Размещено на http://www.allbest.ru/

ОДЕСЬКА ДЕРЖАВНА АКАДЕМІЯ БУДІВНИЦТВА ТА АРХІТЕКТУРИ

05.23.05. Будівельні матеріали та вироби

УДК.666.973.6:517.8

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

ОСОБЛИВОСТІ СТРУКТУРОУТВОРЕННЯ І ВЛАСТИВОСТІ ПІНОБЕТОНУ НЕАВТОКЛАВНОГО ТВЕРДІННЯ

ОРЛОВ ДЕНИС

АНАТОЛІЙОВИЧ

ОДЕСА - 2009

Дисертацією є рукопис

Робота виконана в Одеській державній академії будівництва та архітектури Міністерства освіти та науки України.

Науковий керівник: кандидат технічних наук, доцент Мартинов Володимир Іванович, Одеська державна академія будівництва та архітектури, доцент кафедри «Виробництво будівельних виробів та конструкцій»

Офіційні опоненти:

доктор технічних наук, професор Шейніч Леонід Олександрович, Державний науково-дослідний інститут будівельних конструкцій, м. Київ, завідувач відділом технології виготовлення залізобетонних конструкцій.

кандидат технічних наук, доцент Керш Володимир Якович, Одеська державна академія будівництва та архітектури, м. Одеса, доцент кафедри міського будівництва та господарства.

Захист відбудеться “ 9 ” червня 2009 р. о 13 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 41.085.01 Одеської державної академії будівництва та архітектури за адресою: 65029, м. Одеса, вул. Дідріхсона, 4.

З дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці Одеської державної академії будівництва та архітектури за адресою: 65029, м. Одеса, вул. Дідріхсона, 4.

Автореферат розісланий “ 6 ” травня 2009 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради Д 41.085.01, канд.техн.наук, доцент Карпюк В.М.

1. ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Обсяги будівництва в Україні щорічно зростають. При цьому сировинна база для виробництва будівельних матеріалів виснажується. Місця їхнього видобутку усе далі відсуваються від заводів виробників. Це все приводить до підвищення вартості матеріалів. Підвищенню собівартості продукції також сприяє неухильне підвищення цін на енергоносії. Останнім часом у галузі будівництва прийнятий ряд нових нормативних документів, спрямованих на зниження енергетичних і сировинних ресурсів, а також підвищенню якості й надійності будівництва. Це, у першу чергу, стосується жорстких вимог до забезпечення термічного опору огороджувальних конструкцій, і підвищення вимог до будинків, які будуються у сейсмоактивних зонах. Забезпечення вимог до огороджувальних конструкцій, виготовлених з таких матеріалів як силікатна й керамічна цегла, легкі бетони на пористих заповнювачах, проблематично у зв'язку з їхніми низькими показниками пористості. Досягненню цих вимог сприяє збільшення виробництва і якості виробів з ніздрюватих бетонів і інших пористих матеріалів.

Один з шляхів збільшення виробництва ніздрюватих бетонів на Україні бачиться у більш широкому застосуванні пінобетону неавтоклавного твердіння, оскільки на освоєння його виробництва потрібно значно менше капітальних вкладень, ніж на освоєння виробництва автоклавного ніздрюватого бетону. Таким чином, широке впровадження пінобетону неавтоклавного твердіння є актуальною задачею сучасного будівництва і повинне супроводжуватися інтенсифікацією науково-дослідних робіт з удосконалювання його технології виготовлення, підвищенню якості матеріалу, що у значній мірі залежить від уміння управляти будівельно-технічними властивостями.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами.

Робота виконана відповідно до пріоритетних напрямків розвитку науки й техніки до 2006 року, та Закону України від 11 липня 2001 р. № 2623-III «Про пріоритетні напрямки розвитку науки і техніки» напрямок №6 «Новітні технології й ресурсозберігаючі технології в енергетиці, промисловості та агропромисловому комплексі» і держбюджетними темами: «Механохімічна активація мінеральних в'яжучих речовин у технології будівельних матеріалів та виробів» (№ д/р 0103U000508) і «Структуроутворення, міцність і руйнування композиційних будівельних матеріалів» (№ д/р 0105U000867).

Мета роботи. Забезпечення експлуатаційних показників пінобетону за рахунок управління характером структури твердої складової пінобетону.

