Формування структури і властивостей вапняно-кремнеземистих композитів

Шинкевич Е.С. Силикатные материалы неавтоклавного твердения: технология, свойства / Е.С. Шинкевич, Е.С. Луцкин, А.А. Койчев, Г.Г. Бондаренко // Современные проблемы строительного материаловедения и технологии/ Материалы м.н. конгресса: Наука и инновации в строительстве SIB 2008. - Воронеж, 2008. - Том 1. Кн. 2. - С.659-667.

АНОТАЦІЯ

Бондаренко Г.Г. Формування структури і властивостей вапняно-кремнеземистих композитів. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук зі спеціальності 05.23.05 - Будівельні матеріали та вироби. - Одеська державна академія будівництва та архітектури, Одеса, 2011.

Виробництво стінових виробів і матеріалів на безклінкерних в'яжучих з використанням місцевої природної сировини на основі ефективних ресурсозберігаючих технологій є перспективним напрямком будівельної галузі. У зв'язку з цим робота, яка спрямована на вивчення та регулювання процесів формування структури в активованих вапняно-кремнеземистих сумішах і вивчення властивостей композитів на їх основі, включаючи параметри механіки руйнування, для отримання стінових виробів підвищеної деструктивної стійкості по литтєвій енергозберігаючій технології, є актуальною.

Встановлено, що управління процесами формування структури шляхом спрямованого регулювання відносної величини об'ємних змін, властивих високорухливим сумішам, що містять як компонент в'яжучого негашене вапно, забезпечить підвищення деструктивної стійкості і ефективності вапняно-кремнеземистих композитів. Проаналізована зміна міцнісних і деформативних властивостей, а також структури під впливом величин питомої поверхні трепелу, як компоненту в'яжучого, і режимів твердіння. На основі проведених досліджень показано, що комплексну оптимізацію складів раціонально проводити з урахуванням закономірностей зміни тріщиностійкості, модуля пружності та інших запропонованих узагальнюючих показників, що дозволяє прогнозувати якість виробів з більш високим ступенем вірогідності. Модуль пружності, який звичайно нормується в практичних розрахунках конструкцій, застосовано також при оптимізації складів вапняно-кремнеземистих сумішей для прогнозу деструктивної стійкості композитів. Показано, що зміна експлуатаційних властивостей у часі може лімітувати деструктивну стійкість бетонів і ці показники необхідно враховувати при оптимізації складів і режимів.

Ключові слова: вапняно-кремнеземисті композити неавтоклавного твердіння, активація дрібнозернистого заповнювача спільно з в'яжучим, деформації об'ємних розширень і усадки, експериментально-статистичні моделі, комп'ютерне матеріалознавство, багатокритеріальна оптимізація.

АННОТАЦИЯ

Бондаренко Г.Г. Формирование структуры и свойств известково-кремнеземистых композитов. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.23.05 - Строительные материалы и изделия. - Одесская государственная академия строительства и архитектуры, Одесса, 2011.

Производство стеновых изделий и материалов на безклинкерных вяжущих с использованием местного природного сырья на основе эффективных ресурсосберегающих технологий является перспективным направлением строительной отрасли. В связи с этим работа, направленная на изучение и регулирование процессов формирования структуры в активированных известково-кремнеземистых смесях и изучение свойств композитов на их основе, включая параметры механики разрушения, для получения стеновых изделий повышенной деструктивной стойкости по литьевой энергосберегающей технологии, является актуальной.

Экспериментально подтверждена эффективность использования гидроактивации мелкозернистого заполнителя совместно с известково-кремнеземистым вяжущим для получения строительных композитов и изделий на их основе. Установлено, что управление процессами формирования структуры путем направленного регулирования относительной величины объемных изменений, свойственных высокоподвижным смесям, содержащих как компонент вяжущего негашеную известь, обеспечит повышение деструктивной стойкости и эффективности известково-кремнеземистых композитов.

Проанализировано изменение вязкости известково-кремнеземистого вяжущего в процессе гидроактивации. Установлено, что вязкость может быть снижена в 2-3 раза без изменения его водопотребности в зависимости от состава. Введение мелкозернистого заполнителя повышает эффективную вязкость смеси в 2-2.5 раза, однако, в процессе гидроактивации ее с мелкозернистым заполнителем эффективная вязкость снижается более чем в 3 раза и достигает вязкости неактивированной суспензии вяжущего, а введение минеральной добавки приводит к повышению эффективной вязкости смеси не более чем на 10%. Установлено, что гидроактивация поверхности мелкозернистого заполнителя способствует повышению микротвердости безклинкерной матрицы вяжущего в 1.3 раза по сравнению с неактивированных заполнителем.

Установлено, что для известково-кремнеземистых смесей с повышением содержания заполнителя величина объемных расширений z снижается с 1.5 до 0.02 мм/м. Минимальными значениями z = 0.02 мм/м характеризуются системы, содержащие кварцевый песок и трепел в равных количествах.

