зростання суспільних потреб [38].
Розвиток технологій виробництва будівельних матеріалів та виробів
розкриває зв'язок між технологією та наукою, і показує, як під впливом
практичних потреб формуються наукові положення та як, потім, наука створює
необхідні умови для інтенсивного розвитку технології виробництва того чи
іншого матеріалу (рисунок 1.1).
Рисунок 1.1 – Блок-схема комплексних взаємозв'язків матеріалознавства з
науково-технічним прогресом суспільства
13
Одним із найдавніших будівельних матеріалів можна вважати бетон –
штучно створюваний камінь із мінеральної чи органічної сировини. Історики
відзначають щонайменше 5-ти тисячолітній вік цього матеріалу. Найдавніша
Анаутська культура (Туркменістан) стала вихідним центром поширення досвіду
виробництва бетонних будов [38]. Переважним типом будов тут були «городища
з житловими стінами» (до 5 м завширшки та до кількох кілометрів у довжину),
зведеними з бетону, виготовленого з застосуванням природного каменю та
розчину («пакси»). У таких стінах жили люди та розміщувалися всі побутові
приміщення (рисунок 1.2.).
Рисунок 1.2 – Городище Кюзелі-сир із «житловими стінами»
Найдавніша країна, що зберегла до наших днів свої бетонні споруди –
Єгипет. Прикладом довговічності бетонних споруд є єгипетські піраміди.
Останнім часом з'явилася гіпотеза про штучне походження кам'яних блоків, з
яких споруджено піраміди – ці блоки формувалися з дрібнозернистого бетону на
піраміді, тверділи там же і підганяли за місцем. Кладка виготовлялася зверху
вниз на розчині, що складається із суміші вапна, піску та добавок.
14
Небувалого розвитку технологія бетонних робіт досягла у Стародавній
Греції, де було використано досвід виробництва ранніх епох. Прикладом
досягнення творчої технологічної думки вважатимуться таке. Найдавніші
мешканці берегів Егейського моря – жителі острова Крит, згадки про поселення
яких відносяться до 5-го тисячоліття до н.е. споруджували стіни з кладки
природного каменю та вапна з добавками (склад невідомий). При цьому їм
вдалося підвищити гідравлічність повітряного вапна, настільки, що частина, що
занурилася у воду після землетрусу, конструкції, за тисячоліття збереглася у
вигляді «сот» з розчину кладки, оскільки морська вода розчинила природний
камінь блоків муру [39].
Бетонні будови Стародавнього Риму (III-II ст. до н.е.) – фортечні стіни,
дороги, підземний канал (з цікавою назвою "Клоака Максима"), підводні
споруди зводилися з урахуванням прототипу пуццоланового цементу. Для
виготовлення бетону масово застосовувалося вапно. Для кладки правилами
заборонялося застосовувати гашене вапно, що не досягло 3-х років з моменту
замішування водою.
У сучасну епоху (1849 р.) француз Ж. Ламбо виготовив човен з дротяної
сітки, обмазаної з обох боків цементним розчином, яка потім була виставлена на
всесвітній виставці в Парижі 1855 р., який вважається винахідником сучасного
залізобетону.
Приблизно до середини в XIX ст. будівельно-технологічна наука, як у
теоретичному, так і в практичному плані завоювала цілком тверді позиції, і з
цього часу без участі інженерів-технологів, які твердо засвоїли теоретичні
знання, практично вже не виготовляються сучасні будівельні матеріали.
1.2 Класифікаційні ознаки сучасних композиційних матеріалів
Раціональне та ефективне застосування бетону значною мірою залежить
від розуміння природи цього композиційного матеріалу та законів формування
його структури та властивостей. Важливе місце тут займають
15
високотехнологічні конструкційні та функціональні матеріали, являють собою
високоміцні композити. Технологічні прийоми їх виготовлення спираються на
досягнення фундаментальних та загальнотехнічних наук, знання складних
процесів структуроутворення на різних рівнях будови: від макро- (структура
матеріалу в структурі конструкції) до атомно молекулярної (нано) будови до
розмірів кристалічних ґрат).
Отримання нових композитів ґрунтується на структуроутворюючих
процесах, пояснення яких лежить у площині трансдисциплінарних уявлень і
створення чіткої картини механізму структурообразования. Насамперед, на
створенні спеціальних або композиційних в'яжучих, з комплексними
модифікаторами структури, з активними тонкодисперсними мінеральними
компонентами та наповнювачами. Застосовується також механохімічна
активація суміші.
Основні напрямки розвитку бетонознавства на основі керування
процесами структуроутворення систем, що твердіють, можуть бути
сформульовані наступним чином [40, 41, 42, 43, 44, 45]:
– розробка нових видів ефективних в'яжучих речовин та спеціальних
добавок;
– застосування якісних заповнювачів та наповнювачів;
– вдосконалення способів проектування багатокомпонентних твердіючих
систем;
– розробка та впровадження у будівництво нових видів виробів та
конструкцій;
– розширення сфери застосування ресурсозберігаючих та безвідходних
технологій;
– максимальна економія матеріальних, енергетичних та трудових ресурсів
під час створення високоякісної продукції.
В експериментальному порядку отримано бетон з дуже високими.
характеристиками (так званий, Reactive Powder Concrete – RPC). Основний
принцип його отримання – забезпечення однорідності структури шляхом
16
виключення великого заповнювача, із заміною його на дрібнозернистий або
взагалі порошковий (наповнювач), ущільнення суміші за рахунок оптимізації
гранулометричного складу, використання тиску та підвищеної температури у
процесі твердіння. Компонентами такого бетону є портландцемент,
мікрокремнезем (20-30 мас. %), дрібнозернистий пісок фракції близько 0,3 мм
(40-50 мас. %) та гіперпластифікатор (2-3 мас. %) при В/Т (Ц+МК) дорівнює 0,12-
0,15 (рисунок 1.3).
В експериментальному порядку досягнуто міцності при стисканні
безвипалювального композиційного матеріалу з суміші, що твердіє - до 200 МПа
(при атмосферному тиску), а при тиску 500 кг/см2 - межа міцності при стиску
склав 650 МПа [10,24].
Рисунок 1.3 – Основні складові високоміцного композиту
В результаті численних досліджень було встановлено, що для отримання
матеріалу високої міцності необхідно створення міцної структури бетону, яка
обумовлена застосуванням високомарочних цементів та заповнювачів, гранично
низьким водоцементним ставленням, високим витратою в'яжучого,
17
застосуванням комплексних органо-мінеральних добавок, ретельним
приготуванням та ефективним ущільненням бетонної суміші, а також створення
найбільш сприятливих умов твердіння [46, 47].
У перших розширених класифікаціях бетонів пропонувалося вважати
високоміцний бетон міцністю 50-100 МПа, причому бетон з міцністю понад 100
МПа - особливо високоміцним.
Є думка розділяти бетони за межами міцності при стисненні на 4 групи: I
– рядові (до 40 МПа); II – високоміцні (40-80 МПа); III – особливо високоміцні
(80-120 МПа); IV – понад високоміцні (понад 120 МПа).
Можна простежити динаміку зростання міцності бетонів за публікаціями
різних авторів у хронологічній послідовності. На початку 60-х років ХХ століття
у США та деяких інших країнах почали виготовляти бетон міцністю 40 МПа; у
1965 р. відзначається застосування бетону міцністю 52 МПа; 1972 р. – 60 МПа;
1982 р. – 75-90 МПа; 1987 р. – 115 МПа; 1988 р. – 130 МПа; 2000 р. – 150 МПа;
2010 р. – 200 МПа.
Класифікацію високоміцних бетонів проводять у різних країнах по-
різному, наприклад, встановленням значення верхньої межі межі міцності при
стиску - класу міцності (марки по міцності) [19, 21, 23]. Американські норми АСI
318 не обмежують верхню межу за міцністю бетонів під час стиснення. Японські
норми класифікують високоміцні бетони до класу В80, німецькі та французькі –
до класу В60-В65 (М800-900), британські (ВS8110) – до класу В80, шведські – до
класу В75 (М900), норвезькі (NS3473) – до класу 105 (М1200), румунські
(CR116-78) – до марки М800.
При вивченні технологічних процесів виготовлення високоміцних і
швидкотвердіючих бетонів визначено основні фактори, що впливають на ці
процеси: швидкотвердіючого в'яжучого, додавання гіпсу та хлористого кальцію,
використання формувальних сумішей з мінімально можливою кількістю води.
В останні роки була встановлена взаємозв'язок методу ущільнення з
однорідністю структури високоміцних бетонів, а також видом в'яжучого
(високоактивний особливо швидкотвердіючий цемент - ОБТЦ, 60) і фракційним
18
складом заповнювача. Найвища міцність при стисканні склала 980 кг/м2, на
зразках із твердої суміші (80 сек), з витратою цементу 550 кг/м3 і застосуванням
привантаження, що створює тиск 0,05 кг/см2 [48].
Запропоновано в'яжучу низьку водопотребу (так зване ВНВ). Його
отримують інтенсивною механохімічною обробкою цементу з мінеральною
добавкою та суперпластифікатором. Як мінеральні добавки застосовувався
мелений кварцовий пісок, доменний гранульований шлак, зола-винесення. У
позначення ВНВ цифра показує зміст у його складі портландцементу (у %).
Наприклад, при заміні зі складу ВНВ 50 % (ВНВ 50) цементу мінеральними
добавками були отримані в'яжучою активністю 60 МПа, а при заміні 70% 45-50
МПа.
Дослідженнями на початку 2000-х років були отримані особливо
високоміцні бетони з добавками розроблених ними модифікаторів та
полікомпонентних добавок: МБ10 (суміш мікрокремнезему та
суперпластифікатора), МБ30С, МБ50С, МБ100СБ (мінеральний порошок та
кремнійорганічна емульсія КЕ30-40 на основі полігідросилоксанів), ЕМБЕЛІТ та
ін. Ці бетони відрізнялися інтенсивним набором міцності в початкові терміни
твердіння та дуже високою міцністю до 28 діб: через 3-7 добу, межа міцності при
стисканні складала 65-75 % марочної, а через місяць – 85-100 МПа.
Численними роботами групи дослідників отримані порошково-активні
бетони з органомінеральними добавками, що створюють водоредукувальний
ефект, визначено їх будівельно-технічні властивості та сфери застосування.
Принцип поєднання реологічно-активних порошків з цементом в основу робіт
дозволив отримувати високощільні та високоміцні бетони (до класу В150) та
конструкції на їх основі. Завдяки цим дослідженням встановлено кількість
компонентів у бетоні з хімічними добавками, воно становить 6-8, водоцементне
відношення знизилося до 0,24-0,28 за збереження пластичності з осіданням
конуса 4-10 см.
Роботи з вивчення бетонів, що самоущільнюються, з добавкою кам'яного
порошку (Selbstverdichtender Beton–SVB) та мікрокремнезему (Ultrahochfester
19
Beton, Ultra hochleistung Beton) на гіперпластифікаторах показали значне
підвищення реологічних характеристик при досконалій плинності та низькій
седиментації сумішей [49]. Сформульована концепція високоміцних (високо-
якісних) бетонів (High Perfomance Concrete, HPC). поєднання високої міцності
(60-120 МПа), високої морозостійкості (F>400), низького водопоглинання
(W<2,5% за масою) та ін.
Завдяки сучасним тенденціям у будівельній практиці, зведення будівель та
споруд різного призначення, що особливо виділяються підвищеною
поверховістю, архітектурною виразністю, сейсмостійкістю. Назви таких
матеріалів відрізняються різноманітністю: високоякісні бетони (ВКБ),
високопрацездатні бетони - Ultrahochleistung Beton, Ul trahochfester Beton;
бетони, що самоущільнюються - selbsverdichtender Beton (SVB, SCC);
високоміцні, ультрависокоміцні, висококорозійностійкі та реакційно-порошкові
бетони - Reaktionspulver Beton (RPB), Reactive Powder Concrete (RPC);
високофункціональні бетони - High Performance Concrete (HPC);
ультрафункціональні бетони (UHPC); дисперсно-армовані бетони (Рисунок 1.4).
Конструкції з високоміцного бетону почали застосовувати у закордонній
практиці на початку 60-х років ХХ ст. У цей час у США, Норвегії та деяких інших
країнах у промислових масштабах почав застосовуватися бетон міцністю 40
МПа.
20
Рисунок 1.4 – Конструкції з високоміцних бетонів
У Європі 1965 р. було відзначено застосування бетону міцністю 50 МПа,
далі 1972 міцність бетону підвищилася до 60 МПа, а 1982 р. – 75 МПа. У цього
ж року дослідному порядку був виготовлений бетон міцністю 96 МПа. У
Наступні роки міцність бетону зросла до 133 МПа.
Великий досвід застосування високонавантажених збірних конструкцій з
високоміцного збірного бетону (двотаврові балки прольотом 30 та 36 м)
накопичений технологами Німеччини на бетоні класу В 50 та В 55. Фактична
міцність бетону розрахункового складу перевищувала 70 МПА.
Можливість одержання понад довговічних бетонів з термінами служби до
500 років підтверджено дослідженнями японських учених із застосуванням
високоміцного бетону В 40-80 на звичайному портландцементі ПЦ 37,5 та
суперпластифікатор «Майті 150» (1,8 мас. %), з великим заповнювачем (річкова
галька) та річковим піском (Мк = 2,72).
21
У різних національних та міжнародних нормах та правилах високоміцні
бетони класифікуються таким чином:
- Норвезькі норми NS 3473: до класу В 105 включно, що приблизно
еквівалентно маркам M 1200-1300;
- шведські норми: до класу В 75 включно, що приблизно еквівалентно
маркам М 900-1000;
- японські норми: до класу В 80 включно, що приблизно еквівалентно марці
М 1000;
- Західнонімецькі та французькі норми: до класів В 60-65 включно, що
приблизно еквівалентно маркам М 800-900;
- британські норми BS 8110: до класу С(80) – 80;
- Технічні інструкції Румунії С-137/1-89: до марки М 800;
- Українські норми ДСТУ 9208:2022 до класу В 60 включно, що приблизно
еквівалентно марці 800 [23];
- новий європейський стандарт EN 206 «Бетони» вказує максимальний клас
важкого бетону 115, легкого - 80.
Американські норми не містять вказівок щодо верхніх кордонів міцності.
Але саме американська практика дає найбільш численні приклади застосування
високоміцного бетону у реальних спорудах.
Незважаючи на деякі відмінності в оцінках різних шкіл, можна вважати,
що основними критеріями високоякісних бетонів є:
- Висока марочна міцність, включаючи підвищену ранню міцність (R28 =
60-120 МПа і вище), R1 - не менше 25-30 МПа);
- Висока морозостійкість (F 400 і вище);
- Низька водопроникність (W12 вище);
- Висока стирання (не більше 0,4 г/см2);
- Низьке водопоглинання (не більше 2,5% за масою);
- Висока хімічна стійкість;
- Високий модуль пружності;
- Висока хімічна та біостійкість.
22
Однією з важливих проблем високоміцних бетонів є їх висока вартість,
пов'язана з дорожнечею складових та великою витратою цементу (До 1000 кг/м3).
Ця обставина призводить до підвищення деформацій усадки та повзучості,
зниження тріщиностійкості і, зрештою, довговічності. У у зв'язку з цим,
проведення досліджень з метою розробки порошкових високоміцних бетонів
низької собівартості із зменшеною витратою цементу на одиницю міцності і,
водночас, високою довговічністю, є актуальним завданням.
Таким чином, високоміцні бетони відповідають декільком основним
ознакам:
- всі вони виходять на основі високорухливих сумішей з невеликим
кількістю води;
- Структура їх характеризується дуже високою однорідністю;
- у складі міститься велика кількість компонентів з різним їх
співвідношенням (залежно від вимог, що пред'являються);
- всі вони мають високу міцність - до 200 МПа.
Головною метою технологічних процесів одержання бетонів нового
покоління є забезпечення високої міцності при економічній доцільності. У цьому
відношенні важливим поштовхом стали роботи з одержання композиційних
в'яжучих речовин. Ще в 80-ті роки було показано, що заміна цементу в процесі
помелу на карбонатний, гранітний чи кварцовий порошок (до 50%) суттєво
підвищує водоредукувальний ефект. За суті, на основі композиційного
в'яжучого, мікрокремнезему, дрібного піску та дисперсної арматури можна
отримати сучасні бетони (таблиця 1.1).
23
Таблиця 1.1 – Основні матеріали для виробництва високоміцних бетонів
В'яжучі речовини Наповнювачі Добавки
Портландцемент Кварцевий пісок Пластифікатори
Білий цемент Вапняки: Стабілізатори
ВНВ крейда, кальцит, Водоредуючі
Глиноземний цемент доломіт Диспергатори
Комбіновані в'яжучі Перліт Уповільнювачі
Каолін Прискорювачі
Зола-винесення Згущувачі
Волокна (фібра) Антивіспівувачі
Легкі заповнювачі: Гідрофобізатори
керамзит, перліт, пемза, Мікрокремнезем
спучений вермикуліт
В основу досліджень групи покладена мета створення високоефективних
композиційних в'яжучих на принципах цілеспрямованого управління
технологією отримання всіх її етапах: використання активних компонентів,
розробка оптимальних складів, застосування хімічних модифікаторів,
використання механохімічної активації компонентів та інших прийомів.
Встановлено характер впливу певної кількості кремнезему, що містить
компонента та умов твердіння на експлуатаційні характеристики виробів,
виготовлених із використанням композиційних в'яжучих. Це дозволило
скоригувати параметри тепловологості обробки для різних видів в'яжучих і
отримати закономірності зміни міцності композиційних в'яжучих залежно від
генези кремнеземсодержа щого компонента, його кількості. Обґрунтовано
доцільність постадійного виготовлення композиційних в'яжучих, що забезпечує
суттєву економію енерговитрат при помелі. Кориговано режими твердіння
виробів на основі композиційних в'яжучих, виготовлених з використанням
сировини різної генези. Кремнеземовмісні компоненти композиційного
в'яжучого класифіковані за рівнем їх ефективності як сировина для виробництва
бетонів залежно та умовами твердіння.
Результати дослідження дисперсії глин, водно-вугільних суспензій,
суспензій тальку та ін. дозволили визначити фізико-хімічні основи
пластифікування дисперсних систем з мінеральних порошкоподібних
24
компонентів та умови дезагрегування цих систем з позицій термодинамічних
уявлень. Це особливо важливо для систем з тонкодисперсними порошками з
порід осадового, магматичного та метаморфічного походження, класифікованих
за рівнями водореду кування до суперпластифікаторів, які дають можливість 5
кратного зниження витрати води за збереження їх розтікання.
У різних роботах приділяли увагу властивостям вихідних матеріалів для
виробництва особливо високоміцного бетону. В результаті було встановлено
співвідношення між міцністю бетону, характеристиками застосовуваного піску
та щебеню, а також витратою матеріалів. Так, для бетону міцністю понад 100
МПа ступінь подрібнення піску не повинен перевищувати 20-30%, міцність
щебеню для бетонів до класу В100 не повинна перевищувати 9%, для бетонів
класу В100-В135 – має перевищувати клас бетону в 1,7 раза, а для класу понад
В135 – не повинна перевищувати 6%; забрудненість заповнювачів не має
перевищувати 0,2-0,5 %; найбільш прийнятна фракція великого наповнювача –
5-10 і 10-20 мм; максимальна крупність піску 2,5 мм; витрата цементу – 500-550
кг/м3, Витрата суперпластифікатора - 0,5-1,0% від маси цементу.
Отже, поняття бетону нового покоління включає специфічні бетони
майбутнього, які не мають у своєму складі крунозернистих заповнювачів або
містять дрібний заповнювач (0,315-1,25 мм), і значну кількість
порошкоподібних речовин (до 7-8), що надають вирішальний вплив на
структуроутворення композиту, що твердіє. У цих матеріалах поєднується
принцип високої водоредукуючої дії суперпластифікатора та активності
тонкодисперсних порошків при спільній взаємодії компонентів.
Виходячи з поліструктурної теорії у 1985-2000 р.р. [11,12] всі роботи з
зміни структури мали на меті заміни на 30-50% портландцементу мінеральними
наповнювачами задля економії їх у бетонах. В наслідок економія
портландцементу звелася до економії бетону з високою міцністю (2-3 рази).
Економія бетону в конструкціях дає вищий економічний ефект, ніж економія
цементу.
25
Таким чином, поєднання неорганічних порошків з гіперпластами
фікаторами і мікрокремнеземом дозволяють підняти технологічний рівень
бетонів до феноменальних висот - до міцності на стиск 130-150 МПа, а в деяких
випадках – до 250 МПа та більше. Проте значне підвищення міцності призводить
до інтенсивного зростання крихкості, що супроводжується зниженням
довговічності та ризиком швидкого руйнування конструкцій, що
підтверджується руйнуванням висотних будинків у Дубаї. Усунення цього
негативного явища намагаються домогтися армуванням, але не стрижневий
арматурою, а її поєднанням із введенням дрібних волокон із полімерів або сталі
(Фібри) - дисперсним армуванням.
Об'єднуючим початком високоміцних бетонів є не міцність (Вона
коливається в дуже широких межах - від 15 до 150 МПа), а
багатокомпонентність, тобто. різноманітність не тільки хіміко-мінералогічного
складу з широким діапазоном крупності частинок наповнювача та заповнювача,
але та об'ємного їх співвідношення. У складі таких бетонів може бути: 50-100 %
тонкомолотих гірських порід (т.зв. кам'яне борошно); до 10-20%
мікрокремнезему або метакаоліну; тонкий пісок фр. 0,1-0,6 мм - 80-350% від
маси цементу; щебінь із щільних гірських порід (фр. до 20 мм) 800-1000 кг/м3.
Зерновий склад заповнювача порошково-активованого високоміцного
бетону нового покоління характеризується поєднанням малої порожнечі та
висока сумарна поверхня зерен. При цьому здійснюється реологічний матричний
підхід до оцінки стану структури високоміцних і надвисокоміцних щебеневих
бетонів: матриця 1 роду – високодисперсні частинки цементу, меленого
наповнювача та мікрокремнезему; матриця II роду - матриця I роду + дрібний
заповнювач (пісок); матриця III роду - матриці II + середній та великий пісок (до
5 мм) (рисунок 1.5).
26
Рисунок 1.5 – Різновиди наповнювачів високоміцного бетону
а – дрібний кварцовий пісок; б - піщано-гравійна суміш; в – щебінь
Велике значення має вартість наповнювачів, які є основною складовою
бетонів і розчинів. Необхідність зниження вартості будівель та споруд
призводить до необхідності відмовлятися від застосування привізного
заповнювача, хоч і високої якості. Як правило, заповнювачі та мінеральні
наповнювачі мають бути місцевими чи техногенними матеріалами [8] (рисунок
1.6).
Рисунок 1.6 – Мікрокремнезем
Важливу роль технології високоміцних бетонів нового покоління набуває
дисперсного мікроармування, тобто. заповнення бетонної матриці дисперсними
волокнами різної природи (т.зв. «фібри»). Відомі роботи великої кількості
27
вчених над створенням дисперсно армованих бетонів (фібробетонів) та
конструкцій з них, які показали високу техніко-економічну ефективність .
Встановлено, що ефективність дисперсного армування в першу чергу черга
залежить від співвідношення модулів пружності армуючих волокон (Ев) та
бетону (Еб). При Ев/Еб >1 отримані фібробетони з підвищеними міцністю
характеристиками при розтягуванні та деформативними показниками, а при
Ев/Еб <1 – підвищеному опору удару та стирання. Тому в високоміцних
порошкових бетонах слід застосовувати високомодульні дисперсні волокна:
сталеві, базальтові та ін., а, відповідно, у легких бетонах – неметалічну
поліетиленову, поліпропіленову фібру. За формі фібра має бути тонкою,
короткою, з анкерними кінцями, що не чіпляються один з одним, формою, що
нагадує гантелі (рисунок 1.7).
Рисунок 1.7 – Фіброволокно:
а) поліпропіленове; б) сталеве; в) базальтове; г) – скляне
Дисперсно-армовані порошкові бетони ефективні не тільки для несучих
конструкцій з комбінованим армуванням попередньо напруженою арматурою,
28
але й для виробництва дуже тонкостінних, у тому числі просторові архітектурні
деталі.
Останнім часом популярним стає тема текстильного армування бетонні
конструкції. Цьому сприяє розвиток текстильно-волоконного виробництва
(тканинних) об'ємних каркасів з високоміцних полімерних та лугостійких ниток,
особливо в зарубіжних країнах, це стало імпульсом до розробці у Франції та
Канаді реакційно-порошкових бетонів з добавкою суперпластифікатора без
великого заповнювача з дрібним кварцовим піском, кам'яним порошком та
мікрокремнеземом. Бетонні суміші з таких тонкозернистих сумішей
високопластичні, і розтікаються у формі під дією власної ваги, заповнюючи
повністю дрібну сітчасту структуру тканого каркаса і всі поєднання форми [13].
Об'ємні ажурно-тканинні каркаси різної форми (тавра, двотавра, швелера
та ін) дозволяють швидше проводити операцію армування, за рахунок
одноразової закладки полотна по всьому розміру форми. Застосування
тканинних каркасів дозволяє значно прискорити технологічний процес та
підвищити тріщиностійкість бетону при дії знакозмінних змін температури
значно знизити деформації.
За свідченням зарубіжних учених [26,27,28,29,36], при 3%-му
фіброармування міцність при стисканні може досягати 200 МПа, при осьовому
розтягуванні 10 МПа, ударна міцність зростає більш ніж у 10 разів. Таким чином,
введення до складу бетонів нового покоління, крім наповнювачів,
макророзмірних заповнювачів – як шматкових, так і волокнистих або шаруватих,
сприяє якісній зміні властивостей матеріалу. Значно підвищуються практично
всі показники якості матеріалу: міцність, корозійна стійкість, надійність та
довговічність.
29
1.3 Довговічність композиційних матеріалів та її прогнозування
Надійність та довговічність можна прогнозувати як на стадії проектування
виробу, так і контролювати ці показники в процесі експлуатації. Оцінку
надійності та довговічності проводять за допомогою кількісних показників, які
дозволяють встановлювати вимоги до надійності, порівнювати надійність і
довговічність різних матеріалів та конструкцій. Таким чином, кількісні
показники характеризують надійність та довговічність матеріалів, виробів та
конструкцій на будь-якому етапі їхнього життєвого циклу. З усіх кількісних
показників надійності та довговічності будівельних виробів та конструкцій
найважливішими є показники міцності та несучої здатності, тобто. ті, що
характеризують здатність конструкції зберігати свої будівельно-технічні
властивості протягом тривалого часу в умовах дії агресивних факторів.
Найбільш активним компонентом зовнішнього середовища є сульфатні,
магнезіальні, хлоровмісні та інші іони.
Зниження довговічності бетону внаслідок дії сульфатів (корозія бетону ІІІ-
го виду) - складний фізико-хімічний процес, залежить як від складу та будови
бетону, так і від параметрів агресивного середовища, навколишнього бетону.
При взаємодії алюмінатів цементного каменю та сульфатних іонів, бетон
руйнується від тиску кристалів новоутворень, що утворюються в порах та
капілярах бетону [2].
Відомо, що змішання в'яжучого з водою призводить до перебігу реакцій
гідратоутворення та формування структури цементного каменю. Процеси та
продукти гідратації портландцементу докладно вивчені ще У. Людвігом.
Сучасні методи випробувань цементу та бетону на корозійну стійкість
бетонів використовують спокійний перебіг процесу корозії, без його штучного
посилення. Ці методи дозволяють із недостатньою точністю оцінити стійкість
бетону до дії агресивних розчинів. Випробування займають тривалий час, що
зумовлює необхідність розробки прискореного методу стосовно бетонів нового
покоління.
30
Висновки до розділу 1
1. Розглянуто еволюцію розвитку високоміцних бетонів та показано, що
досягнення високих показників міцності забезпечується багатокомпонентністю
складу і застосуванням суперактивних органічних добавок. Все в сукупності
компоненти складу мають певну спорідненість, що і призводить до взаємодії з
посиленням структуроутворюючого потенціалу.
2. Виявлено особливості технології виготовлення високоміцних бетонів,
вимоги до вихідних матеріалів. Розглянуто підходи до класифікації
високоміцних бетонів у різних країнах, у тому числі виробів на основі
багатокомпонентних композитів із заповнювачами, області їх застосування.
3. У вітчизняному будівельному матеріалознавстві теорії високоміцних
композитів не приділяється достатньо уваги. Існує потреба пояснення механізму
структуроутворення у багатокомпонентних твердіючих системах на основі
фундаментальних трансдисциплінарних уявлень про природу матеріальних
систем, принципи їх самоорганізації, а також управління процесами, що
протікають в них.
31
РОЗДІЛ 2. ТЕОРЕТИЧНІ ОСНОВИ ПІДВИЩЕННЯ ЕФЕКТИВНОСТІ
БАГАТОКОМПОНЕНТНИХ КОМПОЗИТІВ
2.1 Концепція самовідновлення композиційних матеріалів
Оскільки утворення гідратних новоутворень в агресивному сульфатному
розчині йде зі збільшенням твердих і конденсованих фаз, цей ефект можна
використовувати для розробки способу самозаличування тріщин у бетоні при
несприятливому впливі навколишніх факторів. Для отримання оптимальних
значень розширення та міцності, швидкість кристалізації еттрингіту та кінетика
структуроутворення цементного каменю мають бути взаємоузгоджені. Стійкість
еттрингіту в цементному камені після стабілізації процесів розширення
обумовлена співвідношенням між алюмінієвими мінералами та гіпсом у складі
цементу [1].
Кристали еттрингіту не завжди вдавалося виявити в бетоні споруд, що
зруйнувалися від дії сульфатних вод. Дійсно, кристали еттрингіту присутні в
зруйнованих зразках, які тривалий час у розчині сульфату натрію, лише в
невеликій кількості, тоді як гіпс заповнює численні тріщини та пори. Було
висловлено припущення, що коли цементний камінь вже сформувався, іони
сульфату, проникаючи вглиб цементного каменю, реагують з гідроалюмінатами,
що зустрічаються на їх шляху кальцію, утворюючи нові сполуки. Вид і склад
новоутворень різний у залежно від умов, у яких відбувається процес та від
кількості надходить сульфат-іона.
Лавиноподібне розширення зразків спостерігається після того, як їх
відносне подовження перевищить 0,25%, що призводить, зрештою, до них
руйнування. Це стосується і складу, в якому алюмінієва та алюмоферитні фази
відсутні. Рентгенофазовим та хімічним аналізом встановлено, що зруйнований
камінь зазначеного складу представлений гіпсом, карбонатом кальцію та
таумаситом. Зроблено висновок [1], що зміни в силікатної фази цементу, що
відбуваються під впливом навколишнього середовища, призводять до
32
поступового перетворення гідросилікатів кальцію в сульфокарбонат кальцію –
таумасіт.
У різних дослідженнях застосовано термодинамічний метод до вивчення
корозії складових частин цементного каменю за впливу різних агресивних
середовищ. Це дозволило провести аналіз причин деструктивного процесу,
з'ясувати термодинамічні умови утворення гідросульфоалюмоферитів кальцію
та гіпсу в затверділому цементному камені. Показано, що об'ємні зміни у системі
в'яжуче - вода мають колоїдно-хімічний характер. Основними продуктами, з
утворенням яких пов'язаний процес розширення, є: еттрингіт, двоводний гіпс,
гідроксид кальцію, магнію та алюмінію. Експериментально встановлено, що всі
ці сполуки у колоїдному стані мають Позитивний знак електричного заряду
поверхні.
Зниження показників довговічності та несучої здатності будівельних
конструкцій із бетону, обумовлене деструкцією під дією агресивних сульфатних
розчинів, що супроводжуються інтенсивним тріщиноутворенням. Процес корозії
– некерований процес. Освіта кристалічних продуктів корозії відбувається зі
збільшенням їх твердої фази. Кристаллогідрат (ТСГАК, гіпс) тисне на стінки пір
і, тим самим, розширює мікротріщину, збільшуючи її розміри.
Механізм руйнування бетону при кристалізації новоутворень обсяг пори
кам'яного матеріалу досі не зрозумілий і точно не встановлений. Однак, якщо
цей процес ввести в кероване русло, стає можливим внутрішнє самовідновлення
(«самолікування», «аутогенне лікування») структури матеріалу. Завдання
полягає в обмеженні спонтанного наростання продуктів корозії у поровому
просторі бетонного каменю («ланцюгової реакції руйнування» бетону), тобто.
обмеження кількості новоутворень у тріщинах, порах та капілярах бетону.
В даний час в різних країнах проводяться дослідження з вивченню
процесів самозалікування структури, тобто, заростання тріщин і пор в матеріал,
але без його руйнування [25]. Деякі автори пояснюють заліковування тріщин у
бетоні завдяки карбонізації гідроксиду кальцію або гідратацією клінкерних
мінералів, що триває, або пропонують самовідновлення бетону за допомогою
33
полімерів Досі механізм самозаліковування бетону є предметом дискусій.
Спільною думкою є характер «аутогенного лікування» бетону різного характеру
віку твердіння і, відповідно, різного ступеня гідратації та міцності каменю.
Процес може протікати лише у вологих умовах. Ширина розкриття тріщин у
бетоні, на момент початку процесу заростання коливається від 5 до 300 мкм,
залежно від способу заліковування.
Наприклад, Лі М. із співавторами запропонував використовувати
армування широко розкритих тріщин поліетиленовими або ПВХ
мікроволокнами для прискорення процесу «аутогенного лікування». Ширина
розкриття тріщини в цьому випадку скорочувалася до 60 мкм.
Ріщні дослідники пропонували використовувати штами аутотрофних
бактерій у середовищі карбонату кальцію для процесу «аутогенного лікування»,
проте, ці дослідження не дали позитивних результатів через швидкого зникнення
живильного середовища.
Інші автори [37] вводили до складу в'яжучого золу-уносу, тонкомолотий
доменний шлак, пуцоланові та органічні добавки для прискорення процесу
заліковування тріщин. При цьому аналіз продуктів гідратації, що заповнили
тріщини, показав наявність тих же кристалів еттрингіту.
Таким чином, можна зробити висновок, що завдання самовідновлення
бетону – це міждисциплінарна галузь досліджень, що стосується мікробіології,
хімії, матеріалознавства та ін. Для отримання практично значних результатів
необхідно об'єднання зусиль вчених різних наукових наук напрямів.
34
2.2 Аналіз подібності у підборі складів та формуванні структури
модифікованих композитів
Відомо, що весь процес формування структури можна розбити на три
періоду. Початковий період, протягом якого бетонна суміш набирає марочну
міцність, але ще має здатність до пластичних деформацій, наступний період,
коли міцність бетону досягає марочної, фізико-механічні характеристики
стабілізуються, гідратація загальмовується, але процес гідратації та формування
структури продовжується, і третій період, коли структура стабілізується, процес
гідратації йде дуже повільно, поступово сповільнюючи час [6].
Другий та третій період характеризуються ще одним, дуже важливим
явищем. Це явище можна охарактеризувати, як повернення води-замішання з
розчиненими у воді хімічними елементами з порового та капілярного простору,
чи «фактор повернення». Завдяки «затриманій» (не випаровується) воді і
здійснюється тривала гідратація в'яжучого, постійний набір міцності матеріалом,
який може тривати роками.
Процеси твердіння та структуроутворення бетону завжди
супроводжуються деформативними змінами об'єму твердої фази: контракцією,
усадкою, набуханням, а також температурними деформаціями. Контракція – це
стиск системи композиції, що твердіє, в процесі гідратації активних компонентів
складу, тобто. їх взаємодії з водою, внаслідок чого обсяг системи зменшується.
Обсяг утворених кристалогідратів завжди менше суми обсягів реагуючих
речовин в результаті підвищення щільності хімічно зв'язаної води. Про це
засвідчують результати численних термодинамічних розрахунків. Однак, з
урахуванням контракційних пір, що утворилися, загальний обсяг твердіючої
композиції змінюється незначно. У ці пори і здійснюється вичавка «зайвої» води,
що не встигла випаруватися, яка згодом бере участь у продовження гідратації
цементних мінералів.
Виділення «запасної» води при прояві «фактора повернення» сприяє т.зв.
капілярна контракція – негативний капілярний тиск в рідкій фазі, що знаходиться
35
в порах та капілярах. Це «негативний тиск» призводить до об'ємних змін
твердіючого композиту і викликає усадку свіжовідформованого бетону в
початковий період, коли бетон ще має здатністю до пластичної деформації.
Таким чином, усадка твердіючого композиту є наслідком видалення води із
системи за відсутності гідростатичної рівноваги з навколишнім середовищем, що
призводить до зменшення обсягу системи. Це зрозуміло і з позиції синергетики,
тобто, це є порушення одного з її основних принципів – відкрита система має
Обов'язково обмінюватися енергією та речовиною з довкіллям.
Основою комунікаційної системи, що пов'язують твердіючу композицію із
зовнішнім середовищем, є мережа капілярних пір, що виникають на ранній стадії
утворення кристалізаційної структури. Об'єм капілярних пір в твердіючому
композиті обумовлений водоцементним ставленням і ступенем гідратації
матеріалу. В результаті водовіддачі з пор цементу з протягом часу в умовах
гідратації, що триває, обсяг капілярних пір зменшується внаслідок заповнення їх
продуктами гідратації. При більших значеннях водоцементного відношення
(більше 0,5), зважаючи на те, що основна кількість «зайвої» води випаровується,
а твердіюча система встигає сформувати структурний кістяк, загальна пористість
цементного каменю та його проникність зростають. Загальна, капілярна та
пористість твердіючої системи при різних В/Ц, а також кінетика зміни
відносного обсягу залежать в основному від часу та ступеня гідратації.
Згідно з трансдисциплінарними уявленнями, кожна стадія
структуроутворення характеризується певними властивостями, що виникають
(або переважаючих) у цей час структур: кількістю новоутворень, інтенсивністю
виділення теплоти, пластичною міцністю, електропровідністю, ступенем
гідратації та ін.
Існують різні класифікації структур, що формуються. Згідно з поширеними
кристалізаційно-конденсаційними уявленнями [6], структури являють собою
зростки кристалів різних гідратованих з'єднань. Міцні зв'язки контактної зони
кристалів надають структурі високих фізико-механічних властивостей.
36
Ці властивості структура твердіючої системи набуває стрибкоподібно,
згідно із законом «переходу кількості до якості». Величина стрибка та частота
стрибків залежить від інтенсивності процесу гідратації та факторів, що
впливають на його перебіг. Такі структури, на відміну, наприклад, від
коагуляційних можуть незворотно деформуватися та руйнуватися під дією
зовнішніх сил, та спонтанно не відновлюватися. На цій стадії формування
структури механічні дії з технологічною метою (наприклад, повторне
вібрування) не тільки марні, а й шкідливі.
Кристалізаційний скелет, що вже утворив жорсткий каркас, сприяють
значному збільшенню міцності матеріалу, та в'язкопластичне деформування
призведе до пружно-тендітного руйнування. Підвищенню міцності сприяють
зростання кількості зростків кристалів з збільшенням об'ємної концентрації
новоутворень та щільності гелю в простір між частинками. Водночас поява та
розвиток кристалічного каркаса викликає внутрішні напруги в твердіючій і
змінній системі.
У початковий період твердіння утворюються т.зв. коагуляційні структури.
Це відбувається в основному за рахунок енергії міжмолекулярного тяжіння при
підвищенні концентрації новоутворень (гідросилікатів та гідроалюмінатів
кальцію). Ці гідрати представлені у вигляді найдрібніших частинок –
субмікрокристалів з розмірами менше 0,1 мкм (тоберморитовий гель).
Особливістю контактів є обов'язкова наявність між частинками тонкою стійкого
прошарку води (дисперсійного середовища). Характер контакту між частинками
обумовлений: оборотністю (тиксотропією), високою еластичністю, можливістю
переміщення та повороту частинок один щодо одного, завдяки водному
прошарку [6].
Таким чином, формування структури композиту – складний фізико-
хімічний процес, що розвивається у часі. Кінетика структуроутворення
визначається багатьма фізико-хімічними та фізико-механічними факторами.
Тому прогнозування параметрів кінцевого стану матеріалу, коли в основному
завершено процеси структуроутворення, є складне завдання. Технологічні та
37
фізичні фактори впливають не тільки на кінетику процесу структуроутворення,
а й кінцевий результат цього процесу – параметри структури та фізико-механічні
властивості високоміцного композиту
На основі принципу трансдисциплінарності речовини, що взаємодіють
можуть утворювати безліч нових структур. Проте, стійкі структурні види
проявляються, згідно з новим законом – «закон подоби», якому
підпорядковується поведінка кожного елемента при його взаємодії з іншим
елементом.
Ще І. Ньютон у своїй «Оптиці» в 1675 писав: «Чи не можна припустити,
що при утворенні кристала частинки не тільки встановилися в лад і ряди,
застигаючи у правильних фігурах, але також за допомогою деякої полярної
здібності повернули свої однакові сторони однаково».
Закон подібності констатує формування композиту, усі складові якого
мають подібні (або сумісні) фізико-хімічні характеристиками, такими як
деформативність, зміна обсягу при формуванні нових фаз та ін. Причому це
явище характерне для композитів з унікальними характеристиками. Нами було
проведено розрахунки величин зміни обсягу конденсованих гідратних фаз при
твердінні високоміцних композитів, та отримані підтвердження правильності
закону подоби: вступаючи у взаємодію, компоненти складу утворюють лише такі
новоутворення, які відповідають вимогам сумісності.
Усі вихідні матеріали мають різні фізико-механічні та фізико-хімічні
характеристики, тому для забезпечення процесу затвердіння суміші та створення
жорсткого каркасу, що зміцнює структуру та обмежує усадкові деформації
цементного каменю, що твердіє, повинні застосовуватися тільки певного виду
компоненти: наповнювачі, заповнювачі, в'яжучі та добавки з однаковими
(сумірними) властивостями.
Основні властивості застосовуваних компонентів пов'язані зі структурою
їх частинок, що різняться залежно від складу та походження матеріалу. Закон
подібності передбачає можливість коригування властивостей окремих
компонентів з метою «підганяння» їх під значення аналогічних властивостей
38
інших учасників твердіння. Це успішно можна здійснити через зміну структури
поверхні частинок матеріалів, а також шляхом активізації надлишкової енергії
атомів і молекул, розташованих на поверхні і ближче до ній. Надмірна енергія
поверхневого шару виникає внаслідок того, що кожна частка на поверхні має
некомпенсовані хімічні зв'язки, силове поле, що утворює на поверхні, що сприяє
втягуванню поверхневих частинок углиб матеріалу, створюючи поверхневий
натяг.
Підвищуючи запас потенційної енергії речовини, або знижуючи його,
можна спонукати частинки матеріалу взаємодіяти з оточуючими компонентами
«відповідним» чином, з великим ефектом для процесу та кінцевого продукту
реакції. Розмір енергії частинок прямо пропорційна енергії хімічного зв'язку
даного матеріалу та залежить від параметрів довкілля. Впливати на величину
енергії можна у різний спосіб. Так, наприклад, поверхнева енергія твердого
матеріалу при змочуванні його рідиною зменшується на величину, що дорівнює
силі взаємодії цих частинок з рідиною. Також значний вплив на енергетичні
показники (і властивості взагалі) надає присутність домішок. Додаючи речовини
з меншою енергощільністю, ніж основний матеріал, природно, відбуватиметься
зниження енергетичних показників усієї системи. І навпаки, велика
енергощільність добавок сприятиме збільшенню потенційної енергії усієї
системи.
Змочування частинок компонентів має велике значення при формуванні
високоміцних композиційних матеріалів. Воно призводить до зменшення
енергощільності, що дозволяє отримувати щільніші упаковки частинок.
Рівномірний розподіл енергощільності речовини відбувається через дифузію,
внаслідок якої встановлюється рівноважний розподіл концентрації цих частинок
у всьому обсязі.
Формування структури матеріалу, її ущільнення – це складний фізико-
хімічний процес, у якому беруть участь окремі тверді речовини (зерна) різної
крупності, гелеподібні фази та рідини. Структуроутворення не може протікати
39
без утворення пір різної форми та величини. Даний процес починається з
утворення матриці, що перетворюється з часом на єдиний конгломерат.
Формування структури будь-якого рівня – це формування системи
контактів між різними кристалічними структурами Ці зони мають певну
протяжність та площу. Вони є поверхнями розділу між окремими зернами чи
субзернами у полікристалічному матеріалі. Межі між окремими кристалами
(зернами) зазвичай представляють перехідну область шириною 3-4 міжатомних
відстані, якою грати одного кристала, що має певну кристалографічну
орієнтацію, переходить у грати іншого кристала, що має іншу кристалографічну
орієнтацію. Атоми у перехідній області розташовані інакше, ніж обсягах зерен
(рисунок 2.1).
Рисунок 2.1 – Схема атомарної структури гетерогенного матеріалу, утвореного
з кристалів з різними кристалічними ґратами: 1 – зерно кристала I, 2 –
прикордонний шар (контактна зона), 3 – зерно кристала II
Крім того, за межами зерен концентруються домішки, що порушує
правильний порядок розташування атомів.
Створення контактної зони двох різних матеріалів можливе лише за умови
подібності тих параметрів взаємодії, які забезпечують найбільш повне перебіг
реакції приєднання та найбільше ущільнення елементів структури. В іншому
випадку або по всій площі зіткнення або на окремих ділянках буде отримано
розущільнення структури.
40
Тому необхідно знати основні властивості кожного компонента, його
генетичні особливості, властивості макро-, мікро- та нано-, пікоструктури,
необхідні фізико-механічні та експлуатаційні характеристики, призначення та
умови служби даного матеріалу. Всі ці параметри, параметри та вимоги
необхідно об'єднати в єдине ціле.
Подібність властивостей компонентів означає, зокрема, і сумісність
величин фізико-механічних показників за середньою щільністю, пористістю,
гідрофізичним та теплофізичним характеристикам. При обліку названих
властивостей забезпечать високі та надійні експлуатаційні властивості
композиту.
Закон подібності властивостей базується на основних закономірностях,
властивих термодинамічних систем. Важливим у цьому плані є третій закон
(початок) термодинаміки – теорема Нернста: ентропія (S) твердого або рідкого
тіла в стані термодинамічної рівноваги прагне до нуля при прагнення до нуля
абсолютної температури (Т):
lim �� = 0 (2.1)
��→0
Ентропія (від грец. entropia – поворот, перетворення) – функція стану
термодинамічної системи (S), що характеризує напрямок протікання процесу
теплообміну між системою та зовнішнім середовищем, а також напрямок
протікання мимовільних процесів у замкнутій системі:
����обр Дж
���� = , [ ] ; (2.2)
�� К
де ����обр − кількість теплоти, що повідомляється системі при нескінченно
малому зміні стану системи за абсолютної температури (Т).
Абсолютне значення ентропії, згідно з третім законом термодинаміки,
визначається за схемою моделі самоорганізації системи.
41
Щільні структури створюються множинами хімічних елементів, з безліччю
індивідуальних властивостей, виділити які дуже важко, а іноді – неможливо.
Однак необхідно намагатися врахувати хоча б найважливіші з них для даного
процесу, а для цього – попередньо точно визначити їх, виділити найбільш
антагоністичні.
Графічну інтерпретацію закону можна подати в у вигляді наступної схеми
(рисунок 2.2).
Рисунок 2.2 – Схематичне подання закону подоби
Істотний вплив у цьому сенсі надають генетика речовини сировинних
компонентів, що у процесі формування структури.
У зв'язку з цим слід враховувати та підбирати сировину певного
походження (генези), що значною мірою визначає і реакційну здатність
елементів складу. Знання та облік усіх властивостей компонентів твердіючої
системи дозволить привести у відповідність (подібність) їх характеристики, при
необхідності скоригувавши їх, що дозволить регулювати процес, управляти
42
структуроутворенням і, зрештою, отримувати матеріал із заданими
властивостями.
Порівнянні також і фізико-механічні показники щільності, теплофізичні
властивості, а також чисельні та лінійні значення міжатомних відстаней.
Дотримання умов сумісності (подібності) властивостей спричинило перебігу
інтенсивної реакції взаємодії між ними у присутності води, що сприяло
швидкому набору міцності та ущільненню структури.
Будь-який закон покликаний об'єктивно відображати стійкий взаємозв'язок
явищ і процесів, чи процеси всередині об'єкта, пояснювати причину їх
виникнення та протікання. Закон подібності властивостей показує причинно-
слідчий зв'язок спрямованої взаємодії матеріальних об'єктів при їх спільну дію з
утворенням нових структур багатокомпонентних систем.
Основне положення закону подібності властивостей може бути
сформульовано наступним чином: «У багатокомпонентній системі взаємодіючих
порошкоподібних матеріалів можливе ефективне утворення нової структури,
тобто. можливий перехід до нового стану системи, лише за порівнянних
показників величин їх енергетичних та фізико-хімічних властивостей, тобто. при
їх подобі. Причому в цьому випадку взаємодія буде здійснюватись найбільш
інтенсивно».
Всі елементи в системі, що твердіє, де дотримується закон подібності
властивостей, взаємодіють один з одним пропорційно своїм енергетичним і
фізичним можливостям, що забезпечує доцільність усієї системи.
Будь-які зміни властивостей окремого елемента з будь-якої причини або
заміна одного елемента на інший призводять до порушення подібності
властивостей та зниження ефективності взаємодії, що не дасть максимуму у
прояві властивостей усієї системи.
Величини енергощільності цих речовин різні, але показники електродних
потенціалів близькі за значеннями (таблиця 2.1).
Таблиця 2.1 – Розрахункові значення енергетичних показників
компонентів складу високоміцного матеріалу
43
Компонент ��, кг/м3 ��уд, м2/кг Еа, кДж/моль Е��, кДж/см3
Глинозем 2680 1500 1637,25 81,13
Карбонат 2700 500 1783,16 69,72
Мікрокремнезем 2620 1200 1834,48 75,36
Алюмовмсісна добавка являє собою мікроконгломерат, якому кристалічні
зерна мулліта, кремнезему різних модифікацій і інших видів речовин, що
кристалізувалися і зцементувалися аморфною масою затверділого розплаву, що
облямовує окремі кристалічні фази.
Коригований розрахунок складу з урахуванням відповідності
характеристик застосовуваних сировинних матеріалів, дозволив отримати
пластичні формувальні суміші порошкового бетону на водоцементних
відносинах 0,22-0,26 з нормальною густотою та короткими термінами
схоплювання, з високою кінцевою міцністю затверділого каменю. Отримання
багатокомпонентних композитів на рядових матеріалах з відходів різних
виробництв стало можливим сумісністю (подібністю) властивостей
застосовуваних порошків.
Застосування нових принципів у будівельному матеріалознавстві, у тому
числі і дотримання закону подібності властивостей, що сприяє створенню
композитів нового покоління із заздалегідь заданими властивостями. Реалізація
закону подоби передбачає створення системи твердне композиту, в якому
закладено основи реагування на умови синтезу та експлуатації, що змінюються,
цілеспрямованого синтезу новоутворення та управління піко-, нано-, мікро- та
макроструктурою матеріалу, що формується. Така структура має здатністю до
самозалікування дефектів, що виникають у процесі експлуатації конструкцій із
даного матеріалу.