Задачі досліджень:

- на прикладі пінобетону неавтоклавного твердіння привести експериментальні підтвердження, і показати, що властивості композиційних будівельних матеріалів макропористої структури визначаються їхньою структурою, а саме, характером розподілів твердої складової;

- ґрунтуючись на системному підході запропонувати фізичні моделі будівельних композитів і методи кількісної оцінки характеру розподілів твердої складової;

- кількісно оцінити зміну параметрів структури твердої складової на фізичних моделях матеріалів пористої та макропористої структури.

- оцінити структурні параметри через фрактальну розмірність і визначити взаємозв'язок фізико-механічних властивостей пінобетону з фрактальною розмірністю;

- розробити пропозиції управління структурою та властивостями пінобетону та здійснити промислове впровадження результатів роботи.

Об'єкт досліджень.

Пінобетон неавтоклавного твердіння середньою густиною 600 кг/м3, фізичні моделі композиційних будівельних матеріалів щільної й макропористої структури.

Предмет досліджень

Тверда фаза композиційних будівельних матеріалів макропористої структури і її параметри, а також взаємозв'язок цих параметрів з механічними властивостями матеріалу.

Методи досліджень.

Фізико-механічні характеристики вихідних сировинних матеріалів, а також пінобетону визначали стандартними методами, регламентованими ДСТУ 2.7.- 45-96 «Будівельні матеріали. Бетони ніздрюваті. Технічні умови».

Водопотребу розчинної суміші оцінювали діаметром розпливу розчину по віскозиметру Суттарда. Структурні параметри твердої фази на фізичних моделях (кількість структурних елементів, загальну довжину й ширину внутрішніх поверхонь розподілу - ВПР), визначали за допомогою фотофіксацій структур цифровою фотокамерою з наступною комп'ютерною обробкою знімків.

Для обчислення фрактальної розмірності структур пінобетону зразки також фіксували за допомогою цифрової фотокамери при різному ступені збільшення під мікроскопом у відбитому світлі. Розрахунок проводили за допомогою спеціального програмного забезпечення. При рішенні оптимізаційних задач застосовували математичні методи планування експерименту з обробкою результатів за допомогою комп'ютерних програм Excel, Delphi, Compex.

Наукова новизна роботи.

- теоретично обґрунтовано та експериментально підтверджено, що при постійному співвідношенні твердої й газової фази властивості пінобетону визначаються переважно характером розподілів твердої складової;

- на прикладі пінобетону неавтоклавного твердіння експериментально показано, що при постійній густині його міцністні властивості визначаються початковими реологічними умовами структуроутворення;

- зроблено кількісну оцінку параметрів твердої фази (кількості структурних елементів, їхні розміри, загальна довжина й ширина внутрішніх поверхонь розподілу та ін.) на фізичних моделях матеріалів макропористої структури з використанням цифрової фото і комп'ютерної техніки, а також досліджено вплив рецептурних факторів на ці показники;

- Виявлено зв'язок фізичних властивостей пінобетону з оцінкою його структури через фрактальну розмірність.

Практичне значення отриманих результатів.

З урахуванням отриманих результатів досліджень розроблено технологічний регламент, запропоновані послідовність і методи технічного контролю процесу виробництва і склади пінобетону неавтоклавного твердіння.

Експериментальні дані дозволили більш глибоко вивчити вплив структурних параметрів твердої складової на властивості композиційних матеріалів макропористої структури. Відображення об'єкта досліджень у вигляді системи дозволило намітити шляхи управління фізико-механічними властивостями. Результати досліджень впроваджені на ряді підприємств м. Одеси, зокрема ТОВ «XXI вік».

Особистий внесок здобувача полягає у проведенні детального літературного огляду, що дозволив встановити взаємозв'язок властивостей будівельних композиційних матеріалів макропористої структури з структурними характеристиками, прийняття участі в постановці задач досліджень, проведенні комплексу експериментальних робіт з вивчення впливу характеру твердої складової на властивості пінобетону, а також впливу рецептурних факторів на характер розподілу твердої фази на фізичних моделях матеріалів макропористої структури, побудова математико-статистичних моделей досліджуваних властивостей і їх графоаналітичний аналіз, впровадження результатів досліджень у виробництво неавтоклавного пінобетону.

Апробація результатів дисертації.

Основні положення й результати досліджень, виконані у дисертаційній роботі, доповідалися на наступних міжнародних і регіональних конференціях і семінарах: «Структуроутворення, міцність і руйнування композиційних матеріалів» (Одеса, 2004, 2005, 2006 р.), «Ресурсоекономні матеріали, конструкції, будинки й спорудження» (Рівне, 2006 р.), «Інформаційні системи й технології» (Одеська державна академія холоду 2006 р.)