Установлено влияние факторов состава и технологии на критический коэффициент интенсивности разрушения k_Ic. С увеличением количества мелкозернистого заполнителя значение критического коэффициента интенсивности напряжения k_Ic возрастает до величины 1.5 МПа·м^-0,5, что выше известного значения k_Ic=1 для цементных мелкозернистых бетонов. Пропорциональная зависимость k_Ic от содержания мелкозернистого заполнителя в известково-кремнеземистых и цементных мелкозернистых бетонах свидетельствует о возможной идентичности механизмов трещинообразования в этих композитах.

Установлено влияние факторов состава и технологии на модуль упругости. Модуль упругости Е изменяется в 1.2 раза под влиянием состава, условий твердения и режимов ТВО. Влияние продолжительности ТВО и продолжительности выдерживания в н.у. на модуль упругости Е равнозначно. Значения Е=25 ГПа для известково-кремнеземистых композитов, соответствующее значению Е для цементных мелкозернистых бетонов, достигается при ф_п.в.=6 часов и ф_ТВО=10 часов, при удельной поверхности трепела S_уд1=350 м²/кг. А значение Е=35 ГПа, соответствующее значению Е для обычных тяжелых бетонов, достигается при тех же значениях ф_п.в. и ф_ТВО, но на смеси кремнеземистого компонента с S_уд2=425 м²/кг и S_уд3=500 м²/кг в равном соотношении. Данные составы отличаются характером пористости.

Установлено, что качественный состав смеси влияет на свойства k_Iс, Н, Е существеннее, чем условия ф_п.в. и режимы ТВО совместно, а для R_сж - влияние данных факторов равнозначно: за счет их варьирования R_сж изменяется в 2.1 раза. При этом влияние ф_п.в. и ф_тво без учета их взаимодействия между собой обусловливает изменение R_сж в 1.15 раза. Максимальное значение R_сж=22.3 МПа достигнуто при ф_п.в.=1.5 ч. и ф_ТВО=11 ч.

Установлена целесообразность применения комплекса параметров, характеризующих деструктивную стойкость композитов на основе количественных оценок структуры при оптимизации составов мелкозернистых бетонов и условий получения известково-кремнеземистых композитов. Показано, что применение комплекса показателей стойкости является основанием для сравнения и выбора оптимальных, конкурирующих вариантов решений, позволяющий с более высокой степенью достоверности гарантировать необходимый уровень качества в период эксплуатации изделий.

Проведена оптимизация составов с учетом комплекса показателей, характеризующих их деструктивную устойчивость. В результате оптимизации рекомендованы составы: для стеновых лицевых изделий, обеспечивающих такие уровни критериев качества: основные - R_сж=17 МПа (В15), с=1550 -1650 кг/м³, F35; дополнительные - Е=35 ГПа, k_Ic=1.5 МПа·м^-0,5, Н=22 Н/мм²; для стеновых рядовых изделий, обеспечивающих такие уровни критериев качества: основные - R_сж=15 МПа (12.5), с=1450 -1550 кг/м³, F25; дополнительные - Е=25 ГПа, k_Ic=1.5 МПа·м^-0,5, Н=25 Н/мм².

Ключевые слова: известково-кремнеземистые композиты неавтоклавного твердения, активация мелкозернистого заполнителя совместно с вяжущим, деформации объемных расширений и усадки, экспериментально-статистические модели, компьютерное материаловедение, многокритериальная оптимизация.

SUMMARY

Bondarenko G.G. Formation of structure and properties of lime-silica composites. - Manuscript.

Thesis on competition of a scientific degree of the candidate of science on speciality 05.23.05 - building materials and articles. - Odessa State Academy of Building and Architecture, Odessa, 2011.

Production of wall materials and products for freeclinker binders using local natural resources through efficient, resource-saving technologies is a promising direction of the construction industry. In connection with this work to study and control of the processes of structure formation in activated lime-silica mixtures, and studying the properties of composites based on them, including the parameters of fracture mechanics, for walling products increased the destructive strength of the casting energy-saving technology is important.

It was established that the management processes of structure formation through targeted regulation of the relative magnitude of volume changes inherent in highly mobile mixtures which contain as an ingredient binder quicklime, will ensure improvement of the destructive strength and effectiveness of lime-silica composites. The change of the strength and deformation properties, as well as structures under the influence of the specific surface tripoli, as a component of a binder, and curing regimes. On the basis of studies have shown that optimizing the composition of the complex to hold rationally, taking into account the regularities of changes fracture strength, modulus and other proposed general indicators that can predict the quality of products with a high degree of confidence. Modulus of elasticity, which is usually normalized in practical calculations, designs, also applied for the optimization of lime-silica mixtures for prediction of destructive strength of the composites. Shown that changes in performance properties over time can limit the destructive strength of concrete and these figures should be considered when optimizing formulations and modes of preparation.

Keywords: lime-silica composites of non-autoclave hardening, activation of a fine-grained filler together with binder, deformations of volumetric expansions and contraction of volume, experimentally-statistical models, computer materiology, multy-criteria optimization.

Размещено на Allbest.ru