Отримання високоефективних будівельних матеріалів сьогодні
забезпечується використанням складних з хімічної та мінеральної точок зору
складів компонентів, також як і пропоновані теоретичні та практичні підходи до
проектування. При створенні та експлуатації будь-якого будівельного матеріалу
44
або виробу існують певні вимоги, порушення яких призводить до зниження
надійності та довговічності конструкції, а часто і до її руйнування. Порушення
законів та технології, в тому числі і закону подібності, що призводять до
зазначених вище наслідків. Практична реалізація запропонованого закону
подібності властивостей дозволила створити малоенергоємні, екологічно
безпечні, конкурентоспроможні на вітчизняному та зарубіжному ринках,
високоефективні матеріали з покращеними властивостями.
Щодо цього, закон подібності сприяє створенню нових ефективних
матеріалів із унікальними властивостями. Відношення до структуроутворення
матеріалу вимагає нових поглядів, підходів, особливо під час створення
багатокомпонентних композитів, широко затребуваних нині. При розгляді таких
матеріалів постає питання про ефективні методи управління структурою, т.к. для
даних систем найменші відхилення в показниках міцності може призвести до
катастрофічних наслідків.
Підвищення показників міцності виробів на основі розробленого
композиту, отриманого з урахуванням закону подібності, досягається способом
введенням мікроармуючих волокон, які сприяють зменшенню усадкових явищ
до 75% і більше.
Добавка до складу багатокомпонентної композиції дрібних рівномірно
розподілених волокон (фібри) різного походження підвищує, крім міцності, його
морозостійкість і довговічність. Мікроармуючі волокна, завдяки своїй
специфічній поверхні, здатні під час контракції при гідратації в'яжучого
поглинати сили розтягування, сприяючи досягненню бетоном високої міцності.
Враховуючи високу міцність самого каменю, дисперсне армування, може
перетворити конструкцію за своїми показниками, порівнянною з
конструкційним металопластиком, лише набагато дешевше.
Тому, розробка композицій на основі багатокомпонентних систем
дисперсне армування є перспективним напрямом.
Проаналізовано, що незалежно від хімічного складу, всі мінеральні
волокна вступають у взаємодію з рідкою фазою твердіючого бетону, що
45
призводить до зниження вмісту оксиду кальцію та рН середовища. Існують
дисперсні армуючі волокна (ниткоподібні) монокристали), які мають дуже
високі показники межі міцності під час розриву, модуля пружності, високу
хімічну стійкість. Однак, виробництво таких волокон обмежене через їхню
дорожнечу, навіть у промислово розвинених країн. Освоєні промисловістю та
широко поширені капронове або нейлонове волокно, проте застосовуються вони
рідко як дисперсна арматура внаслідок низького значення модуля пружності у
порівнянні з бетоном.
У сучасному виробництві будівельних матеріалів використовуються, в
основному, три види фібри: короткі відрізки тонкого сталевого дроту, скляні
волокна та волокна з поліпропілену. Вони значно різняться за своїми
властивостями, тому питання про їх застосування як дисперсне арматури
вирішується експериментально у кожному конкретному випадку. Найчастіше
інших застосовується сталева фібра, яка має модуль пружності більш ніж у 5
разів вище, ніж модуль пружності бетону. Скляну фібру випускають діаметром
8-10 мкм, міцністю волокон понад 200 МПа, що відповідає міцності
холоднотягнутому високовуглецевому дроті, проте вона за щільністю майже в
3,5 рази легше. Модуль пружності скловолокнистих частинок нижче, ніж у сталі,
але приблизно втричі перевищує модуль пружності бетону. Тому дисперсне
армування бетону скляними волокнами часто є ефективним конструктивним
прийомом. Застосовують кам'яне волокно – високомодульне базальтове та
полімерне – низькомодульне поліамідне та поліпропіленове синтетичне, являють
собою рубані тонкі частинки довгою навколо 10 мм, діаметром 30-100 мкм.
Застосування азбестових природних волокон якості армуючого матеріалу у
фібробетонах обмежені через труднощі їх розпушки та малої довжини, а також
обмеженості природних запасів азбестів високої якості. Відомо використання
для підвищення фізико-механічних характеристик вуглецевих волокон [9], які
мають високою довговічністю, підвищують міцність при розтягуванні та модуль
пружності. Однак, зважаючи на високу вартість вуглецевих волокон, значно
перевищує вартість сталевих та скляних волокон, їх застосування в якість
46
арматури фібробетону обмежена. Характеристики основних видів волокнистих
армуючих матеріалів представлені у таблиці 2.2.
Таким чином, з практичної точки зору найбільш прийнятно застосування
сталевих та мінеральних (скляних, базальтових) волокон, а також полімерних
органічних волокон (поліпропіленових), як допоміжного армуючого матеріалу.
Таблиця 2.2 – Фізико-технічні властивості армуючих матеріалів
Міцність на Модуль Подовження
Густина,
Волокно 3 розтягування, Юнга, при
кг/м
МПа МПа 103 розриві, %
Поліпропіленове 900 4-77 3,5-8 10-25
Поліетиленове 950 7 1,4-4,2 10
Нейлонове 1100 77-84 4,2 16-20
Акрилове 1100 21-42 2,1 25-45
Поліефірне 1400 73-78 8,4 11-13
Бавовняне 1500 42-7 4,9 3-10
Асбестове 2600 91-310 68 0,6
Скляне 2600 105-385 70-80 1,5-3,5
Базальтове 2600 160-360 80-110 1,4-3,6
Сталеве 7800 80-315 200 3-4
Вуглецеве 2000 200 245 1
Найбільш ефективними з позицій міцності та довговічності фібробетону, в
т. ч. при екстремальних хімічних, температурних та пожежних дії, є вуглецеві
волокна. Але фібра з них поки що занадто дорога, а зниження її вартості –
питання майбутнього.
Важливим та перспективним є використання мікроволкнистих матеріалів
для дисперсного армування багатокомпонентних композитів Найбільш
застосовні ниткоподібні мікрокристали металевих, мінеральних та органічних
речовин (таблиця 2.3).
Головним процесом у технології виготовлення дисперсно армованих
композитів є операція рівномірного розподілу армуючих волокон за обсягом
виробу, що формується.
47
Таблиця 2.3 – Основні характеристики волокон для армування композитів
Межа Модуль
Питома
міцності Питома пружності
Густина, модуль
Тип волокна 3 при міцність при
кг/м пружності
розтягуванні, R/p, 106 розтягуванні,
Е/р, 108
Rр, МПа Е, МПа
Метали
Алюміній 0,00269 63,3 2,36 74520 2,733
Титан 0,00471 196,8 4,18 117400 2,493
Сталь 0,00781 421,8 5,4 210000 2,689
Берилій 0,00186 175,8 9,47 309300 16,666
Мінеральні сполуки
Скло E 0,00255 3515 13,8 73820 2,897
Скло S 0,00249 4920 19,74 87890 3,525
200000-
Вуглець 0,00175 250-350 14,3-20 11,4-14,3
250000
Високоміцний 350000-
0,00195 200-250 10,3-13 17,9-19,5
вуглець 380000
Бір 0,00258 351,5 13,65 421800 16,374
Органічні речовини
Квебра
0,002 170-225 8,5-11,3 13300 6,65
(PRD49)
В експериментах були випробувані два способи приготування
формувальної суміші із мікроволокном. Перший: у суху суміш компонентів,
перед додаванням води з пластифікатором (у кількості 0,9% від маси сухої
речовини) додавали волокно та перемішували протягом 5 хвилин до отримання
однорідної маси. Другий: у ретельно перемішану суміш сухих компонентів
додавали воду з пластифікатором, після чого додавали волокно і перемішували
протягом 5 хвилин.
Ефективність армування багатокомпонентних композицій оцінювали
значенням межі міцності на розтягування при згині та стисканні, оскільки ці
показники найбільш повно відображають характер присутності дисперсно
розподілених мікроволокон у товщі бетону. Визначали й інші властивості суміші
та бетону (рухливість, терміни схоплювання, коефіцієнт розм'якшення та ін.).
48
Відповідно до викладених теоретичних положень скоригована модель
структуроутворення багатокомпонентного дисперсно-армованого композиту,
що включає кілька стадій формування структури. Поділ на подібні стадії є чисто
умовним, проте він має методологічне значення – воно дозволяє спростити
реологічні моделі, що зміцнюються систем, що характеризуються різним
розміром компонентів, і, отже, застосовувати для опису процесів простіші
математичні моделі.
Спочатку, на першій стадії відбувається швидкий набір міцності системою
за рахунок синтезу дрібних кристалів гідратних новоутворень, через подібність
властивостей речовин і синергетичного ефекту композиції. І надалі, на другій
стадії, у створеній структурі формується новий тип упорядкованої структури за
рахунок укрупнення раніше створених кристалів, більш ущільнюючу структуру.
Їхня загальна міцність і міцність зростків залежить від
генетичних особливостей компонентів, мінеральних та органічних добавок. У
цей період у загальній гелеподібній масі формуються утворення різної
морфології та розмірів (від 1 до 20 мкм). Подальше наростання кристалічних
новоутворень із раніше сформованих об'єктів, сприяє самоущільненню системи
до максимальних меж. Форма кристалів задається ще на мікрокристалізаційної
(першої) стадії.
На третьому етапі формуються новоутворення наступної генерації, яка
протікає за рахунок «фактора повернення» – вичавки води з міжпорового
простору структури дедалі більше ущільнюються продуктами гідратації. У цей
період здійснюється кінцева самоорганізація системи, що володіє заданими
проектними показниками та властивостями (щільність, міцність, водостійкість
та ін.).
Описаний механізм формування структури оптимізує внутрішні напруги
та об'ємні деформації, що практично виключає тріщиноутворення та дає матеріал
з неперевершеними властивостями по ефективності проти традиційними
бетонами (рисунок 2.3, 2.4).
49
Рисунок 2.3 – Ділянка міцної сітчастої структури високоміцного композиту
До закінчення процесу гідратації пори практично повністю заростають
кристалами гідросилікатних, гідроалюмінатних, гідроферитних та ін. фаз,
виконують омонолічну і армуючу функцію, що створюють міцну сітчасту
структуру навколо зерен заповнювача.
Рисунок 2.4 – Мікроструктура порошкового бетону навколо зерна наповнювача
50
Вирішальне значення в цьому процесі має вибір компонентів, що мають
знаки зарядів поверхні протилежні таким продуктам гідратації (в здебільшого –
позитивних, так як має місце надлишок негативно заряджених сорбційних
центрів).
Таким чином, можна стверджувати, що ефективним є мікроармування
невеликою кількістю волокна (до 3%), в результаті чого збільшується межа
міцності при згині в 7-добовому віці на 15-17%; у 28-добовому віці – ще на 12-
15 %; коефіцієнти тріщиностійкості та розм'якшення – на 12-15%. В цілому
мікроармуючі волокна є своєрідним кістяком, на якому формується міцний і
щільний шар контактної зони з затверділого каменю, який за певного насичення
суміші волокнами істотно впливає на властивості одержуваного композиту.
Висновки до розділу 2
1. Проаналізовно основні положення подібності до властивостей
компонентів твердіючої системи, що дозволить створювати високоміцні бетони
з необхідними фізико-механічними та експлуатаційними властивостями.
Реалізація положень цього під час створення будівельних конструкцій
забезпечить високу гарантовану якість продукції, її екологічну безпеку,
ефективне використання сировинних ресурсів.
2. Встановлено відповідність та можливість використання
трансдисциплінарних принципів у теорії та практиці бетонознавства, що
дозволить розширити та поглибити методологію вивчення та вдосконалення
високоміцних бетонів. Додаток законів зазначених законів дозволяє виявити
взаємозв'язок теоретичних принципів самоорганізації структур з технологічними
прийомами сучасного матеріалознавства.
51
РОЗДІЛ 3. РЕГУЛЮВАННЯ СТРУКТУРИ І ВЛАСТИВОСТЕЙ
КОМПОЗИЦІЙНИХ В'ЯЖУЧИХ ПОРОШКОВИМИ МІНЕРАЛЬНИМИ
МОДИФІКАТОРАМИ
3.1 Аналіз класифікації та особливостей проектування композиційних в'яжучих
Для отримання композиційних в'яжучих велике значення має вибір і
застосування високоефективних видів сировини. Застосовується в технології
бетонів мінеральна сировина, пройшла шлях багатоступінчастої «природної
активації» з допомогою глибинних геологічних процесів, тобто. Природного
генези, від седиментогенезу до катагенезу та метагенезу, до
динамометаморфізму та частково високотемпературного контактного
метаморфізму, генетично активованим і не вимагає особливого технологічного
втручання. У той же час комплексне використання мінеральних відходів
гірничорудного виробництва у будіндустрії утруднено внаслідок відмінностей
мінерального складу, структури, текстури та генези природної сировини в
результаті змішування та звалювання у відвали, тобто, залежить від техногенезу
– умов та ступеня техногенних перетворень [5].
В окремий напрямок виділено кристалоенергетика – наука про сучасні
підходи до розрахунку кількісних показників властивостей матеріалів, з
урахуванням їх енергетичних складових, та пояснення протікають при
гідратоутворення процесів.
Створено науковий напрямок – геоніка (геоміметика), метою якого є
розробка принципів управління структуроутворенням об'єктів неорганічного
світу з урахуванням показників сировини.
Для досліджень характеру структуроутворення твердіючого
композиційного в'яжучого застосовувалося як природна, так і техногенна
сировина різного хімічного складу, різних родовищ країн Європи.
Відмінність мінеральних компонентів техногенного походження від
природних, перш за все обумовлено технологічними операціями, складом та
52
генезисом вихідних порід, що призводить до серйозних змін у структурі та
властивості, що виражаються в їх енергонасиченості, високої активності в
твердіючих системах. Застосування такої сировини має специфічні особливості,
як у процесі приготування сировинної суміші, так і при твердінні бетонів.
Критеріями застосування повинні бути поширеність, доступність, вартість,
сталість складу (рисунок 3.1).
Рисунок 3.1 – Види сировинних матеріалів для отримання композиційних
в'яжучих
Важливо використовувати «досвід» геологічних процесів, наприклад
алевролітів, за міцністю та властивостями близькими до високоміцних бетонів.
Для створення міцного та довговічного каменю необхідно забезпечити надійні
фізико-механічні характеристики структури матеріалу з урахуванням
енергетичних показників всіх речовин, що беруть участь, а також відповідність
(подібність) властивостей. Ця структура повинна мати схожість за основними
показників та генетичного походження з природним матеріалом.
53
Одним із головних питань у процесі оптимізації властивостей є
спеціальний вибір усіх «учасників», їх кількості, їх природи та подоби
властивостей. Створення композиційних в'яжучих потребує науково
обґрунтованого підходу до розробки конкретних рецептур з урахуванням
призначення, хімічних, мінералогічних, гранулометричних та інших
особливостей сировини, а також сумісності використовуваних компонентів у
суміші, що забезпечить необхідний результат на всіх стадіях існування: сухих
порошкових сумішей, пластичних водних формувальних мас і затверділого
каменю належної міцності.
Єдиного підходу до методики створення багатокомпонентних складів у
даний час не вироблено. Деякі дослідники підходять до проблеми з боку
технологічної механіки, є підходи по лінії реологічних властивостей системи,
оптимізації гранулометричного складу, взаємозв'язку оптимальну структуру та
екстремальні властивості компонентів. В основному теоретичні положення та
принципи проектування дрібнозернистих систем, що твердіють, на
багатокомпонентні матеріали (таблиця 3.1).
Таблиця 3.1 – Порівняльні показники властивостей звичайного важкого
бетону та композиційного в'яжучого
Значення
Показник багатокомпонентний звичайний
композит важкий бетон
Середня густина, кг/м3 2200-3000 2200-2500
Міцність при стисканні, МПа 60,0-150,0 10-50
Водоутримуюча здатність, % 80-90 78-80
Коефіцієнт конструктивної
04,-0,5 0,1-0,2
якості, к.к.я.
Марка водонепроникності, W 4-5 2-4
Марка з морозостійкості, F 300-500 50-150
Стирання, г/см2 0,3-0,4 0,7-0,8
Коефіцієнт теплопровідності,
1,0-1,1 1,3-1,3
Вт/(м·К)
54
Тому, теоретичні підходи до проектування та створення традиційних
бетонів не зовсім застосовні до багатокомпонентних бетонів за складом, ні з
експлуатаційних навантажень, хоча за основу можна взяти методику підбору
склади важкого бетону, з урахуванням енергетичних показників компонентів та
закону подібності властивостей [21].
Композиційні в'яжучі часто експлуатуються в найжорсткіших умовах,
тому головна вимога до них – це високі щільність і міцність. Ці показники важко
забезпечити складом матеріалу, в якому є техногенні продукти. В даний час
технологи застосовують дорогі компоненти, що знижує ефективність
виробництва конструкцій.
Класифікаційних схем різних авторів безліч. Важливим питанням є
класифікація, що дозволяє оцінити рівень реакційної здатності та впливу на
твердіючу систему. Тут можна навести найбільш відповідну, з погляду,
класифікацію [21] (таблиця 3.2).
55
Таблиця 3.2 – Класифікація та характеристики кремнеземовмісних
матеріалів техногенного походження
№ Хімічний та мінералогічний
Класифікація Фізичні характеристики
п/п склад
Силікатне скло (аморфний Гранули, що містять 5-15%
кремнезем), що містить вологи. Перед застосуван-
Ті, що мають в'яжучі
оксиди кальцію, магнію, ням висушується і
властивості: – швидко охо-
1 алюмінію. Кристалічні подрібнюється до частинок
лоджені шлаки
компоненти можуть бути в розміром менше 45 мкм,
невеликій кількості частинки мають шорстку
поверхню. Питома поверхня
350-500 м2/ кг
Містить від 10 до 15%
частинок розміром понад 45
Силікатне скло (аморфний
мкм. Велика частина
кремнезем), що містить
частинок має сферичну
Ті, що володіють в'яжучими і оксиди кальцію, магнію,
форму з діаметром менше
пуцолановими алюмінію. Кристалічні
20
властивостями: компоненти у вигляді кварцу і
2 мкм. Поверхня частинок у
- Висококальцієві золи С3А можуть бути присутніми
здебільшого гладка, але не
винесення (Са>10%) в невеликій кількості.
така чиста, як у
Можуть бути вільне вапно і
низькокальцієвих зол
периклаз, вуглець (менше 2%)
винесення. Питома
поверхня
300-400 м3/ кг
Порошок, що складається зі
сферичних частинок
Ті, що мають високу Мікрокремнезем некристаліч- діаметром менше 0,5 мкм.
пуцоланову активністю: ної (аморфної) модифікації. Питома поверхня
3 - мікрокремнезем; – золи Складаються в основному з ≈ 20000м2/кг. Частинки
рисової лушпиння кремнезему не кристалічної розміром менше 45 мкм
(аморфної) модифікації мають пористу поверхню.
Питома поверхня ≈
6000 м3/ кг
Силікатне скло (аморфний
Містить від 10 до 15%
кремнезем), що містить
Ті, що мають нормальну частинок понад 45 мкм.
оксиди алюмінію і заліза.
пуццоланову активність: - Більша частина частинок
Кристалічні компоненти у
4 низькокальцієві золи має сферичну форму з
вигляді кварцу, Муліта,
віднесення (СаО <10%) діаметром близько 20 мкм.
магнетиту. Вугле роду менше
Питома поверхня 250-350
5%, але іноді може сягати 10%
м2/ кг
Додатково подрібнюються
Інші: – повільно охолоджені Містять кристалічні силікатні
для надання в'яжучих або
шлаки; - Золи гідровидалення, мінерали та невелика
5 пуцоланових властивостей.
шлаки котелень кількість не кристалічних
Подрібнені частинки мають
компонентів
шорстку поверхню
Створення композиційних в'яжучих різного призначення потребує
особливих методів проектування їхнього складу. Науково обґрунтований
56
розрахунок багатокомпонентної композиції та оптимізацію її структури
здійснюють спеціальним, розробленим стосовно даного виду матеріалу методом.
Додатково досліджують енергетичні показники компонентів, оскільки
взаємодія складових суміші, у тому числі, з техногенною сировиною,
відрізняється кардинальним чином традиційних бетонних сумішей. Методика
передбачає обов'язковий облік енергетики сировини. Специфічний підхід до
проектування забезпечує прискорене перебіг всіх етапів життєвого циклу
композиційних в'яжучих.
У країнах із розвиненою економікою на даний момент вже розроблено
велика кількість високоефективних складів композиційних в'яжучих та бетонів
на їх основі, оригінальних в екологічному та конструктивному аспектах, які
пройшли апробацію за умов експлуатації. Однак, у нашій країні, не дивлячись на
доведену ефективність, по ряду суб'єктивних та об'єктивних причин,
композиційні в'яжучі поки не знайшли широкомасштабного застосування.
Раніше шляхом додаткового подрібнення портландцементу спільно з
кремнеземистим компонентом були отримані композиційні в'яжучі. Наприклад,
відомі в'яжучі низької водопотреби (ВНВ) можуть містити, крім клінкерної
складової, і кремнеземовмісні добавки, і суперпластифікатор. Необхідно
відзначити, що як кремнеземистий компонента, при виробництві цього виду
в'яжучих, використовують і природні піски, з вмістом кварцу близько 95%, та
техногенні.
Багатокомпонентність складу [21], незважаючи на дорожнечу, дає ряд
позитивних факторів, що сприяють підвищенню фізико-механічних
характеристик композитів:
високу міцність контактної зони (адгезію) між частинками (Моноліт);
прискорення процесу твердіння за рахунок фактора подібності до
властивостей компонентів складу;
збільшення ступеня наповнення обсягу матеріалу та зниження загального
пористості одержаного каменю;
57
утворення додаткової кількості продуктів гідратації з більшим розмірів
кристалів за рахунок інтенсивності та повноти реакцій взаємодії
активованих частинок компонентів, що беруть участь;
прискорення набору міцності за рахунок високої поверхневої енергії
частинок, що призводить до створення кластерів "в'яжучі-наповнювач";
можливість повного виключення гідравлічного в'яжучого
(портландцементу) при введенні суперактивізованих компонентів
твердіючої системи.
Як техногенні матеріали, піддані селективному відбору та первинної
переробки у аналізі використовували:
відсів дроблення кварцитопісковика;
відсівання дроблення граніту Кременчуцького кар'єру.
Кварцитопісковик - одна із скельних розкривних порід, що вміщають
залізну товщу та розташованих по всій площі залізорудних родовищ. У межах
розвіданих ділянок кварцитопісковики характеризуються сталістю мінерального
складу та високою міцністю. Зовні кварцитопісковики масивні, майже зливні
кварцові породи білої, сірого, рожево-сірого і рідше зеленувато-сірого
забарвлення. Для них характерна масивна, рідше нечітко виражена
грубосмугаста текстура. Структура, в переважно, дрібнозерниста з розміром
зерен 0,02-2,0 мм. Зміст кварцу складає 73,4-95,0%. Інші мінеральні матеріали:
мусковіт, біотит, рідше хлорит, фуксит, альбіт, калієвий польовий шпат. Їхня
кількість може досягатиме 10-20%. Кварцитопісковик, як гірська порода, мають
досконалу геологічну структуру, що визначає його високу міцність щодо інших
гірських порід. Аналіз результатів фізико-механічних випробувань
кварцитопісковиків Лебединського родовища свідчать про їх високій якості: –
середня щільність – 2650 кг/м3, водопоглинання – 0,10%, пористість – 0,91%,
тимчасовий опір стиску у водонасиченому стані – 141,2 МПа, морозостійкість –
150 циклів, вміст сірки загалом за родовищем – 0,18%, у перерахунку на SО 2-
3 .
При дробленні кварцитопісковик збагачується чистим кварцем з низьким
вмістом попутних мінеральних домішок. Алюмосилікати, пірит, карбонат
58
накопичуються в найбільших фракціях (більше 20 мм) і найбільш дрібних
(менше 0,63 мм). Це пов'язано з тим, що розмір мінералів, що містять
перераховані оксиди менше ніж кварцу. При дробленні та класифікації вміст цих
оксидів збільшується з допомогою пасивного накопичення.
У традиційних бетонах щебінь з кварцитопісковиків, що не зазнали
вивітрюванню, відрізняється високою якістю, не поступаючись по
найважливішим гранітному показникам, а по ряду властивостей навіть
перевершуючи його.
У цій роботі проводився аналіз використання кварцитопісковика як
тонкомолотого компонента модифікатора композиційного в'яжучого з Sуд до 500
м2/ кг, а також як дрібного наповнювача фр. 0,63-1,25 мм.
Відсів дроблення граніту Кременчуцького кар'єру. Відсів дроблення
граніту отримано як відхід постадійного дроблення гранітної гірської породи та
просіювання через стандартні сита при отриманні великого заповнювача бетонів
– щебеню. До його складу входить невелика кількість сіяного яружного
(кар'єрного) піску (рисунок 3.2).
Рисунок 3.2 – Гранітний відсів кременчуцький фр. 0-5,0 мм
Забарвлення відсіву червоне, сіре або рожеве, залежно від складу граніту.
Насипна густина 1400 кг/м3, марка по дроблення в циліндрі 1200, марка за
морозостійкістю – 300.
59
У цьому аналізі відсів дроблення граніту, також як і кварцитопіщаника,
застосовували як тонкомолотий компонент модифікатора композиційного
в'яжучого з Sуд до 500 м2/ кг, і навіть як дрібний заповнювач фр. 0,63-1,25 мм -
як матеріал порівняння.
3.2 Розгляд композиційних в'яжучих для будівельних композитів різного
призначення
Загальною технологічною операцією приготування багатокомпонентних
композиційних в'яжучих була активація компонентів механічним способом у
вібраційному або кульовому млинах. Усі компоненти подрібнювалися до високої
питомої поверхні окремо, з наступним змішуванням мішалці.
Для визначення складу багатокомпонентного композиційного в'яжучого
при різних співвідношеннях між основними компонентами: портландцементом,
мікрокремнеземом, алюмінат містить і карбонат містить добавкою
встановлювали залежності з водотвердим ставленням (В/Т), консистенцією
суміші та міцністю за скоригованою методикою. На підставі отриманих
результатів при заданій консистенції формувальній маси призначали в
подальшому склади композиційних в'яжучих необхідної міцності та проводили
експериментальну перевірку.
Склад композиційного в'яжучого підбирали так:
1. Визначали В/Т відношення, необхідне отримання заданої міцності за
формулою:
В/Т = А·Rв/(Rб + 0,8А·Rв), (3.1)
де А - коефіцієнт, що враховує вид в'язкої речовини; Rв – активність в'яжучого,
МПа; Rб - міцність композиту бетону, МПа.
2. Встановили співвідношення всіх 5 багатокомпонентних компонентів
складу, що забезпечує задану рухливість при певному В/Т.
60
3. Розраховували витрату компонентів суміші композиційного в'яжучого
формулі:
Gсм = 1000/(1/ρсм + В/Т + n/ρсм), (3.2)
де ρсм – щільність суміші сухих компонентів, кг/м3; n – співвідношення між
компонентами.
4. Визначали витрату води за формулою:
В = Gсм·В/Т (3.3)
5. Визначали властивості композиційного в'яжучого: нормальну густоту та
швидкість схоплювання, відповідно до методики з приладу Віка.
6. Для визначення марочної міцності розраховували витрату дрібного
заповнювача (піску, кварцитопісковика):
Gз = n1 · Gсм (3.4)
де n1 – співвідношення між порошковою сумішшю та заповнювачем.
7. Оптимальну витрату матеріалів на 1 м³ багатокомпонентного
композиційного в'яжучого встановлювали за щільністю свіжоущільненого тесту.
8. Аналізували виготовлені контрольні зразки розміром 40х40х160 мм із
суміші розрахункової рухливості, витримані у вологих умовах 28 діб, після чого
визначали активність.
Випробування будівельно-технічних властивостей проводили відповідно
до «ДСТУ Б В.2.7-215:2009 Будівельні матеріали. Бетони. Правила підбору
складу» та вимогами стандартних методик та рекомендацій [23].
Спосіб щільної упаковки дозволяє розташувати між собою частинки, що
входять до складу матеріалу, за регулярним законом. В цьому випадку частинки
розглядаються у формі, близькій до кулястої. Такою щільною упаковкою є
61
гексагональна, коли в першому шарі зерна стикаються поверхнями з
максимально можливим числом сусідів, а зерна чергових верхніх шарів
розташовуються в лунках або улоговинах між суміжними зернами ряду. Відстань
між центрами протилежних частинок у просторових ґратах становитимуть: √2d,
√6⋅d/2, 2d/√3, де d – діаметр зерен. При цьому щільні регулярні укладання зерен
у просторі утворюють 5 упаковок, що повторювалися, не вважаючи випадковою,
з коефіцієнтами упаковки η та частотою появи k відповідно рівними: 0,5296-3;
0,6046-3, 0,6802-1; 0,6981-2; 0,7405-3. Розподіл розмірів послідовно менших
зерен, що заповнюють порожнечі в упаковках, наведених у таблиці 3.3.
Таблиця 3.3 – Залежність відносних діаметрів зерен від їх об'ємних
концентрацій при щільному укладанні в упаковках
Тип упаковки
Об’ємноцен-
Кубічна Тетрагональна Тригональна Гексагональна Випадкова*
трована
52,36 60,46 68,02 69,61 75,05 64,02
Відн. Конц. Відн. Конц. Відн. Конц. Відн. Конц. Відн. Конц. Відн. Конц.
64,0
��1 1,00 52,4 1,00 60,5 1,00 68,0 1,00 69,8 1,00 74,1 1,00
64,0
22,8
��2 0,73 20,5 0,53 18,0 0,29 10,1 0,33 6,02 0,41 5,25 0,39
2,78
27,1
��3 0,27 3,03 0,21 6,42 0,26 3,12 0,29 6,84 0,23 1,69 0,15
4,15
29,0
��4 0,16 7,00 0,19 1,54 0,16 0,76 0,23 1,59 0,18 3,20 0,07
6,22
27,2
��5 0,12 1,91 0,12 2,50 0,12 2,07 0,12 1,04 0,12 2,20 0,02
5,70
23,0
��6 0,07 0,49 0,07 0,50 0,07 1,68 0,11 3,14 0,11 3,13 0,01
5,47
Всього 85,33 89,42 85,76 87,44 90,52 88,30
*Випадкова упаковка, решта 5 – регулярні (систематичні) укладання.
Випадкове пакування частинок в обсязі характеризується наявністю
локальних, переходять із одного до іншого фрагментів регулярних укладок.
Вважаючи, що усереднений коефіцієнт регулярних укладок обсягом є випадкова
величина, отримаємо:
η = ∑kη/∑k = (3⋅0,5236+3⋅0,6046+0,6802+2⋅0,6981+3⋅0,7405)/12 = 0,6402 (3.5)
Порядок d
62
Розрахований таким чином усереднений коефіцієнт [23] упаковки
характеризує щільний стан зерен в об'ємі, що утворюють випадкову щільне
впакування. Розміри порожнин у випадковій упаковці визначаються шляхом
заповнення їх зернами послідовно меншого, але відповідного розміру.
Наявність у випадковій гексагональній упаковці фрагментів із кубічною
укладанням зерен (менш щільним) дозволяє прийняти найменшу перервність в
їх розміри. Модуль цієї перервності визначається за такою формулою:
М = d1/d2 = 1/(√3-1); (3.6)
де d2 = (√3-1) d1 = 0,732 - розмір порожнеч між кулями укладання.
Діаметри зерен інших, дрібніших фракцій:
d3 = d2(√3–1) = d1(√3–1)2 = 0,527 d1; (3.7)
d4 = d3(√3–1) = d1(√3–1)3 = 0,392 d1; (3.8)
dn = d1(√3-1)n-1. (3.9)
Об'ємна частка куль розміром dn, що містяться в пустотах, що
утворюються:
V 3
n = mnη1(dn/d1) ; (3.10)
де mn - число порожнеч послідовно меншого розміру, що припадають на
одне зерно упаковки, розраховується як:
mn = Nn/p; (3.11)
де Nn - число зерен розміром dn, що містяться у відповідних порожнинах
упаковки; p - Число найбільших однакових куль в упаковці; η1 – коефіцієнт
випадкового пакування частинок.
63
Коефіцієнт випадкового пакування частинок η1 визначають ущільненням
навішування зернистого матеріалу вранці, вібрацією або центрифугуванням.
Результати вимірів дають середню величину коефіцієнта випадкової пакування
частинок η1 = 0,63716.
Практичне значення має закон розподілу частинок у високощільних
складах зернистих матеріалів при заповненні ними порожнин в утворених
випадкових упаковках:
dn/d1 =(2,549/10⋅η )m(n-1)/3
1 ⋅Ф n-1 /Фn; (3.12)
де Ф n-1 /Фn – коефіцієнти форми частинок чергового та наступного
розмірів; (Для частинок сферичної форми Фn = I, для несферичної форми Фn ≥1);
m – ступінь розподілу частинок; (m = 0-12).
Показник m дозволяє регулювати кількість проміжних фракцій за масою.
При безперервній гранулометрії одержують склади з 0<m<3, при переривчастій
– 3≤m<6.
Коефіцієнт форми частинок зернистих матеріалів значно впливає на
точність результатів експериментального визначення щільності упаковки
штучних кам'яних конгломератах, особливо за наявності у яких
тонкодисперсних матеріалів. На практиці форму частинок встановлюють під
мікроскопом і ототожнюють з формою різних правильних геометричних тіл,
коефіцієнт форми яких розраховується (таблиця 3.4).
У розрахунках використовують розрахунковий коефіцієнт форми
частинок, який визначають, як відношення обсягу кулястої частинки матеріалу
до поверхні наявної частки, чи зворотну йому величину – чинник форми.
Таблиця 3.4 – Співвідношення коефіцієнтів форми частинок від виду
геометричних тіл (а-довжина, r-радіус, h-висота)
Форма частин Ф Форма частин Ф
64
Шар 1,0000 Циліндр (h = 2r) 1,1447
Куб 1,2407 Циліндр (h = 3r) 1,1628
Призма (a x a x Еліпсоїд
1,3038 1,1450
2a) (a x a x 1,5a)
Призма Еліпсоїд
1,3140 1,5200
(a x 2a x 2a) (a x a x 2a)
Призма Кругла (без
1,3793 1,1600
(a x 2a x 3a) форми)
Кутова (без
Диск (h = r) 1,2114 1,5000
форми)
Визначення числа фракцій n, необхідні приготування високощільних
складів, що здійснюється відповідно до заданого класу розподіл частинок
(таблиця 3.5).
Таблиця 3.5 – Значення коефіцієнта �� залежності від класу системи m
m 1 2 3 4 5 6 7 8 9
���� 0,033 0,052 0,080 0,123 0,189 0,227 0,290 0,350 0,420
Число фракцій знаходять виходячи з граничного значення найменшого
діаметра частинок фракції. Після чого кількість фракцій з великими розмірами
частинок приймається виходячи із стандартних розмірів сит. Воно визначається,
виходячи з послідовності визначень діаметрів, поки dmin наблизиться до
значенням 0,14 мм, і виконуватиметься умова dmin ≥ 0,14 мм (n = 1,2,3,4,5….).
d = d (0,255/η ) m(n-1)/3
min 1ср 1 (3.13)
Маса кожної фракції обчислюється, прийнявши вагу першої найбільшої
фракції (основи) за 1 (G1 = 1).
Gn = (1-µn-1)βn(µn/µn-1)∑Gn-1, (3.14)
де βn – коефіцієнт розсування зерен; βn = µn-1/µn; µn-1 – коефіцієнт упаковки суміші
фракцій, що складається з 2,3,4 та більше фракцій.
65
µn = µn-1+[(1–µn-1)/βn]Хn, (3.15)
де Хn - ступінь заповнення вільного обсягу суміші фракцій при введенні в її
кожної чергової фракції:
Хn = ϕn/[n/2(n-1)]; (3.16)
де ϕn – ступінь збільшення щільності упаковки при додаванні n-ї фракції
У розрахунках забезпечено підбір такого високощільного складу в'яжучого
(і композиту), який забезпечує утворення жорсткого кристалічного каркасу після
гідратації. Цій умові відповідає склад з великим кількість порошкоподібних
фракцій (5) та найменшою величиною коефіцієнта розсування (роз'єднання)
зерен.
Висновки до розділу 3
1. Проаналізовано основи проектування складів композиційних в'яжучих
для різних напрямків будівництва з використанням порошкових мінеральних
модифікаторів (ПММ), до складу яких входили сировинні компоненти
техногенного походження, що забезпечило отримання будівельних матеріалів із
високими будівельно-технічними властивостями.
2. Встановлено, що для отримання композиційного в'яжучого істотне
значення має багатокомпонентний та полімінеральний склад при високій
дисперсності їх частинок, а також характер розподілу частинок по розмірів із
високим коефіцієнтом упаковки.
3. Обґрунтовано способи підбору складів багатокомпонентних
композицій, що полягають у використанні міждисциплінарних підходів у
будівельному матеріалознавстві, які передбачають облік енергетичних та
структурних показників застосовуваних вихідних матеріалів. Розрахунок
66
кількості фракцій та ваги компонентних груп, а також способів змішування
повинні проводитися в залежності від їх властивостей та особливостей, з
дотриманням закону подібності властивостей.
67
РОЗДІЛ 4. АНАЛІЗ ТЕОРЕТИЧНОГО ТА ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО
ОБГРУНТУВАННЯ ПРОЕКТУВАННЯ ТА ОПТИМІЗАЦІЇ ВЛАСТИВОСТЕЙ
КОМПОЗИТІВ У БУДІВНИЦТВІ
4.1 Технічні вимоги до ремонтних (монтажних) розчинів та підвищення
ефективності монтажних сумішей для ремонтних та відновлювальних цілей
Дотримання вимог до технічних властивостей кінцевої продукції, як і до
вихідних компонентів, високонаповненої дисперсної системи, гарантує
отримання матеріалу із заданими експлуатаційними характеристиками та
високим ступенем надійності та довговічності. Одним із серйозних вимог –
правильний вибір в'яжучого, наповнювачів та заповнювачів, їх кількісного
змісту та природи.
Однозначного підходу до створення нових ремонтних складів будівельних
сумішей різного функціонального призначення до сьогодення часу немає.
Існують окремі відомості щодо оптимізації гранулометричного складу,
можливості підвищення експлуатаційних характеристик, застосування місцевої
сировини та техногенних продуктів, зниження витрати цементу та застосування
деяких наповнювачів, а також впливу комплексних добавок, що модифікують,
на властивості кінцевого продукту.
У деяких випадках теоретичні положення та принципи проектування
традиційних будівельних розчинів та дрібнозернистих бетонів просто
переносяться на ремонтні та монтажні тверді композиції різного
функціонального призначення, причому умови служби монтажних сумішей
принципово відрізняються від роботи дрібнозернистих бетонів розчинів [3,10].
Теоретичні підходи, що застосовуються до традиційних будівельних
розчинів і дрібнозернистих бетонів, не зовсім застосовні до ремонтно-відновних
високоміцних композитів. Вони відрізняються стеоретичними методами
проектування та технологією виготовлення, а також експлуатаційними
характеристиками.
68
У чинних нормативних документах [22,24] встановлюються вимоги до
ремонтних сумішей на цементних в'яжучих, модифікованих полімером;
полімерних в'яжучих, а також до їх адгезійних сполук (конструкційним та/або
неконструкційним) у контактній зоні з бетоном відновлюваних конструкцій.
Загальна схема застосування включає наступні технологічні операції: нанесення
ремонтної (розчинної) суміші вручну, повторне укладання ремонтної (бетонної)
суміші, нанесення ремонтної (розчинної/бетонної) суміші методом набризку,
додавання бетону нарощуванням ремонтної (розчинної/бетонної) суміші, заміна
дефектного бетону. Застосування даних ремонтно-відновлювальних сумішей
передбачається при відкритому атмосферному впливі, а також при закритому –
підземному або підводному. Проте, чіткої регламентації властивостей та
вироблення рекомендацій ремонтно-відновлювальних складів, що
застосовуються для реставрації спеціальних та відповідальних елементів
конструкцій, також як і працюючих у екстремальних умов навколишнього
середовища (за особливо низьких температур), а також в особливих обставинах
(непрогнозовані дії або навантаження, землетруси та ін), немає.
Причинами дефектів у бетонних конструкціях можуть бути невірні
проектування та розрахунок, невідповідні умови експлуатації, неправильне
виконання робіт, неякісні матеріали та ін.
Групують можливі причини дефектів, що виникають наступним чином:
неправильний розрахунок будівельних конструкцій;
неправильний підбір складу бетонної суміші;
недостатнє перемішування та ущільнення;
недостатня товщина захисного шару арматури;
недостатня або дефектна гідроізоляція;
забруднені, низькоякісні або реакційно-здатні заповнювачі;
невідповідний режим міцності.
У процесі експлуатації причинами руйнування залізобетонним
конструкцій можуть бути (рисунок 4.1):
69
зменшення несучої здатності арматури при корозії;
суворі кліматичні умови, атмосферне забруднення, вплив агресивних
хімічно-активних речовин;
зміщення фундаментів, що зазнають ударного навантаження, деформація
швів внаслідок надмірного навантаження;
пошкодження від напруги (висока температура при пожежах);
ерозія, агресивні ґрунтові води, сейсмічне вплив;
вплив блукаючих струмів.
Зерно
напов-
нювачу
Активна частина
поверхні
Рисунок 4.1 – Схема окислювальних процесів у твердіючій системі
Застосування для ремонтно-відновлювальних цілей багатокомпонентних
складів, розроблених на принципах створення багатокомпонентних композитів,
дозволить повною мірою усунути наявні недоліки існуючих монтажних сумішей
і значно скоротити енергетичні та матеріальні витрати виробництва.
Особлива увага щодо матеріалів даного класу звернена на два важливі
властивості: зчеплення з поверхнею конструкції, що ремонтується (Адгезія),
деформативність і волого- паропроникність [7].
Міцність на відрив. Звичайні щільні цементно-піщані монтажні розчини
мають міцність та модуль пружності, відповідні елементам, що ремонтуються, і
деталям (підставам). Значна ж різниця показників міцності може призводити до
накопичення напруг деформацій у контактній зоні вже на ранній стадії
70
твердіння. Міцність основи повинна бути не менше міцності покриття, що
обробляється. Практика показує, що ремонтний склад не «рве» основу, якщо
різниця у міцності становить трохи більше 20 %. Різниця в пружних властивостях
також впливає спільну роботу ремонтного складу та підстави. Для підвищення
довговічності оздоблювального шару модуль пружності повинен бути нижче
модуля пружності основи.
Волого-паропроникність. Внаслідок незначної різниці значень
коефіцієнтів волого- та паропроникності ремонтованого бетону та монтажного
складу ймовірність накопичення вологи в контактному шарі невелика.
Зволоження ділянки бетону, що ремонтується, безпосередньо контактує з
ремонтним шаром, позитивно позначається на міцності зчеплення, час як
наявність вологи під оздоблювальним шаром у зимовий період створює загрозу
порушення зчеплення внаслідок кристалізації льоду. Винятку вологоконденсації
сприяє висока міцність зчеплення між ремонтним складом та бетонною
конструкцією.
Деформативність монтажного та основного бетону [23] приблизно
однакова, внаслідок близькості значень густин. Ці матеріали мають приблизно
однакові коефіцієнти температурного лінійного розширення.
Особливу важливість для ремонтних бетонів має довговічність.
багатокомпонентних твердіючих систем, що заповнюють ремонтні ділянки
конструкції (порожнечі, каверни, тріщини), яка залежить як від природи, ступеня
подрібнення та зернового складу компонентів, так і, особливо, від оптимального
співвідношення між ними, підібраного та розрахованого на основі
синергетичних уявлень та закону подоби.
Виконані дослідження ремонтних складів із мінеральними складовими
різного генези показали, що вони в подрібненому вигляді здатні при звичайних
температурах взаємодіяти між собою, мінералами цементного клінкеру,
гідроксидом кальцію, що виділяється при гідратації аліту, із заснуванням
нерозчинних сполук, тобто. Мають високою гідравлічною активністю. Шляхом
аналізу підтверджено співвідношення між ними та портландцементом, що
71
забезпечило оптимальні умови для здобуття високих будівельно-технічних
властивостей композитів.
Як було показано вище (розділ 3) найбільш щільні упаковки зерен двох
фракцій досягаються, коли розмір частинок однієї з них приблизно 6,5 разів
менше розміру частинок іншої, що значною мірою реалізовано при використання
ультрадисперсних компонентів Зі зростанням питомої поверхні збільшується
кількість активних центрів на поверхні мінеральних частинок, відбувається
зростання їх кількості та розмірів, а також відбувається збільшення поверхневих
дефектів просторових ґрат, обумовлене порушенням контактів між кристалами з
розривом кремнекисневих валентних зв'язків -Si-O-Si- та утворення вільних
радикалів на поверхні.
Поряд із зведенням висотних та спеціальних будівель та споруд з
багатокомпонентного бетону, як і об'єктів ЖКГ, з часом відбувається процес
природного старіння конструкцій, вузлів, зчленувань певні елементи
конструкції. У зв'язку з цим чекають масштабні роботи з ремонту та відновлення
різних об'єктів, а також проведення профілактичних ремонтів Особливе місце в
цьому ряду займають ремонтні та відновлювальні роботи з реставрації пам'яток.
Використання принципів, викладених вище, під час проектування
дозволило отримати ремонтні розчини із заданими технологічними, фізико-
механічними та експлуатаційними властивостями за рахунок формування
швидкотвердіючої щільної структури полегшеного матеріалу бетону (таблиця
4.1).
72
Таблиця 4.1 – Фізико-технічні властивості рем. композиту в залежності від
складу
Межа
міцності Середня Коефіцієнт Марка по Марка по
№ при густина теплопровідності, морозо- водонепро-
складу стиску в (ρСР), (λ0), стійкості, никності,
віці 3 кг/м3 Вт/м·оС F W
діб, МПа
1 28,5 2160 0,36
30
2 33,0 2170 0,40 4
3 31,5 2190 0,43 25
Аналіз макро- та мікроструктури матеріалу, з якого були виготовлені
пам'ятники, показав, що їх основою є дрібнозернистий бетон. Як в'яжучі в
основному використовували рядовий портландцемент. У зв'язку з цим ставилося
за мету розробити нові високоміцні ремонтні склади, виготовлення яких не
призвело б до суттєвої перебудови технології виготовлення та застосування їх у
справі.
Проведення високоякісного ремонту та реставраційних робіт засноване на
створенні композиту, компоненти якого за фізико-механічними властивостями
та довговічністю не поступалися б відновлюваному бетону. Отриманий на основі
синергетичних принципів та закону подоби багатокомпонентний бетон набагато
перевершує матеріал, використаний при спорудженні пам'яток та інших будівель
та споруд у минулий час. З огляду на це при розробці технології застосовували
існуюче обладнання та інструмент, що застосовуються у ремонтній справі в
даний час. До складу ж вводили більшу кількість техногенних вихідних
матеріалів для отримання сумірної міцності ремонтного каменю та ремонтується
конструкції. Найбільша увага приділялася питанням адгезії рем. складу до
поверхні, що ремонтується.
Для ремонту конструкцій зі складною геометрією та тонкостінних
елементів розроблені склади без заповнювача, що включають тонкодисперсний
порошковий мінеральний наповнювач із подрібненого кварцитопісковика,
73
бетонного брухту, вік якого погоджений з часом створення пам'ятників, та
спеціально підготовленого техногенного піску.
Відомо, що фізико-механічні властивості дрібнозернистих бетонів
більшою мірою визначаються їх структурними та технологічними
особливостями. Усі будівельні композити поліструктурні, тобто складаються з
великої кількості структур залежно від застосовуваних компонентів всьому
обсязі виробу. Ці структури ділять на макро-, мікро- та наноструктури,
проростають одна в одну («структура в структурі»). Для ремонтно-монтажних
систем на основі багатокомпонентних композитів, як матеріалів
поліструктурного типу, вся структура може бути об'єднана у два класи: перший
– нано- та мікро (в'яжуче та затверділа матриця з нього), і другий – макро
(затверділий бетон із заповнювачем) [23].
Встановлено, що проаналізований ремонтний склад має високий ступінь
адгезії до основи, що ремонтується (рисунок 4.2).
Рисунок 4.2 – Мікроструктура затверділого каменю ремонтного складу без
заповнювачу
Висока адгезія затверділого ремонтного складу забезпечується не лише
силами хімічних зв'язків, а й характером їх розподілу обсягом твердіючого
74
матеріалу. При цьому обсяг матеріалу, що не бере участі в процесі твердіння,
тобто. обсяг порового простору, вирішальним чином впливає на
Характеристики. Крім того, формування порового простору залежить від
способу ущільнення, температури, фазового складу, ступеня кристалізації
мінералів та ін. Тому в роботі в різні терміни твердіння досліджували фазовий
склад, кінетику гідратації та структуроутворення штучного каменю з
дрібнодисперсним заповнювачем та без нього.
При аналізах дослідних зразків спостерігалося руйнування матеріалу
підкладки, але не по шву, що ремонтується (рисунок 4.3).
Рисунок 4.3 – Характер руйнування зразків бетонного елемента, що
ремонтується відновлювальним складом
Зміна структури каменю при введенні дрібнозернистого заповнювача
граніту та кварцитопісковика на мікроскопічному рівні визначали методом
рентгенографічного аналізу [4].
Отримані дані свідчать про активне перебіг процесу гідратації (рисунок
4.4).
Основними відбиттями на рентгенограмах фіксуються: двоводний гіпс (d
= 7,62; 4,28; 3,81 Å), карбонат кальцію (d = 2,50; 2,09; 1,89 Å), SiO2 (d = 3,34; 1,54
Å), гідросилікат кальцію (d = 11,3; 5,00; 3,07; 2,87; 2,79 Å), портландит (d = 2,73;
75
1,95; 1,93; 1,78 Å). Є пік трисульфогідро-алюмінату кальцію невеликої
інтенсивності (d = 5,60; 4,92 Å).
Рисунок 4.4 – Перебіг процесу гідратації
Зразки у віці одного року на рентгенограмі мають лише сліди
високомолекулярних кристалічних сполук. З плином часу гідратації (до 1 міс.)
зменшується інтенсивність відображення Ca(OH)2 та C2SH2, а на пробах каменю,
що твердів протягом 1 року, їх відображення практично відсутні, що свідчить
про повне зв'язування гідроксиду кальцію мікрокремнеземом і процесом
гідратації, що триває.
На термограмах зразків, що тверділи протягом 7 діб, видно ендотермічні
ефекти при температурі 160-220 оС (перший здвоєний) ефект); при температурі
560 оС – другий, характерний для процесу дегідратації портландиту; при
температурі 890-910 оС – третій, спричинений дисоціацією карбонату кальцію;
ефект при 879 оС характерний для процесу перекристалізації кварцу з β- в α-
модифікацію (фазовий перехід другого роду). (Рисунок 4.5).
Інтенсивність (імпульс/сек)
76
Рисунок 4.5 – Дериватограма штучного каменю багатокомпонентної системи
При температурі 500 оС видно екзотермічний ефект характерний для
процесу окислення Fe+2 до Fe+3 . При температурі 780-820 оС проглядаються
екзотермічні ефекти розкладання C2SH2 і CSH(B), що накладаються на
ендотермічний ефект декарбонізації Са(СО)3.
Загальні втрати маси становили від 18 до 19 %, що свідчить про високої
кінетиці твердіння та набору міцності системою.
Таким чином, встановлено активну взаємодію компонентів
багатокомпонентного ремонтного складу, порівняно з портландцементним
розчином, та формування щільної структури композиту. Фазовий склад та
структура каменю із сировиною різних генетичних типів, а також оптимальне
кількість сировинних компонентів у складі сприяє підвищенню міцності,
тріщиностійкості, водостійкості та зменшення усадкових мікротріщин та
підвищення довговічності матеріалу. Показано, що багатокомпонентність складу
із включеннями кристалічних матеріалів сприяє утворенню незначної кількості
аморфної фази кремнезему, що скріплює контактну зону кристалічних речовин.
Ефективність технологічного процесу великою мірою залежить від
виконання певних вимог. На стадії підготовки та приготування ремонтно-
монтажних складів мають бути створені необхідні умови для одержання
ефективного результату (рисунок 4.6).
77
Враховуючи, що застосування багатокомпонентних ремонтних складів
призводить до формування виробу незначної товщини, застосування великого
заповнювача у яких неприпустимо. Водночас обов'язково максимальна
гомогенізація сухої суміші твердих тонкодисперсних компонентів. Реалізація
цієї технології забезпечить значну економію матеріальних, трудових та
енергетичних ресурсів.
На першому етапі отримати однорідну суху суміш багатокомпонентного
складу; на другому – здійснити її перешивання у водному середовищі.
Перший переділ – приготування сухого складу ретельним перемішуванням
підготовлених та віддозованих компонентів у змішувачі примусової дії. При
цьому відповідно до закону подібності, при виконанні позицій методики добору
складу вихідні матеріали підбираються в кожному конкретному випадку з
урахуванням структури об'єкта, що ремонтується.
Рисунок 4.6 – Вимоги до методики та алгоритм виконання робіт з
виготовлення та застосування ремонтно-відновлювальних композитів
78
У зв'язку з цим необхідно зазначити, що при ремонті тонкостінних і
малорозмірних деталей тонкодисперсний мінеральний заповнювач граніту або
кварцитопісковика може бути відсутнім. Суха гомогенна суміш готується
відповідно до рекомендації щодо черговості введення вихідних компонентів. Як
помольний механізм для отримання якісної сухої суміші можуть застосовуватися
кульові та вібраційні млини, що забезпечують високі техніко-економічні
показники. Реалізація першого етапу із застосуванням ефективних
подрібнювальних машин та механізмів забезпечить належний рівень
однорідності та дисперсності суміші.
Другий переділ – приготування робочої суміші необхідної консистенції
також у змішувачі валкового типу.
При перемішуванні у присутності води вихідні компоненти суміші
рівномірно розподілитися по всьому об'єму апарату, що забезпечує високу
однорідність та якість готового рем. складу, високі технологічні та
експлуатаційні властивості затверділих бетонів підвищеної міцності.
Переміщення частинок матеріалів, що входять до складу суміші,
протидіють різні сили, серед яких основними є сили інерції та тертя, що мають
залежно від хімічного, мінералогічного, гранулометричного складів більше чи
менше значення. Багаторазові зіткнення частинок компонентів, тертя один про
одного призводять до часткового розриву хімічних зв'язків, утворення активних
центрів на поверхнях контактуючих частинок, що сприяє підвищеної реакційної
взаємодії частинок обсягом суміші. Важливим умовою при перемішуванні є
необхідні розміри зерен та їх масове та гранулометричне співвідношення.
Оцінка ефективності використання обладнання стосовно конкретному
технологічному процесу та оброблюваним матеріалам вимагає проведення
окремих експериментальних досліджень із метою визначення основних
технологічних та експлуатаційних властивостей отриманих сумішей з
теоретичним та практичним обґрунтуванням протікають процесів.
79
В результаті проведених досліджень були встановлені склади та
запропоновано технологічну схему виробництва ремонтних композитів
підвищеними будівельно-технічними характеристиками (міцність, адгезійна
здатність, довговічність). Отримані дані дозволили скоригувати основний
технологічний параметр – час перемішування ремонтного складу. Найбільш
ефективний час перемішування складає:
сухих компонентів 3-5 хв.;
робочої суміші 5-7 хв.
На підставі проведених аналізів запропоновано технологічну схема
виробництва ремонтних композитів підвищеної міцності (рисунок 4.7).
Рисунок 4.7 – Технологічна схема виробництва ремонтно-відновлювального
композиту
Таким чином, можна зробити висновок про можливість отримання
багатокомпонентного монтажного складу на порошковій мінеральній сировині.
80
Завдання спрощується за рахунок умови сумірності ремонтованих та
реставрованих конструкцій, оскільки їх характеристики міцності не потребують
особливо багатокомпонентних складів.
4.2 Оптимізація складу та підвищення ефективності композитів для унікальних
будівель з техногенною сировиною
У проведених аналізах досліджень було віддано пріоритет вивченню
багатокомпонентних композитів для виготовлення будівельних виробів та
конструкцій, у яких мають місце малі розміри стін і перегородок (арки,
оболонки, склепіння та інших.). У найближчому майбутньому виробництво
цього виду продукції зі штучного каменю має сприятливі перспективи розвитку,
оскільки зростаючий обсяг споживання оригінальних елементів для Будівництво
визначає підвищення попиту на високоміцний бетон. До того ж, важливим
фактором збільшення виробництва є мета заміщення конкурентно здатною
вітчизняною продукцією імпортних аналогів.
Особливістю технології таких матеріалів є неприпустимість використання
[23] під час приготування бетонної суміші великого заповнювача. Виходячи з
цього, матеріал готували на композиційному в'яжучому з дрібним заповнювачем
(0,14-0,315) у вигляді відсіву дроблення граніту та кварцитопісковика. Висока
ефективність такої комбінації компонентів складу обумовлена характером
процесів структуроутворення, що протікають у багатокомпонентних системах,
підібраних із дотриманням положень закону подібності (таблиця 4.2).
Таблиця 4.2 – Характеристики міцності багатокомпонентного композиту
для унікальних будівель в залежності від складу
Вміст у складі, кг/м3 Межа Межа
Мілкий заповнювач міцності міцності
№ Цемент ПММ
(фр. 0,14-0,315) В/Ц при при
п/п (Sуд= (Sуд=
2 2 Кварцито- стисканні вигині в
300м /кг) 500м /кг) Граніт
пісковик в віці 28
81
віці 28 добу,
добу, МПа МПа
1а 1100 - 0,30 68,73 9,3
1б 1000 - 0,28 73,25 10,0
1с 950 - 0,25 78,34 10,9
750 124
2а - 1100 0,29 69,67 9,9
2б - 1000 0,27 74,35 10,8
2с - 950 0,24 80,60 11,2
Найбільш оптимальним вмістом у складі багатокомпонентного
дрібнозернистого бетону для тонкостінних виробів та конструкцій можна
вважати 850-900 кг/м3 (Склади 1с та 2с). Причому склад з кварцитопісковиком
показав дещо більше високі значення (склад 1с).
Відмінною властивістю застосованої тут порошково-активної матриці від
раніше використаної є підвищена витрата цементу і обмеження крупності зерен
наддрібного заповнювача величиною 0,315 мм, що й спричинило збільшення
водопотреби суміші.
Істотний вплив на структуроутворення надає заповнювач, особливо у
початковий період формування структури. Він відбирає, як би відтягує він
частину води-затворения. Після затвердіння суміші заповнювач створює
жорсткий каркас, що зміцнює структуру, обмежує усадкові явища, регулює
вологість у системі, що твердіє.
Виявлено значну перевагу багатокомпонентного композиту з дрібним
заповнювачем у порівнянні зі звичайним важким бетоном по всьому основним
показникам (таблиця 4.3).
Таблиця 4.3 – Порівняльні характеристики композиту для унікальних
будівель та звичайного важкого бетону
Значення
№ Композит для
Показник
п/п Важкий бетон унікальних
будівель
1 Середня густина, кг/м3 2200-2500 2100
82
Межа міцності при стисканні,
2 10-50 80-100
МПа
Межа міцності при згинанні,
3 5-10 10-12
МПа
4 Водопоглинання, % 2,0-2,5 1,5-1,6
5 Водоутримуюча здатність, % 75-80 90-95
Коефіцієнт конструктивної
6 0,1-0,2 0,4-0,5
якості, к.к.я.
7 Марка з водонепроникності, W 2-4 4-6
8 Марка з морозостійкості, F 50-150 200-300
9 Стирання, кг/м2 0,7-0,8 0,30-0,36
Коефіцієнт теплопровідності,
10 0,8-1,2 0,8-0,9
Вт/м·К
Таким чином, за рахунок утворення однорідної та щільної структури
мінімальним вмістом пор і мікротріщин, отриманий композит для застосування
в системах, що твердіють, унікальних споруд з межею міцності при стисканні до
100 МПа та високими показниками зносостійкості та довговічності.
Дослідження мікроструктури та контактної зони багатокомпонентного
матеріалу підтверджуються результатами фізико-механічних випробувань з
достатнім ступенем надійності та достовірності даних.
За визначенням [20], надійність – це властивість виробу виконувати задані
функції, зберігаючи свої експлуатаційні показники заданих межах протягом
необхідного проміжку часу. Концепція надійності не є вичерпною
характеристикою якості машини або приладу, оскільки крім експлуатаційних
характеристик до нього також входять зручність обслуговування, естетика
оформлення та інші кількісні показники.
Кількісні показники надійності дозволяють встановити певні вимоги до
надійності, порівняти надійність різних конструктивних схем виробництва
виробів Номенклатуру оцінюваних показників надійності призначають таким
чином, щоб вони відображали специфіку виробу, нестандартного обладнання,
легко розраховувалися на стадії проектування, визначалися за результатами
випробувань та експлуатації та були зручними для використання у розрахунках
83
надійності. Таким чином, кількісні показники характеризують надійність
матеріалів та виробів на на будь-якому етапі їх життєвого циклу.
Кількісні показники можна поділити на кілька категорій:
приватні показники, які оцінюють лише одну якісну бік надійності,
наприклад, тільки безвідмовність або тільки ремонтопридатність;
узагальнюючі показники, які оцінюють відразу кілька властивостей,
наприклад, і безвідмовність, і ремонтопридатність одночасно;
групові показники характеризують рівень надійності деякої сукупності
виробів (партії), наприклад, середній термін служби, середній ресурс,
середній час відновлення, оптимальний термін служби, термін гарантії,
термін амортизації. Групові показники не дають технічних гарантій щодо
надійності та довговічності, щодо конкретного виробу, вони
характеризують надійність «у середньому» лише з сукупності виробів. У
результаті складається ситуація, коли певний виріб можна зарахувати до
дефектним за будь-яким із нормованих показників якості.
З усіх показників якості найважливішими є показники надійності, що
характеризують здатність виробу чи конструкції виконувати задані функції
протягом багато часу. Надійність визначає стабільність інших показників якості
у процесі експлуатації виробу. Підвищення надійності знижує витрати на
технічне обслуговування та ремонт.
У той же час підвищення надійності викликає у переважній більшості
випадків зростання витрат на виробництво і, як наслідок, зростання собівартості
виробів. Іноді збільшення надійності досягається за рахунок зниження інших
показників якості. Крім того, створення високонадійного та обладнання, що мало
зношується, в ряді випадків може виявитися недоцільним, оскільки воно
морально застаріває, не вичерпавши свого ресурсу та не виправдавши цим
частини вкладених у нього коштів. У зв'язку з цим виникає необхідність
правильного нормування (оптимізації) показників надійності - довговічності та
ремонтопридатності.
84
При неправильній експлуатації конструкція переходить у граничний стан,
тобто, стан, при якому подальша експлуатація конструкції (або її елементів)
неможлива і має бути припинена. Такий стан настає внаслідок зношування,
тобто. внаслідок фізичного зносу. Наслідки фізичного зношування усуваються
шляхом проведення ремонтів (планових та позапланових). Неремонтовані
вироби та конструкції після переходу до граничного стану підлягають утилізації.
Існує ряд методів нормування показників надійності, заснованих на
отриманні мінімуму витрат, максимуму величини наведеного коефіцієнта
надійності, мінімуму витрат на виробництво одиниці продукції.
Розрізняють проектний, виробничий та експлуатаційний рівні надійності
та довговічності. Проектні рівні надійності та довговічності закладаються у
конструкцію на стадії її проектування. В процесі виробництва, тобто.
виготовлення та монтажу, досягаються виробничі рівні надійності та
довговічності. Ці рівні залежать від ступеня досконалості технологічного
процесу та культури виробництва. Найбільш загальним поняттям, пов'язаним із
тривалістю експлуатації споруди є термін служби, що розглядається як
календарна тривалість експлуатації до граничного стану. Наприклад, показники
типу процентний ресурс (відсотковий термін служби) гарантують надійність для
90% виробів, а решта може відмовляти, списуватися чи піддаватися ремонту в
будь-який момент після початку експлуатації.
З часом експлуатовані матеріали, вироби та конструкції за техніко-
економічними показниками починають відставати від знову розроблюваних,
тобто, застарівають морально, перебуваючи при цьому в повній технічної
справності. Термін морального старіння визначається інтенсивністю розвитку
науки і техніки у тій чи іншій галузі виробництва. Практика показує, що клас
вітчизняної будівельної продукції оновлюється через кожні 20-25 років (за
кордоном – у середньому 10-15 років).
Одним з найважливіших понять є термін амортизації, протягом якого сума
відрахувань на реновацію стає рівною початковій ціні виробу чи конструкції. З
першого погляду здається, що це поняття є суто економічним і пов'язані з
85
фізичним зносом. Але це не так. По-перше, амортизаційні відрахування на
проведення ремонтів регламентують витрати на усунення наслідків недостатньої
надійності і тим самим є фактором, що обмежує ці витрати та впливає на
величину основних показників служби виробу. По-друге, термін амортизації
знаходиться в співвідношенні:
Тм.ст > Тсп = Там = Топт < Тгран (4.1)
У цьому випадку амортизація – Там, забезпечуватиме економічно
оптимальну тривалість експлуатації – Топт, що дорівнює терміну служби до
списання – Тсп без впливу фактора морального старіння – Тм.ст та зниження
безпеки експлуатації, обмеженої граничним терміном служби – Тгран.
За наявності статистичних даних цей показник визначають як
середньоарифметичну величину Розглянуті поняття та визначення не
охоплюють всіх показників – розглянуто лише основні їх.
Підвищення надійності утруднено через малу кількість і низьку якості
інформації про причини та наслідки досягнення граничного стану конструкцій у
процесі виробництва та експлуатації. Проблеми на шляхи вирішення проблеми
надійності такі:
утруднений, а часом і неможливий, аналіз надійності та технологічного
процесу при виготовленні виробу через неповний обсяг інформації про
технологічних, схемно-конструктивних несправностях та дефектах, часу
відшукання та усунення дефектів та ін;
низька ефективність заходів, що проводяться із забезпечення надійності
внаслідок того, що не вся інформація про несправності та дефекти
своєчасно потрапляє для аналізу у відповідні підрозділи заводу-виробника;
неправильне трактування даних та їх обробка, що призводить до
помилковим висновкам та породжує неефективні заходи;
86
не системна інформація про несправності та дефекти, яка необхідна для
техніко-економічного аналізу надійності виробів, технологічного процесу
та оцінки ефективності розроблюваних заходів;
відсутність єдиної форми нормативних документів для аналізу та обліку
несправностей та дефектів.
Проблема забезпечення надійності пов'язана з усіма етапами створення
конструкції (вироби) та з усім періодом його практичного використання.
Надійність об'єкта закладається в процесі його конструювання та розрахунку, та
забезпечується в процесі його виготовлення шляхом правильного підбору
складу, вибору технології виробництва, контролю якості вихідних матеріалів,
контролю режимів та умов виготовлення.
При аналізі багатокомпонентних композитів для унікальних будівель та
споруд було враховано такі чинники:
1. Забезпечення якості застосовуваної сировини та компонентів, яка повинен
бути проведений з урахуванням умов служби виробу чи конструкції
(кліматичних та виробничих). Сировина повинна відповідати вимогам за
своїми функціональними властивостями, мати необхідну підготовленість
до технологічного процесу. Усі сировинні компоненти мають пройти
попередні випробування обов'язково. При розробці нових матеріалів та
виробів необхідно використовувати сировину, яка показала найкращі
результати випробувань і мають встановлену структуру та властивості.
2. Технологічні параметри виготовлення виробів повинні бути суворо
відповідати технологічному регламенту. Застосування режимів, не
передбачених для застосування, є одним із основних джерел дефектів та
аварій. Неправильний вибір робочих режимів зазвичай походить від
незнання конструктором властивостей елементів, їх характеристик, впливу
різних фізичних факторів та особливостей застосування. Істотним також є
схемне рішення та структура виробу в загалом. Наявність перехідних
процесів у роботі окремі моменти може викликати появу додаткових
факторів, що призводять до несправностей.
87
3. Умови експлуатації та захист конструкції, відповідно до норм технічної
документації виробу. При проектуванні виробів необхідно закладати
достатній запас міцності, особливо для несучих і найбільш відповідальні
вироби та конструкції.
Дослідження причин несправностей та дефектів показує, що:
40-45% загальної кількості відмов походить від помилок, допущених під
час проектування;
до 20 % – від помилок, допущених під час виробництва;
до 30 % – від експлуатаційних умов та неправильних режимів
використання чи технічного обслуговування;
5-7% - від природного зносу та старіння.
Важливими для будівельної галузі останнім часом стали актуальні
проблеми підвищення енергоефективності будівель, відсутність оптимальних
рішень з технологій малооб'ємних будівельних виробів та конструкцій, а також
недовикористання потенційних характеристик міцності багатокомпонентних
бетонів, значні енергетичні, трудові витрати та ін. Все це негативно позначається
на підсумкових техніко-економічних показники будівництва.
4.3 Розрахунок економічного ефекту від запровадження результатів роботи
Важливим завданням сучасної будіндустрії є забезпечення будівництва
надійними та довговічними матеріалами, здатними захистити людей від
негативного впливу довкілля. Для вирішення цієї проблеми необхідно
виробництво ефективних будівельних композитів з використанням техногенних
сировинних ресурсів та нових технологічних прийомів. Цим вимогам значною
мірою відповідають багатокомпонентні матеріали, що складаються з простих та
дешевих мінеральних складових, дають при спільній дії високий ефект міцності.
Застосування багатокомпонентних будівельних композитів дозволить у
багатьох випадках замінити енергоємні цементні бетони без зниження їх
експлуатаційних якостей та покращити екологічну обстановку.
88
Оцінка ефективності інноваційних та науково-технічних заходів є одним із
важливих напрямів прогнозування у розвитку виробництва для підприємства.
Залежно від передбачуваних витрат та отриманих результатів розрізняють
такі види позитивних ефектів (таблиця 4.4).
Таблиця 4.4 – Види економічного ефекту
№
Вид ефекту Показники
п/п
Усі види прибутку та витрат у вартісному
1 Економічний вираженні, зумовлених реалізацією
результатів
Прогресивність, новизна, корисність, простота
2 Науково-технічний
інноваційного проекту
Всі прибутки та витрати у фінансовому
3 Фінансовий
вираженні від реалізації інновацій
Суспільно-соціальний результат реалізації
4 Соціальний
Інновацій
5 Екологічний Вплив інновацій на навколишнє середовище
Для виготовлення бетонних та залізобетонних виробів та конструкцій на
підприємствах України використовують заповнювач з України. Задоволення
потреби в щебені провадиться за рахунок його поставки з кар'єрів, розташованих
у радіусі від 400 до 700 км від місць виготовлення залізобетонних конструкцій.
Витрати транспортування в собівартості щебеню коливаються від 30 до 50%.
Доставка щебеню, з одного боку позначається негативно на роботі залізничного
транспорту, що призводить до його перевантаження, з іншого боку – ускладнює
роботу будівельників, особливо в літній період, коли обсяги будівельних робіт
зростають, залізнична мережа завантажена пасажирським транспортом, та
значна частина вагонів використовується для сільського господарства.
Разом з тим, надходження щебеню відбувається неритмічно, якість його не
завжди відповідає потребі. Частка постачання низькомаркового щебеню в
загальному обсязі становить близько 15%. У той же час, промисловість
будівельних матеріалів є єдиною галуззю, яка, як свідчить вітчизняна та
зарубіжна практика, здатна широко та ефективно використовувати численні та
89
багатотоннажні попутно видобуті породи та відходи гірничорудного
виробництва.
У даному проекті як інноваційні рішення передбачається заміна гранітного
щебеню на кварцитопісковик при виробництві важкого бетону, застосування
кварцитопісковика як компоненту порошкового мінерального композиційного
модифікатора в'яжучого багатокомпонентних композитів різного призначення.
Рисунок 4.8 – Склад бетонної суміші: 1 – щебінь гранітний/кварцитопісковик;
2 – пісок; 3 – портландцемент; 4 – вода; 5 – суперпластифікатор
Таблиця 4.5 – Матеріальні витрати на 1 м3 бетону на гранітному щебні
Витрати
Матеріали Вартість Сума, грн
матеріалів, кг/м3
Щебінь гранітний 5-
450 грн/т 1280 576
10
Пісок будівельний 250 грн/т 680 170
Портландцемент 4600 грн/т 360 1656
Вода 13,85 грн/м3 0,18 2,50
Суперпластифікатор 66,5 грн/кг 4,2 279,3
2683,8
90
Таблиця 4.6 – Матеріальні витрати на 1 м3 бетону на кварцитопісковику
Витрати
Матеріали Вартість 3 Сума, грн
матеріалів, кг/м
Кварцитопісковик 378 грн/т 1280 483,84
Пісок будівельний 250 грн/т 680 170
Портландцемент 4600 грн/т 360 1656
Вода 13,85 грн/м3 0,18 2,50
Суперпластифікатор 66,5 грн/кг 4,2 279,3
2591,64
Рисунок 4.9 – Діаграма порівняння матеріальних витрат на 1 м3 бетону
Загальна різниця склала 92,16 грн/м3, тобто заміна гранітного щебеню на
кварцитопісковик при виробництві важкого бетону, застосування
кварцитопісковика як компоненту порошкового мінерального композиційного
модифікатора в'яжучого багатокомпонентних композитів різного призначення є
економічно доцільно, економія на 1м3 сировини складає приблизно 3,43%.
91
На підставі виконаних економічних розрахунків та отриманих техніко-
економічних показників запропонований проект вважається економічно
доцільним
Висновки до 4 розділу
1. Встановлено закономірності структуроутворення під час твердіння
композиційного в'яжучого та багатокомпонентного композиту, визначено
основні положення та принципи цілеспрямованого управління структурою при її
формуванні та оптимізації параметрів на всіх технологічних етапах: вибір
активних компонентів, розробка оптимальних складів, вплив порошкового
мінерального модифікатора та механохімічної активації.
2. Визначено вплив компонентів складу та питомої поверхні
порошкоподібних матеріалів на властивості композиційного в'яжучого
ремонтних сумішей: усадку, деформативні характеристики, адгезію до
відновлюваних поверхонь, довговічність.
3. Було проаналізовано заміну гранітного щебеню на кварцитопісковик при
виробництві важкого бетону. Застосування кварцитопісковика як компоненту
порошкового мінерального композиційного модифікатора в'яжучого
багатокомпонентних композитів різного призначення є економічно доцільно,
економія на 1м3 сировини складає приблизно 3,43%, тобто загальна різниця
склала 92,16 грн/м3.
92
ЗАГАЛЬНІ ВИСНОВКИ
1. Розглянуто еволюцію розвитку високоміцних бетонів та показано, що
досягнення високих показників міцності забезпечується багатокомпонентністю
складу і застосуванням суперактивних органічних добавок. Все в сукупності
компоненти складу мають певну спорідненість, що і призводить до взаємодії з
посиленням структуроутворюючого потенціалу.
2. У вітчизняному будівельному матеріалознавстві теорії високоміцних
композитів не приділяється достатньо уваги. Існує потреба пояснення механізму
структуроутворення у багатокомпонентних твердіючих системах на основі
фундаментальних трансдисциплінарних уявлень про природу матеріальних
систем, принципи їх самоорганізації, а також управління процесами, що
протікають в них.
3. Проаналізовно основні положення подібності до властивостей
компонентів твердіючої системи, що дозволить створювати високоміцні бетони
з необхідними фізико-механічними та експлуатаційними властивостями.
Реалізація положень цього під час створення будівельних конструкцій
забезпечить високу гарантовану якість продукції, її екологічну безпеку,
ефективне використання сировинних ресурсів.
4. Було розглянуто основи проектування складів композиційних в'яжучих
для різних напрямків будівництва з використанням порошкових мінеральних
модифікаторів (ПММ), до складу яких входили сировинні компоненти
техногенного походження, що забезпечило отримання будівельних матеріалів із
високими будівельно-технічними властивостями.
5. Визначено вплив компонентів складу та питомої поверхні
порошкоподібних матеріалів на властивості композиційного в'яжучого
ремонтних сумішей: усадку, деформативні характеристики, адгезію до
відновлюваних поверхонь, довговічність.
6. Було проаналізовано заміну гранітного щебеню на кварцитопісковик при
виробництві важкого бетону. Застосування кварцитопісковика як компоненту
93
порошкового мінерального композиційного модифікатора в'яжучого
багатокомпонентних композитів різного призначення є економічно доцільно,
економія на 1м3 сировини складає приблизно 3,43%, тобто загальна різниця
склала 92,16 грн/м3
94
СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ
1. Алксніс Ф.Ф. Природні процеси, що змінюють склад силікатної фази
цементного каменю у присутності сульфату кальцію / Ф.Ф. Алксніс //
Праці ВНІЦементу. - 1983. - № 77. - С. 196-200.
2. Бабушкін В. І. Захист будівельних конструкцій від корозії, старіння та
зносу / В. І. Бабушкін; Х.: Вища школа, 1989. - 167 с.
3. Довідник з бетонів та розчинів / А.П. Чехов, А.М. Сергєєв, Г.Д. Дібров / 2-
ге вид. перероб. та дод. – Київ: Будiвельник, 1979. – 256 с.
4. Еркенов М.М. Зміна складу рідкої фази у ранні стадії гідратації
портландцементу/М.М. Еркенов // Будівництво та архітектура, 1984. - №
12. С. 68-71.
5. Журавльов В.Ф. Зчеплення цементного каменю з різних матеріалами/В.Ф.
Журавльов, Н.П. Штейєрт. – Цемент. - 1952. - №5. - С. 17-19.
6. Казанський, В.М. Фізичні методи дослідження структури будівельних
матеріалів: навч. Посібник/В.М. Казанський, І.Ю. Петренко. - Київ: КИСІ,
1984. - 75 с.
7. Несвітаєв Г.В. Технологія бетонів, що самоущільнюються / Г.В. Несвітаєв
// Будівельні матеріали. - 2008. - № 3. - С. 24-29.
8. Новіков, О.М. Мікрокремнезем, як один з основних напрямків покращення
фізико-хімічних та технологічних характеристик бетону / О.М. Новіков //
Зб. праць 7 Міжнародної наук.-техніч. конф. Сучасні технології сухих
сумішей у будівництві «MIXBULD». – Київ, 2005. – С. 43-52.
9. Пащенко О.О. Армування неорганічних в'яжучих речовин мінеральними
волокнами/А.А. Пащенко // Наука будівельного виробництва. - М.:
Будвидав, 1988. - 382 с
10. Риб'єв І.А. Будівельні матеріали на основі в'яжучих речовин (Штучні
будівельні конгломерати): навчальний посібник для вузів / І.А. Риб'єв. - М.:
Вища школа, 1976. -309 с.
95
11. Соломатов В.І. Елементи загальної теорії композиційних будівельних
матеріалів/В.І. Соломатов// Вапна вузів. Серія Будівництво та архітектура.
- 1980. - № 12. - С. 61-70.
12. Соломатов В.І. Поліструктурна теорія композиційних будівельних
матеріалів/В.І. Соломатов // Нові композиційні матеріали в будівництві. -
1981. - № 3. - С. 5-83.
13. Столяров О.М. Застосування високоміцних текстильних матеріалів
будівництві/О.М. Столяров, А.С. Горшков // Інженерно-технічні журнали:.
- 2009. - № 4. - С. 36-41.
14. ДБН А.2.1-1-2014: Інженерні вишукування для будівництва. – К.:
Мінрегіонбуд України, 2014. – 128 с.
15. ДБН А.2.2-3:2014 Склад та зміст проектної документації на будівництво.
16. ДБН А.3.1-5:2016 Організація будівельного виробництва.
17. ДБН В.2.1-10:2018 Основи і фундаменти будівель та споруд. Основні
положення.
18. ДБН В.2.2-15:2019 Будинки і споруди. Житлові будинки. Основні
положення. З Поправкою.
19. ДБН В.2.6-98:2009 Конструкції будинків і споруд. Бетонні та залізобетонні
конструкції. Основні положення. Зі зміною № 1
20. ДСТУ 8647:2016 Надійність техніки. Оцінювання та прогнозування
надійності за результатами випробувань і/або експлуатації в умовах малої
кількості відмов
21. ДСТУ 9208:2022 Бетони важкі. Технічні умови
22. ДСТУ Б В.2.6-156:2010 Конструкції будинків і споруд. Бетонні та
залізобетонні конструкції з важкого бетону. Правила проектування
23. ДСТУ Б В.2.7-215:2009 Будівельні матеріали. Бетони. Правила підбору
складу
24. ДСТУ Б В.3.1-2:2016 Ремонт і підсилення несучих і огороджувальних
будівельних конструкцій та основ будівель і споруд
96
25. Aldia C.-M. The degree of healing of cracks in concrete is normal strength / C.-
M. Aldia, U.-G. Singes, S. Yu. Popovich, S.P. Chah // English Materials Journal.
- 2000. - No. 12. - R. 96-92.
26. Balaguru P., Najm. High-performance feber-reinforced mixture with fiber
volume fraction // ACL Materials Journal. – 2004. – Vol. 101, № 4, p. 281-286.
27. Bindiganavile V., Banthia N., Aarup B. Impact response of ultra-highstrength
fiber-reinforced cement composite // ACI Material Journal. – 2002 – Vol. 99,
№6, p. 543-548.
28. Bornemann R., Fenling E. Ultrahochfester Beton-Entwickiung und Verhalten //
Leipziger Massivbauseminar. – 2000, Bd. 10, s. 1-15.
29. Frank D., Friedemann K., Schmidt D. Optimisierung der Mischung sowie
Verifizirung der Eigenschaften Saueresisteme Hochleistungbetone //
BetonwerkFertigteil-Technik. – 2003, №3, s. 30-38.
30. https://ars.ua/cement-ifcem-bk-400-25-kg.html
31. https://prom.ua/ua/p94434730-schebin-granitnij-
fraktsiyi.html?&primelead=My42
32. https://provce.ck.ua/
33. https://www.leroymerlin.ua/p/10249162_PimStd_Product?utm_source=google
&utm_medium=free_merchant&gclid=CjwKCAjw29ymBhAKEiwAHJbJ8pn
W2hNIWdJll8uK49YQVAFK4x3y01j99uWhjCMBaiORuJZxq2c2-
xoC6IYQAvD_BwE
34. https://zakupka.com/p/16964428-ovrazhnyy-pesok-kiev-kupit-rechnogo-peska/
35. https://zavodbuddetal.com.ua/
36. Schmidt M., Fenling E. Ultrahochfester Beton und Fertigteiltechnic //
Betonwerk-Fertigteil-Technik. – 2003, H.11, s. 16-19.
37. Termkhajornkit P., Nava T., Jamachiro Yu., Saito T. Self-healing cement
systems using fly ash / P. Termkhajornkit, T. Nava, Yu. Jamachiro, T. Saito //
Cement Concrete Research. - 2009. - No. 31. R. 195-203.
38. Матеріали з історії будівельної техніки // Зб. статей. Вип. 1-й; під ред. Г.М.
Людвіга. - М.: Держбудвидав. - 1961. - 266 с.
97
39. Історія будівельної техніки // навч. посібник для вузів; за заг. ред. В.Ф
Іванова. - М.: Держбудвидав, 1962. - 560 с.
40. Баженов, Ю.М. Високоякісний тонкозернистий бетон/Ю.М. Баженов//
Будівельні матеріали. - 2000. - № 2. - С. 24-25.
41. Баженов, Ю.М. Модифіковані високоякісні бетони/Ю.М. Баженов, В.С.
Дем'янова, В.І. Калашніков. - М.: Вид-во АСВ, 2006. - 368 с.
42. Корольов, Є.В. Основні принципи практичної нанотехнології в
будівельному матеріалознавстві/Є.В. Корольов // Нанотехнології в
будівництві: науковий інтернет-журнал. - 2009. - Т. 1. - № 1. - С. 66-79.
43. Іноземців, А.С. Високоміцні легкі бетони – конструкційний бетон нового
покоління/О.С. Іноземців, Є.В. Корольов // Технології бетонів. - 2014. - №
9 (98). - С. 40-44.
44. Корольов Є.В. Особливості структури цементного каменю та бетону / Є.В.
Корольов // Інновації та інвестиції. - 2017. - № 8. - С. 150-156.
45. Пухаренко, Ю.В. Принципи формування структури та прогнозування
міцності фібробетонів/Ю.В. Пухаренко// Будівельні матеріали. - 2004. - №
10. - С. 47-50.
46. Михайлов, К.В. Бетон та залізобетон – основа сучасного будівництва/К.В.
Михайлов, Г.І. Бердичевський, Ю.А. Рогатин // Бетон та залізобетон. -
1990. - № 10. - С. 3-4.
47. Морено, X. Застосування високоміцних бетонів у будівництві висотних
будівель / Х. Морено // Бетон та залізобетон. - 1988. - № 11. - С. 29-31.
48. Голіков, А.Є. Вплив технології формування високоміцних бетонів на їх
фізико-механічні властивості/А.Є. Голіков // Бетон та залізобетон. - 1967. -
№ 9. - С. 34-35.
49. Bornemann R., Fenling E. Ultrahochfester Beton–Entwicklung und Verhalten.//
Leipziger Massivbauseminar, 2000, Bd. 10