Публікації.

За матеріалами дисертаційної роботи опубліковано 9 друкованих праць, у тому числі 7 статей у наукових виданнях внесених до реєстру ВАК України.

Структура й обсяг дисертації

Дисертаційна робота складається з вступу, п'яти розділів, загальних висновків, списку літературних джерел і додатку. Дисертація викладена на 144 сторінках, з яких 126 основного тексту, включає 41 рисунок і 23 таблиці. Список використаних літературних джерел складається з 165 найменувань, викладених на 17 сторінках. У дисертаційній роботі є 1 додаток на 2 сторінках.

2. ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтована актуальність теми дисертаційної роботи, сформульовані мета та задачі досліджень, розкрито їх наукову новизну, визначено практичну цінність отриманих результатів, особистий внесок здобувача, наведено відомості про апробацію, структуру та обсяг дисертації.

У першому розділі наведений огляд літературних джерел: особливості структур ніздрюватих бетонів і їхній вплив на властивості; обґрунтовано застосування системного підходу при аналізі структури та властивостей композиційних матеріалів.

Розглянуто різні позиції щодо вивчення властивостей і способів одержання газобетону та пінобетону (роботи Гензлера М.М., Кауфмана Б.М., Шульца К.І., Ахундова А.О., Баранова А.Т., Боженова П.І., Волженского О.В., Горяйнова К.Е., Горлова Ю.П., Кудряшова І.Т., Малініна Л.А., Меркіна А. П., Міронова С.О., Попова А.М., Ребиндера П.П., Розенфельда Л.М., Таубе П.Р., Комара А.Г., Удачкіна І.Б. і ін.). Проаналізувавши науково-практичні роботи в області ніздрюватих бетонів, виділено, що вони велися по наступних напрямках: підвищення якості продукції, зниження собівартості виробів, підвищення довговічності та збільшення терміну експлуатації будинків і споруд.

Проведено аналіз основних науково-дослідних робіт з загальної теорії систем (роботи Л. Берталанфі, К. Боулдинга, А. Рапопорта, М. Месаровича, Р. Акофа, С.І. Садовського).

Пінобетон, як об'єкт досліджень представлено у вигляді складно-підпорядкованої відкритої системи з ієрархічною підпорядкованістю системам більш високого рівня (надсистеми) - «стінові матеріали», «будинки», «навколишнє середовище». З іншої боку цілісність структури пінобетону, як матеріального об'єкта забезпечують структурні елементи, що стоять рівнем нижче - «будівельний розчин» і «пороутворювач» (підсистеми). Надсистеми диктують пінобетону, які функціональні якості він повинен мати, а підсистеми шляхи досягнення цих якостей.

У роботі описано поетапний процес формування системи «пінобетон».

«Пінобетон» як система формується з окремих структурних елементів, твердої складової, різної геометрії, з чого випливає, що властивості «системи» пінобетон визначаються кількісними і якісними характеристиками елементів, а також характером зв'язків між окремими елементами. На підставі цього сформульована робоча гіпотеза про вплив характеру структури (розподілів) твердої складової на фізико-механічні властивості пінобетону.

Виходячи з аналізу і узагальнення відомих досліджень і на підставі апріорної інформації обґрунтовані доцільність і актуальність виконання роботи, сформульовані робоча гіпотеза, мета та задачі досліджень.

У другому розділі приведені характеристики використовуваних матеріалів і описані методи експериментальних робіт.

У якості в'яжучого у всіх експериментах використовували портландський цемент Одеського цементного заводу - ПЦ II/ А-Ш-500. Приведено також хіміко-мінералогічний склад і його фізико-механічні характеристики.

У ролі наповнювача застосовували кварцовий пісок, просіяний на ситах з розмірами осередків 1,25; 0,63; 0,315; 0,14 мм і здрібнений кварцовий пісок з питомою поверхнею 300 м2/кг. Істинною густиною - 2,65 г/см3.

Домішку С-3 застосовували в якості пластифікатору.

Для поризації бетонної суміші застосовували піноутворювач ПБ-2000 виробництва ВАТ «Івхімпром» (Росія, м. Іваново).

У якості матеріалу для виготовлення фізичних моделей застосовували водоглиняну суспензію.

Зміну реологічних характеристик розчинної суміші оцінювали за віскозиметром Суттарда.

Фізико-механічні характеристики пінобетону визначали стандартними методами згідно ДСТУ 2.7-45-96. «Бетони ніздрюваті. Технічні вимоги».

При виконанні експериментальних робіт використовувалися методи математичного планування експерименту. Обробку результатів проводили в системах COMPEX, Exсel.

Фотофіксації структур фізичних моделей здійснювали за допомогою цифрової фотокамери Olimpus, а подальша кількісна і якісна оцінка проводилась за допомогою графічного редактора, та розробленої на кафедрі ВБК (ОДАБА) комп'ютерної програми з наступною побудовою графіків у системі Exсel.

Вимірювання фрактальної розмірності проводили після фотофіксації структур пінобетону при різному збільшенні мікроскопа МБС-9 з наступним кількісним обчисленням показників на персональному комп'ютері.

У третьому розділі дисертаційної роботи представлені результати серії з чотирьох експериментів, метою яких було вивчення механізмів формування структури пінобетону.

В експериментах моделювали різні умови формування первинної структури пінобетону середньою густиною в сухому стані 600 кг/м3.

Особливість експериментів полягала в тім, що одночасно визначалися міцність матеріалу, з якого формуються міжпорові перетинки (надалі активність розчинної суміші) і міцність пінобетону, а також зміна реологічних характеристик розчинної та пінобетонної суміші в початковий період формування системи «пінобетон». Під активністю розчинної суміші мається на увазі міцність зразків балок з розмірами 40х40х160 мм, виготовлених з цементно-піщаного розчину відібраного до введення в нього піни, і випробуваних у віці 28 діб.

На попередньому етапі вивчали вплив кількості поверхнево-активної речовини (ПАР) на активність розчинної суміші. Для цього був проведений двохфакторний експеримент. В якості змінних факторів були обрані: Х1 - водоцементне відношення (В/Ц); Х2 - кількість поверхнево-активної речовини, в % від маси в'яжучого в перерахуванні по сухій речовині. За рахунок фактора (Х1) регулювали реологічні характеристики середовища. Вибір фактора (Х2) обрано виходячи з аналізу літературних джерел по вивченню впливу ПАР на активність в'яжучих речовин (або міцності пінобетону. Прийнята кількість ПАР 0,15 - 0,3 % від маси в'яжучого, охоплює діапазон середньої густини пінобетону, від 300 до 700 кг/м3, в область яких попадає об'єкт досліджень пінобетон середньої густини 600 кг/м3.

Графічна інтерпретація результатів експерименту представлена на рис. 1.

Аналіз отриманих даних, показує, що збільшення кількості поверхнево-активної речовини практично не знижує активність розчинної суміші, при цьому вплив ПАР стає менш суттєвим зі збільшенням водопотреби суміші.

У першому експерименті вивчався вплив кількості наповнювача (кварцовий пісок фракції менш 0,63) у суміші з портландцементом М500. Зміст наповнювача в сухій суміші - 0; 10; 20; 40%. В експерименті моделювалися умови структуроутворення пінобетону при постійних реологічних характеристиках розчинної складової. Реологічні характеристики оцінювали по діаметру розпливу розчину за віскозиметром Суттарда. Діаметр розпливу розчину був прийнятий постійним і становив 270±10 мм. будівельний пінобетон фрактальний розмірність

Наведені на рис.2 результати свідчать про те що, збільшення вмісту наповнювача приводить до зниження активності розчинної суміші, з одночасним зниженням міцності пінобетону. Таким чином, при постійних реологічних характеристиках розчинної суміші міцність пінобетону залежить від активності розчинної суміші.

У другому експерименті моделювали умови структуроутворення пінобетону при змінних реологічних характеристиках розчинної суміші. Для цього змінювали, за рахунок витрати води, діаметр розпливу розчину за віскозиметром Суттарда. Експеримент проведено у п'яти точках: при d = 200; 240; 280; 320; 360 мм. Кількість наповнювача зафіксовано на постійному рівні - 30%.

Графічні залежності представлені на рисунках 3 і 4. показують що, максимальна активність розчинної складової спостерігається при максимальній в'язкості розчину (d = 200 мм), при цьому максимальну міцність має пінобетон, що сформувався в середовищі з мінімальною в'язкістю (d = 360 мм). Це дозволяє зробити висновок, що в умовах зміни реологічних характеристик розчинної суміші, міцність пінобетону неоднозначно залежить від її активності, що дозволяє припустити, що існує фактор або група факторів, вплив яких проявляється не в окремих елементах системи (матеріал міжпорової перегородки - кістяк матриці пінобетону), а системі в цілому.

Метою третього експерименту було встановлення впливу зниження водо цементного відношення за рахунок введення добавки суперпластифікатора С-3. Даний експеримент здійснювали в чотирьох точках при різній водопотребі суміші регульованої діаметром розпливу розчину за віскозиметром Суттарда: 320, 360, 400, 440 мм. і вмісті домішки пластифікатора С-3 у кількості 0,3 і 0,6%.

Отримані результати свідчать, що зниження водопотреби суміші при збереженні необхідної в'язкості суміші призводить до збільшення міцності пінобетону. При цьому дотримується правило водоцементного відношення, а міцність пінобетону зв'язана прямо пропорційною залежністю з активністю розчинної складової.

Для визначення впливу товщини міжпорових перетинок на міцність пінобетону був проведений експеримент, у якому товщину міжпорових перетинок регулювали за рахунок зміни крупності наповнювача. Експеримент проводили у п'яти точках з граничною крупністю зерен піску: 1,25; 0,63; 0,315; 0,14, у п'ятій точці застосовувався здрібнений кварцовий пісок з питомою поверхнею 300м2/кг. Водопотреба розчинної суміші була закріплена на постійному рівні, що забезпечує діаметр розпливу розчину по віскозіметру Суттарда 280±10 мм.

Водоцементне відношення в цьому випадку (при постійної водопотребі розчинної суміші) регулювалося за рахунок зміни крупності наповнювача. Встановлено, що з підвищенням крупності наповнювача, а, отже, зниженні водопотреби розчинної суміші, знижується водоцементне відношення та відповідно підвищується активність розчинної складової пінобетону.

В той час міцність пінобетону збільшується з підвищенням водопотреби. Цьому також сприяє збільшення дисперсності наповнювача, а відповідно й зменшення товщини міжпорових перетинок.

Узагальнюючи результати приведених експериментів, встановлено, що міцністні характеристики пінобетону (при постійному співвідношенні твердої й газової фази) у значній мірі визначаються початковими реологічними характеристиками середовища, у якому відбувається формування структури пінобетону. Це, в остаточному підсумку, відображається на характері структури затверділого пінобетону і є підтвердженням висловленої гіпотези про вплив характеру розподілів твердої складової на фізико-механічні властивості пінобетону.

У четвертому розділі на фізичних моделях матеріалів пористої і щільної структури вивчали вплив рецептурних факторів на характер розподілів твердої фази.

Процес формування структур різних матеріальних об'єктів, у т.ч. і композиційних будівельних матеріалів супроводжується об'ємними змінами, причиною яких є хімічні реакції, дегідратація, температурні і вологістні градієнти, градієнти концентрацій реагентів та ін. Все це призводить до порушення суцільності та розчленовуванню матеріалу на окремі структурні елементи. У такому вигляді об'єкт досліджень може бути представлений у вигляді системи. Подібне представлення, об'єкта у вигляді сукупності окремих елементів, дозволяє уподібнити поняття „структура” і „система” і застосувати загальносистемні закономірності для виявлення механізмів окремих процесів, які супроводжують структуроутворення композиційних будівельних матеріалів (КБМ).

В якості структурних параметрів (характеристик твердої фази) були виділені: структурні елементи й внутрішні поверхні розподілу (ВПР) між ними. У свою чергу ці параметри, характеризуються показниками, доступними експериментальному кількісному визначенню. В елементах можуть бути визначені: загальна кількість, розмір, розподіл елементів по розмірах. У внутрішніх поверхнях розподілу (зв'язку) - загальна довжина (площа, об'єм), середньоарифметична ширина.

Дослідження впливу початкових реологічних умов на зміну, перерахованих структурних характеристик твердої фази здійснювали на фізичних моделях. Для виготовлення моделей використовували водоглиняну суспензію. Водоглиняну суспензію готували при різних В/Г (0,3; 06; 0,9) якою заповнювали форми розміром 500x250x10 мм. Моделі виготовляли щільної та пористої структури. У моделях пористої структури попередньо були закладені пластмасові імітатори пор. Початкова пористість зберігалася постійною й становила 30%, тобто співвідношення пір та твердої складової 30 та 70%. