Поля властивостей будівельних матеріалів

ОЕ показав кореляційний зв'язок властивостей конструкційних матеріалів, але по мірі зниження Е зберігається тільки кореляція і (рис. 10.в). Зв'язок міцності R і ED , так само як і ED, слабшає, а в діапазоні E = 0.3-0.5 зникає. Результати ОЕ показують, що поблизу рівня Е = 0.4 переважаючим стає непружна, в'язкопластична поведінка матеріалу.

Проблема регулювання комплексу властивостей багатокомпонентних будівельних матеріалів з урахуванням їх довговічності у розділі 6 формулюється специфічно - враховуються тільки критерії стійкості, які характеризують степінь наближення матеріалу до “граничного стану”, коли неприпустима подальша експлуатація.

Коефіцієнт стійкості матеріалу за одним з функціональних властивостей Y традиційно визначається (незалежно від природи і часу зовнішнього впливу, що викликає зміну цієї властивості) як відношення KE =YE /Y0 середніх значень властивості після експозиції зразків у середовищі і у контрольній групі; з цим відношенням пов'язані й інші галузеві показники; розхитування структури практично не враховується.

Для аналізу можливостей забезпечення довговічності за рахунок керування багатокомпонентним складом матеріалу вибрані водостійкість і термостабільність - два критерії, не ускладнені обліком додаткових впливів зовнішнього середовища (хімічних речовин, зовнішнього навантаження, та ін.).

При виборі складів карбамідного зв'язуючого (з наповнювачем із суміші зерен андезиту і карбіду кремнію), які гарантують водостійкість захисних плит гідромеліоративних споруд, використані розподіли границь міцності за випробовуваннями не тільки повітряно-сухих зразків (R - розділ 5), але і 50 водонасичених (Rw) у кожній точці плану експерименту. Під дією води як адсорбційно-активного середовища середня міцність знижується (на 8-17 МПа в порівнянні з повітряно-сухим станом), що відображає традиційний коефіцієнт водостійкості Kw =Rw /R. Вимоги за цим критерієм (Kw < 0.85) забороняють біля третини дослідженої області складів.

Ослаблення структурних зв'язків, “розхитування” структури, виражається у трансформації розподілів міцності, у збільшенні розкиду її значень (розмах зростає у середньому на 9.5 МПа, а коефіцієнт варіації v майже вдвічі). Явище підсилюється при підвищеному наповненні, з ростом площі контактів смоли з поверхнею зерен (причому вплив фракційного складу позначається незначно). На це вказує аналіз полів “коефіцієнта розхитування структури” Lw = v2{Rw}/ v2{R}.

Запропоновано критерій стійкості, який враховує як усереднену деградацію матеріалу, так і зростаючий розкид значень рівня властивості. Це “жорсткий” імовірний критерій Hw = Rw./R1- - відношення “песимістичної (з ризиком ) оцінки” міцності матеріалу після експозиціїRw(1-tv{Rw}) до “оптимістичної (з ризиком ) оцінки” міцності матеріалу без впливу середовищаR(1+tv{R}); оцінками служать відповідно - і (1?)-процентілі варіаційних рядів Rw і R.----Методом бутстрепа у ОЕ отримані розподіли коефіцієнтів стійкості (рис. 11) і їхні довірчі границі. Значення Hw менше відповідних Kw у 1.15-1.4 рази. Жорсткий критерій водостійкості чутливий до зміни складу, ніж традиційний.

Аналіз полів нижніх границь Kw.05 і Hw.05 у координатах складу показав, що для гарантованої водостійкості (при ризику 0.05) захисних плит гідротехнічних споруджень варто використовувати склади, що містять у тонкій фракції наповнювача 40-60% Si (і не менш 45% великих зерен андезиту) при відношенні наповнювач:полімер 2.3-2.5 (по масі).

При заповненні водою пор цементно-піщаних композитів міцність R, як правило, знижується. Але зустрічаються і протилежні результати (особливо, при розтягуючих напругах). Імовірно, у деяких структурах при водонасиченні, близькому до повного, підвищення R від сил капілярного тиску перевищує її адсорбційне зниження. Коефіцієнт інтенсивності напруг К1с може виявитися характеристикою, найбільш чутливою до водонасичення (, по об'ємі). Проаналізовані поля К1с дрібнозернистого бетону в координатах складу (П/Ц - х1, частка у піску зерен керамзита - х2, кількість пластифікатора - х3 і цеоліта - х4) і зміни взаємозв'язку полів К1с, міцності при згині Rbtb і модуля ED при заповненні пор водою.

Бетони випробувалися в трьох станах: “d” - після сушіння (d=3.7%), “n” - при рівноважній вологості (n=12.9%), “w” - при заповненні водою відкритих пор (w=17.7%). Зміни К1с і Rbtb відображають еліпси розсіювання на рис. 12. При переході від стану “d” до “n” середні рівні К1с і Rbtb знижуються на 25%. При збільшенні від “n” до “w” вони зростають на 10-20%, а дисперсія в 2.5-3.5 рази; коефіцієнт кореляції r{K1c, Rbtb}w=0.72 майже вдвічі більший, ніж в умовах “d” і “n”.

Аналіз властивостей бетону у трьох вологістних станах проведений на локальних полях, що відповідають “контрастним” групам складів-еталонів: А (рівні xi, які відповідають Ц/Вmax=2.40 у сумішей рівної рухомості) і В (те ж для Ц/Вmin=1.51). Перехід від “d” до “n” у групах A24 і B24 не змінює форми поверхней полів К1с (х2, х4) і Rbtb(х2, х4), знижуючи їхній середній рівень на 20%. У стані “w” поля трансформуються - оптимальні вмісти компонентів зміщаються. У бетонів А24 максимум К1с.w і Rbtb.w досягається при високому вмісті цеоліту 16% (частка керамзиту не нижче 0.15). Імовірно, це пов'язано зі здатністю заповнених водою пористих зерен служити енергетичними “гасителями” на шляху тріщини, що дозволяє вважати цеоліт корисним компонентом дрібнозернистих бетонів, які постійно працюють у воді.

ОЕ з локальними полями властивостей гіпотезу про кореляцію К1с і Rbtb для бетонів обох груп у стані “d” відкидають (рис. 12.в), а у водонасиченому стані “w” вона приймається з високою надійністю. При цьому у бетонів А24 кореляція Rbtb.w і К1с.w позитивна, а в низькоміцних В24 негативна зерна керамзиту і цеоліт, продовжуючи відігравати роль демпфера, очевидно, не мають достатньої адгезії до цементної матриці. Аналогічний аналіз кореляції К1с з ED показав можливість експрес-контролю якості дрібнозернистого бетону в станах “d” і “n” за лінійними моделями К1с(ED), при помилці 10%.

Методами комп'ютерного матеріалознавства ефективно вирішена проблема забезпечення жаростійкості нового лужного в'яжучого, розробленого в НІІВМ ім. В.Д. Глуховського на основі шлако-шамотної суміші і термоактивованого каоліну. Використано спеціальне планування експерименту, що враховує особливості об'єкта дослідження. Три рівні температури термоактивації добавки (Т С) суміщені з температурами десорбції води (100), дегідратації (550) і фазових перетворень (750), а шкала Т перетворена в нелінійну. Крім того, форма 4-факторних ЕС-моделей враховувала можливу перемінну інтенсивність впливу факторів, оскільки при різних складах модифікованих в'яжучих можливі різні кінцеві продукти структуроутворення, які визначають термостійкість композита. Аналізувалися поля міцності в'яжучого після випалу при 800 і 1000С (R800 і R1000, МПа) і термостабільності (КТ = R1000 /R800) у координатах модуля Мс розчинного скла (x1), частки шамоту в суміші зі шлаком (х2), T (х3) і кількості каоліну (х4). Трансформація локальних полів R800(x1, x2) і R1000(x1, x2) під впливом змінюючого фактора, Т (рис. 13.а) підтверджує правильність вибору форми ЕС-моделі з ефектами високих порядків. Цю трансформацію відображає відношення медіанних рівнів полів {RM}= R1000М.12 / R800М.12 (рис. 13.б). Якщо при термоактивації відбуваються фазові перетворення (Т=750), то така добавка при середньому дозуванні забезпечує достовірний (ризик a 0.1) приріст медіанної міцності з підвищенням температури випалу до 1000С.

Для одночасного забезпечення і міцності, і термостабільності важлива позитивна кореляція R800 і R1000. Взаємозв'язок між границями міцності проаналізований у ОЕ. Якщо градієнтними факторами є Мс і кількість шамоту, позитивна кореляція слабшає при зниженні Т і може зникнути, якщо добавка лише висушується (рис. 13.в); кореляція, що виявляється при варіації Т і кількості добавки, значима при будь-якій частці шамоту у шлако-шамотній суміші, але тільки при модулі Мс 2.

При визначенні, за допомогою діаграм “Квадрати (в'яжуче) на квадраті (добавка)”, параметрів в'яжучого, гарантуючих (з ризиком 0.05) рівні R800 60, R1000 60 МПа і КТ 1, враховані довірчі границі припустимої області (R800 = 71.6 МПа, R1000 = 68.4 МПа і KT=1.082). Рекомендовано використовувати для створення жаростійких композитів підвищеної надійності добавку каоліну, термоактивованого при 700-8000С, при середньому дозуванні 20 м.ч. на 100 м.ч. шлако-шамотної композиції з 30-60% шамоту, в яку вводиться натрієве розчинне скло із силікатним модулем близьким до 2.4.

Практичні результати роботи приведені в сьомому розділі.

Здійснено дослідно-промислову перевірку технічних рішень у Державній корпорації “Укрбудматеріали”. В Асоціації виробників сухих сумішей перевірені суміші з полімерною фіброю при ремонті більш 200 м2 плит аеродромних покрить, і модифіковані суміші для декоративної фасадної штукатурки (в обсязі близько 20 тонн, при економії 600 кг полімерної добавки). Результати враховані при підготовці нормативних документів інститутом “Академресурсоенергопроект”. На заводах корпорації (за результатами досліджень, виконаних разом з НДІВМ ім. В.Д. Глуховського) виготовлена захисна футеровка вагонеток тунельних печей з модифікованого термостійкого бетону (площа футеровки більш 150 м2, економічний ефект на 1 м3 футеровки більше 2 тис. гр.).

Елементи нової технології дослідження і проектування високоякісних багатокомпонентних будівельних матеріалів ввійшли в практику матеріалознавства - значний техніко-економічний ефект зафіксований в інституті НДІГрафіт (близько 200 тис. карбованців у цінах 1990 р.), а також більш ніж у 30 докторських і кандидатських дисертаціях; у НДІВМ спільно з ОДАБА випущені “Методичні рекомендації по застосуванню експериментально-статистичних моделей для аналізу й оптимізації складу, технології і властивостей композиційних матеріалів на основі лужних в'яжучих систем” (Київ, 1996, 105 с.). Розробки здобувача знайшли відображення в учбово-методичній літературі для студентів і аспірантів, у т.ч. у підручнику [2] для спеціальності “Виробництво будівельних виробів і конструкцій”.

ВИСНОВКИ

1. Запропонована концепція полів властивостей будівельних матеріалів і розроблені спеціальні засоби її реалізації, які дозволяють за допомогою обчислювальних експериментів більш повно витягувати із натурних експериментальних даних інформацію про закономірності поведінки багатокомпонентних матеріалів і призначати раціональні параметри складу і технології, що забезпечують необхідні рівні властивостей.

2. Запропоновані методи обліку ризику при визначенні закономірностей матеріалознавства і при забезпеченні гарантованої якості на основі перетворення в будь-якій точці поля модельно-детермінованого рівня властивості у випадковий, враховуючий пов'язану з експериментом помилку моделі.

3. На основі аналізу полів властивостей, побудованих за експериментальними даними, визначені закономірності впливу складу на технологічні, структурні і функціональні властивості і знайдені оптимальні композиції з гарантованими рівнями критеріїв якості, для спеціальних об'єктів - монолітних каркасних будівель, промислових підлог, елементів захисту атомних реакторів, плит гідротехнічних споруджень і аеродромів, захисно-декоративних покрить і штукатурок, демпфіруючих прокладок у фундаментах устаткування, жаростійких футеровок.

4. Новий підхід до аналізу взаємозв'язків властивостей матеріалів, що дає можливість кількісно оцінити і врахувати при забезпеченні якості трансформацію цих зв'язків під впливом змін у складі, режимах технології і умовах експлуатації, дозволив в обчислювальних експериментах на полях властивостей виявити ряд закономірностей, що не могли бути виявлені при безпосередньому аналізі експериментальних даних.

Установлено, що високий рівень негативної кореляції внутрішніх напружень і показників стійкості захисно-декоративних полімерних покрить обумовлений вмістом розчинника і каучука, поза залежністю від кількості мінеральних компонентів. Позитивна кореляція зносостійкості полімерного композита зі швидкістю ультразвуку (на якій може бути побудований неруйнівний контроль) виявлена тільки при значній частці у наповнювачі карбіду кремнію. Показано, що взаємозв'язок коефіцієнта інтенсивності напруг Kіc дрібнозернистого бетону, який містить керамзит і цеоліт, з іншими механічними характеристиками залежить від ступеня заповнення водою відкритих пор; граничне водонасичення збільшує кореляцію K1c з границею міцності при згині (заповнення водою зерен керамзиту і цеоліту збільшує їхню здатність демпфірувати тріщини). Установлено, що суттєва для забезпечення одночасно міцності і термостабільності лужних бетонів позитивна кореляція границь міцності жаростійкого в'яжучого достатньо висока, якщо каолінова добавка термоактивована при 550-7000С і лужний компонент має модуль не менше 2.

5. Розвиток ізопараметричного аналізу за рахунок переходу до довірливих коридорів рівнів властивостей дозволило достовірно встановлювати закономірності зміни комплексу властивостей за умови сталості одного із них. Доведено, що факт істотного зниження в'язкості (при незмінній швидкості зсуву, масовій кількості наповнювача і його питомої поверхні) тільки за рахунок оптимізації розподілу частин багатофракційного наповнювача (за розміром, за формою, за речовинним складом) інваріантний до виду дисперсійного середовища і дисперсної фази.

6. В обчислювальних експериментах на повних і локальних полях, з використанням узагальнюючих показників і вторинних моделей, виявлені закономірності впливу складу на ряд спеціальних показників структуроутворення і функціональних властивостей будівельних матеріалів.

6.1. Установлено, що до змін складу полімеровмістких композицій дуже чуттєвий темп руйнування структури при плині. При наближенні до стану граничного руйнування зростає вплив модифікаторів. При цьому зменшення в'язкості на два порядки вимагає в десять разів більшої витрати енергії, ніж при малих швидкостях зсуву. Кореляція темпу руйнування і показника тиксотропії системи “полімеромінеральна суміш - вода” позитивна, якщо структура регулюється полівінілацетатною добавкою і фіброю, але може бути відсутньою або бути негативною, якщо змінюються кількість і якість метілцелюлози.

6.2. Показано, що у проміжку між мінімумами миттєвої і середньої швидкостей росту пластичної міцності системи “полімеромінеральна суміш - вода” локалізується перехід структури із коагуляційного в коагуляційно-кристалізаційний стан. Уведення полімерної фібри зменшує блокуючий вплив полівінілацетатної добавки і у 1.5 рази збільшує середню швидкість росту пластичної міцності.

6.3. За даними ядерно-магнітного резонансу встановлено, що цементним композиціям зі зниженим початковим вологовмістом відповідає найбільша відносна швидкість переходу вологи із товстих плівок у гельову і капілярну складові структури твердіючої системи. Показана можливість прогнозу усадки за змінами параметрів вологовмісту в першу добу твердіння.

6.4. Показано, що у призначеного для демпфірування коливань эпоксидного композиту, модифікованого поліетиленовим воском, латексом і фурфуролом, можна змінити співвідношення пружних і непружних властивостей у широкому діапазоні (від 0.04 до 0.84 - по відношенню статичного і динамічного модулів Е). Установлено, що непружне поводження матеріалу стає переважаючим при Е нижче 0.4; при переході від конструкційних до в'язко-пружних матеріалів, не тільки змінюється середній рівень механічних властивостей, але і, як правило, слабшає кореляція між ними.

7. Запропоновано “жорсткий” імовірний критерій стійкості будівельних матеріалів (зокрема, до дії води), який враховує як зниження середнього рівня властивості, так і зростаючий розкид значень, і визначається відношенням “песимістичної оцінки (з ризиком ?P)” рівня властивості матеріалу після експозиції до “оптимістичної оцінки (з ризиком ?O)” властивості матеріалу без впливу середовища. Цей критерій більш чутливим до зміни складу, ніж традиційний - жорсткий критерій водостійкості карбамідного композиту втричі більше змінюється під впливом складу багатофракційного наповнювача.

8. Елементи концепції полів властивостей і її методичного забезпечення ввійшли у практику будівельного матеріалознавства - у ряді наукових організацій отримано істотний техніко-економічний ефект (у тому числі при розробці композиційних матеріалів спеціального призначення). Вони включені до методичних рекомендацій з розробки нових шлако-лужних матеріалів, відображені у підручнику і навчальному посібнику. Пройшли дослідно-промислову перевірку результати аналізу і оптимізації складів сухих будівельних сумішей, у тому числі, з полімерною фіброю, і складів модифікованого шлако-лужного в'яжучого для жаростійкого бетону, що використовується у футеровці вагонеток тунельних печей.

ОСНОВНІ ПОЛОЖЕННЯ ДИСЕРТАЦІЇ ОПУБЛІКОВАНІ У РОБОТАХ:

1. ЭВМ и оптимизация композиционных материалов / В.А. Вознесенский, Т.В. Ляшенко, Я.П. Иванов, И.И. Николов (авторский раздел - гл. 2, в соавторстве - гл. 4 и п. 5.7). - К.: Будивэльнык, 1989. - 240 с.

2. Вознесенский В.А., Ляшенко Т.В., Огарков Б.Л. Численные методы решения строительно-технологических задач на ЭВМ (учебник, авторские разделы - II.1-4, III.13-14, IV.5). - К.: Выща школа, 1989. - 328 с.

3. Анализ влияния гранулометрии песка и добавок на качество мелкозернистого бетона / В.А.Вознесенский, Дао Дат, Т.В. Ляшенко, Н.В. Циганенко // Обычные и специальные бетоны на минеральных вяжущих: Межвузовский сб. - Казань: КХТИ. - 1985. - С. 39-42.

4. Анализ эффективной вязкости наполненной полимерной системы на основе моделей “смесь I, смесь II, технология - свойства” / В.А. Вознесенский, Я.П. Иванов, Т.В. Ляшенко, В.И. Соломатов // Физико-химическая механика дисперсных структур: Сб. тр. - К.: Наук. думка. - 1986. - С. 122-128.

5. Вознесенский В.А., Ляшенко Т.В. Особенности планирования эксперимента и решения инженерных задач в системах “смесь I, смесь II, технология -свойства” // Заводская лаборатория. - 1986. - Т. 52, № 12. - С. 52-53.

6. Вознесенский В.А., Ляшенко Т.В., Иванов Я.П. Экспериментально-статистические модели и вычислительный эксперимент в реологических задачах с рецептурными факторами // Технологическая механика бетона: Сб. науч. тр. - Рига: РПИ. - 1986. - С. 63-71.

7. Абдыкалыков А., Вознесенский В.А., Ляшенко Т.В. Моделирование влияния рецептуры на оценки вероятности разрушения полимерного композита // Изв. АН Киргиз. ССР. Сер. Физ.-техн. и мат. наук. - 1989. - №4. - С. 21-24.

8. Изопараметрический анализ кинетики изменения вероятностных показателей водопоглощения мелкозернистого бетона с полифункциональной добавкой / Вознесенский В.А., Коваль С. В., Ляшенко Т.В. и др. // Работоспособность строительных материалов при воздействии различных эксплуатационных факторов: Межвуз. сб. науч. тр. - Казань: КИСИ. - 1990. - С.54-60.

9. Иванов Я.П., Вознесенский В.А., Ляшенко Т.В. Синтез экспериментально-статистического и имитационного моделирования при решении задач устойчивости реологических показателей полимерных композитов // Физико-химическа механика. - София: Изд-во БАН. - 1990. - Кн. 18. - С. 9-15.

10. Модели “Смесь, технология - свойство“ в исследованиях бетонополимеров и полимербетонов гидромелиоративного назначения / Вознесенский В.А., Ляшенко Т.В., Резник В.Б. и др. // Научные исследования по гидротехнике и мелиорации: Сб. науч. тр. - К.: УкрНИИГиМ. - 1990. - С.197-204.

11. Кормош Ж., Вознесенский В.А., Ляшенко Т.В. Планирование эксперимента и принятие решений при исследовании композитов с многофракционными заполнителями и наполнителями // Экспериментально-статистическое моделирование и оптимизация композиционных материалов: Сб. науч. тр. - К: УМК ВО Минвуза УССР. - 1990. - С. 24-32.

12. Оптимизация состава полимербетона для демпфирования динамических нагрузок агропромышленного оборудования /Барахим В.А., Вознесенский В.А., Ляшенко Т.В. и др. // Повышение долговечности конструкций сельскохозяйственных зданий и сооружений: Междунар. сб. науч. тр. - Новосибирск: Новосиб. гос. аграр. ун-т. - 1994. - С.16-20.

13. Ляшенко Т.В. Обобщающие показатели полей свойств для разработки эффективных композитов // Строительные материалы, конструкции и инженерные системы: Сб. тр. - Одесса: ОГАСА. - 1996. - С. 172-186.

14. Моделирование влияния режима тепловой обработки бетона на параметры термокинетических кривых цементов / В.А. Вознесенский, Т.В. Ляшенко, А.Г. Синякин, А.В. Ушеров-Маршак // Сборник трудов по технической химии. - К.: Укр. хим. общ-во. - 1997. - С. 285-288.

15. Вознесенский В.А., Кровяков С.А. Ляшенко Т.В. Поля свойств бетона, отражающие влияние степени заполнения водой его открытого порового пространства // Строительные конструкции, строительные материалы, инженерные системы, экологические проблемы: Сб. науч. тр. ОГАСА. - Одесса: Город Мастеров. - 1998. - С.94-97.

16. Вычислительные эксперименты при анализе влияния легирующих ингредиентов покрытия электрода на критерии появления горячих трещин при сварке / В.А. Вознесенский, Т.В. Ляшенко, Щ. Щерев, Ц. Абаджиева // Металевi конструкцii. - 1998. - T. 1, № 1 . - С. 55-60.

17. Вознесенский В.А., Ляшенко Т.В., Пищева Т.И. Анализ реологических показателей известково-цементных композиций с добавкой редиспергируемых порошков полимеров винилового эфира // Вісник Дон. ДАБА. Композиційні матеріали для будівництва. - Макіївка: Дон. ДАБА. - 1999. - Вип. 99-2 (16). - С. 69-73.

18. Вознесенский В.А., Кровяков С.А., Ляшенко Т.В. Элементы компьютерного материаловедения при исследовании бетонов // Будівельні конструкції: Міжвід. наук.-техн. зб. - К.: НДІБК. - 1999. - вип. 50: Науково-практичні проблеми сучасного залізобетону. - С. 310-318.

19. Методы компьютерного материаловедения при анализе влияния состава композиции на ее реологические параметры / В.А. Вознесенский, Т.В. Ляшенко, Т.И. Пищева, Я. Иванов // Обработка дисперсных материалов и сред: Сб. науч. тр. - Одесса: Институт биоколлоидной химии НАНУ. - 1999. - Вып. 9. - С.228-237.

20. Ляшенко Т.В. Структурированные экспериментально-статистические модели в компьютерном материаловедении // Модели и системы: Сб. научн. тр. - Харьков: Харьк. военный ун-т. - 1999. - Вып. 1. - С. 53-57.

21. Ляшенко Т.В. Компьютерные эксперименты для анализа влияния состава композита на корреляцию свойств // Науковий вісник будівництва. - Харьков: ХДТУБА. - 1999. - Вип. 7. - С. 83-91.

22. Использование COMPEX-99 при моделировании параметров кривых пластической прочности цементно-полимерных композиций с фиброй КУРАЛОН / В.А. Вознесенский, П.М. Довгань, Т.В. Ляшенко, О.А. Попов, Н.В. Хлыцов //Науковий вiсник будiвництва. - Харьков: ХДТУБА. - 1999. - Вип. 8. - С. 21-28.

23. Вознесенский В.А., Кровяков С.А., Ляшенко Т.В. Вычислительные эксперименты при оценке взаимосвязи показателей прочности, упругости и трещиностойкости водонасыщенного бетона//Гидротехнические сооружения. Морские и речные порты: Сб. науч. тр. - Одесса: ОГАСА. - 1999. - Вып. 2. - С. 11-16.

24. Ляшенко Т.В., Вознесенский В.А. Методы компьютерного материаловедения при анализе взаимосвязи реологических показателей композиций//Вісник Дон. ДАБА. Композиційні матеріали для будівництва: Зб. наук. пр. - Макіївка: Дон. ДАБА. - 2001. - Вип. 2001-1(26). - С. 67-74.

25. Использование метода Монте-Карло при анализе взаимосвязи между полями реологических показателей композиций для отделочных работ / Т.В. Ляшенко, В.А. Вознесенский, Т.И. Пищева, Я. Иванов//Вісник Одес. Даба. - Одеса: Мiсто майстрiв. - 2001. - Вип. 3. - С. 57-64.

26. Ляшенко Т.В. Области допустимых технологических решений в полном и локальных полях свойств композитов // Вісник Одес. ДАБА. - Одеса: Мiсто майстрiв. - 2001.- Вип. 5. - с. 75-80.

27. Моделирование и анализ реологических показателей системы “известь - вода целлюлозные волокна” / Т.В. Ляшенко, В.А. Вознесенский, Н.Р. Антонюк, Е.К. Карапузов // Вісник Дон. ДАБА. Композиційні матеріали для будівництва. - Макіївка: Дон. ДАБА. - 2002. - Вип. 2002-1(26). - С. 67-74.

28. Вознесенский В.А., Ляшенко Т.В. Методы компьютерного материаловедения и технология бетона // Будівельні конструкції: Міжвід. наук.-техн. зб. - К.: НДІБК. - 2002. - вип. 56: Сучаснi проблеми бетону та його технологiй. - С. 217-226.

29. Voznesensky V.A., Lyashenko T.V. Experimental-statistical modelling in compu-tational materials science: Мат-лы 37 междун. сем. - Одесса: Астропринт,1998. - 32 с.

30. Инвариантность основных закономерностей влияния гранулометрии наполнителей на эффективную вязкость полимерных связующих / Вознесенский В.А., Иванов Я.П., Ляшенко Т.В., Абдыкалыков А., Вейсова Г.М. / Механика и технология композиционните материали: IV нац. конф. - София: БАН. - 1985. - С. 49-52.

31. Lyashenko T. Brittle matrix composites optimization on the structured experimental-statistical models basis / Brittle matrix composites 3: Proc. 3rd Int. Symp. - London, New-York: Elsevier Applied Science. - 1991. - P. 448-457.

32. New problems of modelling and analysis of filled cement pastes' structural and mechanical properties / Voznesensky V., Koval S., Lyashenko T., Savchenko S., Feofanov V. // Mechanics and Technology of Composite Materials: Proc. 6th Int. Conf. - София: БАН, 1991. - С. 163-166.

33. Voznesensky V.A., Lyashenko T.V. Non-traditional experimental-statistical modelling and analysis of results for composites on alkaline binders //Alkaline Cements and Concretes : Proc. 1-st Int.Conf. - Vol. 1. - Kiev: Vipol. - 1994. - P. 387-398.

34. Voznesensky V.A., Lyashenko T.V. Modelling, analysis and optimization of brittle matrix composites properties fields// Brittle Matrix Composites 4 : Proc. IV Int. Symp. Cambridge, Warsaw : Woodhead Publ. Ltd. - 1994. P. 255-263.

35. Voznesensky V.A., Lyashenko T.V. Experimental-statistical modeling in computational materials science // Proc. 3rd Int. Applied Statistics in Industry Conf. - Vol. 1. - Wichita, KS (USA): ACG Press. - 1995. P. 287-298.

36. Voznesensky V., Lyashenko T., Karapuzov E. Experimental-statistical modeling of polymer composites for concretes // Polymers in Concretes: Proc. VIII Int. Congress. Ostende (Belgium). - 1995. P. 337-342.

37. The application of experimental-statistical models to multi-criterion design of claydite concrete / V. Voznesensky, S. Koval, T. Lyashenko, V. Kushneruk //Structural Lightweight Aggregate Concrete: Proc. Int. Symp. Sandefjord (Norway). - 1995. P. 650-661.

38. Experimental-statistical modeling and analysis of the chain “composition - NMR-signal - properties” of cement composite / Lyashenko T., Voznesensky V., Boiko S., Shtakelberg D. // Proc. 10th Int. Congress on Chemistry of Cement. V. 3. - Gothenburg (Sweeden). - 1997. lect. V004, 8 p.

39. Lyashenko T.V., Voznesensky V.A. Modeling and analysis of varying correlation between properties of brittle matrix composites. Brittle Matrix Composites 5: Proc. V Int. Symp. Warsaw: Woodhead Publ. Ltd. 1997. P. 417-426.

40. Multi-criterion analysis of the influence of composition on the quality of modified epoxy resin polymer concrete / Lyashenko T.V., Voznesensky V.A., Novak V.I., Kondratyuk V.A., Karaev V.T // Proc. 3rd Southern African Conf. On Polymers in Concrete, Iohannesburg, 1997. P. 157-166.

41. Lyashenko T., Voznesensky V., Qawasmeh K. Experimental-Statistical Modeling and Analysis of Properties of Mortars with Additives // Proc. 13 Ibausil. - Weimar. - 1997. - V.2. - P. 607-618.

42. Transformation of viscosity function in mixture space of polymer containing composition / V. Voznesensky, T. Lyashenko, O. Lapina, E. Karapuzov // Mechanics and Technology of Composite Materials: Abstracts 8th Int. Conf. - Sofia. - 1997. - P. 76-77.

43. Experimental-statistical modelling the effect of multi-fractional filler on rheological indices of compositions / T. Lyashenko, I. Barabash, E. Shinkevich, S. Shcherbina,V. Voznesensky // Proc. 5th European Rheology Conf. - Darmstad: Springer. - 1998. - P. 104-105.

44. Lyashenko T., Voznesensky V. Modeling the influence of composition on probabilistic indices of building polymer composites quality. Proc. IX Int. Congress on Polymers in Concrete. - Bologna (Italy). - 1998. - P. 201-208.

45. Control of structural state of concrete in process of hardening by means of NMR method / Boiko S.V., Shtakelberg D.I., Osipov b.m., Voznesensky V.A., Lyashenko T.V. // Non-destructive testing and experimental stress analysis of concrete structures: Proc. of 7th RILEM conference. - Bratislava : Expertcentrum. - 1998. - P. 105-109.

46. Lyashenko T., Voznesensky V. The use of experimental-statistical modelling in multi-criterion optimization of polymer compositions for floors / Industrial Floors '99: Proc. Int. Colloquium. - Esslingen (Germany): Ostfildern Technische Akademie. - 1999. - P. 497-508.

47. Ляшенко Т.В. Оптимальность искусственного материала от рождения до деградации. // Оптимизация в материаловедении: Мат-лы 38 межд. сем. - Одесса: Астропринт. - 1999. - С. 3-6.

48. Voznesenskii V.A., Lyasenko T.V. Computational experiments with experimental-statistical models for composites on alkaline binders // Alkaline Cements and Concretes: Proc. 2nd Int. Conf. - Kyiv. - 1999. - P. 507-517.

49. Modelling the Influence of Polyvinylacetate Admixture and Polymer Fibre on Hardening Kinetics of Cement-Sand Compositions / V. Voznesensky, T. Lyashenko, P. Dovgan, O. Popov // Proc. 14 Ibausil. - Weimar. - 2000. - V. 2. - P. 569-575.

50. Lyashenko T., Voznesensky V. Analysis of Property Fields and Choosing Combined Modifier of Repair Compositions for Concrete // Proc. 14 Ibausil. - Weimar (Germany). - 2000. - V. 2. P. 837-843.

51. Lyashenko T., Voznesensky V., Krovyakov S. Analysis of water effect on fracture toughness in cement-based composites using computational materials science methods. Brittle Matrix Composites 6 : Proc. VI Int. Symp. BMC6. Warsaw: Woodhead Publ. Ltd., ZTUREK. - 2000. P. 210-219.

52. Lyashenko T., Voznesensky V., Ivanov Y. Modelling the influence of mix proportions on correlation between destruction pace and thixotropy of suspensions // Book of Abstracts: 3d Int. Meeting of the Hellenic Society of Rheology. - Patras (Greece). - 2001. - C. 76.

53. On the use of Monte Carlo methods for the analysis of the interrelation between rheological characteristics of finishing composites / T. Lyashenko, V. Voznesensky, Ya. Ivanov, T. Pischeva // Proc. Balkan Sem. on Rheology & 9th National Rheological Workshop. - Sofia: Bulgarian Academy of Science. - 2001. - P. 49-58.

54. Ляшенко Т.В. Поля свойств строительных материалов (концепция, анализ, оптимизация) // Прогнозирование в материаловедении: Мат-лы 41 межд. сем. - Одесса: Астропринт. - 2002. - С. 9-14.

АНОТАЦІЯ

Ляшенко Т.В. Поля властивостей будівельних матеріалів (концепція, аналіз, оптимізація). - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.23.05 - Будівельні матеріали і вироби. - Одеська державна академія будівництва і архітектури, Одеса, 2003.

Розроблені наукові основи для забезпечення якості багатокомпонентних будівельних матеріалів за рахунок аналізу полів їхніх властивостей - сукупностей значень критеріїв якості в координатах складу, параметрів технології і експлуатації. Запропонована концепція полів властивостей як елементів комп'ютерного матеріалознавства. Розроблені засоби, які дозволяють за допомогою обчислювальних експериментів найбільш повно і з урахуванням ризику оцінювати за експериментально-статистичними моделями закономірності поведінки матеріалів і призначати раціональні рецептурно-технологічні параметри, які гарантують необхідні рівні властивостей. При цьому враховується трансформація взаємозв'язків властивостей матеріалів при змінах у складі, режимах виготовлення і експлуатації.

Визначені закономірності впливу складу на технологічні, структурні і функціональні властивості ряду матеріалів. Знайдені оптимальні композиції з гарантованими рівнями критеріїв якості - для монолітних каркасних будівель, промислових підлог, елементів захисту атомних реакторів, плит гідротехнічних споруд, декоративних покрить, демпфіруючих прокладок під устаткування. Підтверджена у промислових умовах ефективність аналізу й оптимізації складів сухих сумішей, у тому числі, з полімерною фіброю, і шлако-лужного в'яжучого для жаростійкого бетону.

Ключові слова: будівельний матеріал, багатокомпонентність, поля властивостей, експериментально-статистична модель, обчислювальний експеримент, облік ризику, гарантована якість, оптимальний склад.

АННОТАЦИЯ

Ляшенко Т.В. Поля свойств строительных материалов (концепция, анализ, оптимизация). - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук по специальности 05.23.05 - Строительные материалы и изделия. - Одесская государственная академия строительства и архитектуры, Одесса, 2003.

В диссертации разработаны научные основы для обеспечения качества многокомпонентных строительных материалов за счет анализа полей их свойств - совокупностей значений критериев качества в координатах состава, параметров технологии и эксплуатации. Предложена концепция полей свойств как элементов компьютерного материаловедения. Разработаны средства, которые позволяют с помощью вычислительных экспериментов извлекать из опытных данных информацию о закономерностях поведения многокомпонентных материалов и назначать рациональные параметры состава и технологии, гарантирующие (с определенным риском) требуемые уровни свойств.

Поля описываются структурированными экспериментально-статисти-ческими моделями по данным планируемого натурного эксперимента. Предложены способы учета риска на основе превращения в любой точке поля модельно-детерминированного уровня свойства в случайный, учитывающий связанную с экспериментом ошибку модели. В вычислительных экспериментах с использованием метода Монте-Карло анализируются полные и локальные поля - либо гарантированного уровня свойства, либо случайные. Числовые обобщающие показатели полей и вторичные модели дают возможность сравнивать поля и оценивать их трансформацию.

Анализ полей позволил определить закономерности влияния состава на технологические, структурные и функциональные свойства ряда композиционных материалов. Найдены оптимальные композиции с гарантированными уровнями критериев качества, для специальных объектов - монолитных каркасных зданий, промышленных полов, элементов защиты атомных реакторов, плит гидротехнических сооружений и аэродромов, декоративных покрытий и штукатурок, демпфирующих прокладок под оборудование, жаростойких футеровок.

Новый подход к анализу взаимосвязей свойств материалов позволяет количественно оценить и учесть при обеспечении качества трансформацию этих связей с изменением состава, режимов изготовления и эксплуатации. В вычислительных экспериментах на полях свойств выявлен ряд закономерностей, которые не могли быть обнаружены непосредственно по экспериментальным данным. Так, связь коэффициента интенсивности напряжений К1с мелкозернистого бетона, содержащего керамзит и цеолит, с прочностью и модулем упругости зависит от степени заполнения водой открытых пор; водонасыщение увеличивает корреляцию с пределом прочности при изгибе. Положительная корреляция прочности при разных температурах обжига жаростойкого щелочного вяжущего (существенная для обеспечения и прочности, и термостабильности), достаточно высока, если добавка активирована при 550-700С и щелочной компонент имеет повышенный модуль.

Изопараметрический анализ на случайных полях позволяет достоверно оценить закономерности изменения комплекса свойств при условии постоянства одного из них. Доказано, что факт существенного снижения вязкости (при неизменных скорости сдвига, массовом количестве наполнителя и его удельной поверхности) только за счет оптимизации распределения частиц многофракционного наполнителя (по размеру, по форме, по вещественному составу) инвариантен к виду дисперсионной среды и дисперсной фазы.

В вычислительном эксперименте выявлены закономерности влияния состава на ряд специальных показателей структурообразования и функциональных свойств строительных материалов. Это темп разрушения структуры при течении полимеросодержащих композиций, мгновенная и средняя скорости роста пластической прочности системы “полимероминеральная смесь - вода” (с полимерной фиброй), определяемые методом ядерно-магнитного резонанса показатели влагосодержания матрицы товарного бетона за 1-3 суток твердения (по которым прогнозируется усадка). По отношению статического и динамического модулей упругости эпоксидного композита, модифицируемого полиэтиленовым воском, латексом и фурфуролом (для демпфирования колебаний), показано, как можно изменить в широком диапазоне (от 0.04 до 0.84) соотношение упругих и неупругих свойств. “Жесткий” вероятностный критерий стойкости материалов (в частности, карбамидного связующего к действию воды) учитывает как снижение среднего уровня свойства, так и возрастающий раз-брос значений и более чувствителен к изменению состава, чем традиционный.

Элементы концепции полей свойств и ее методического обеспечения вошли в практику строительного материаловедения. Они включены в методические рекомендации и отражены в учебнике. Подтверждена в промышленных условиях эффективность анализа и оптимизации составов сухих смесей, в том числе, с полимерной фиброй, и шлако-щелочного вяжущего для жаростойкого бетона.

Ключевые слова: строительный материал, многокомпонентность, поля свойств, экспериментально-статистическая модель, вычислительный эксперимент, учет риска, гарантированное качество, оптимальный состав.

SUMMARY

Lyashenko T.V. Building materials property fields (concept, analysis, optimisation). - Manuscript.

The thesis to gain the doctor of science degree on speciality 05.23.05 - Building materials and products. - Odessa State Building and Architecture Academy, Odessa, 2003.

Scientific base for providing the quality of multi-component building materials through analysis of their property fields, the sets of quality criteria values in coordinates of composition, technological and operational parameters, has been developed. The concept of property fields as elements of computational materials science has been put forward. The means have been developed that allow, with the help of computational experiments, the regularities of materials behaviour to be estimated most fully and with account for risk, and rational composition and process parameters guaranteeing required levels of properties to be assigned. Included in this is transformation of correlation between material properties with changes in composition, process, and operational conditions.

The regularities of the influence of composition on technological, structural and functional properties have been determined for a number of materials. Optimal compositions that would guarantee quality criteria levels have been found for: in-situ concrete for framed buildings, industrial floors, protecting elements of nuclear reactors, plates in hydraulic engineering, decorative coverings, damping layers under equipment. The effectiveness of analysis and optimisation of the compositions of dry mixes (with polymer fibre, specifically) and of slag-alkali binder for heat resistant concrete has been confirmed in industrial conditions.

Key words: building material, many components, property fields, experimental-statistical model, computational experiment, inclusion of risk, guaranteed quality, optimal composition.

Размещено на Allbest.ru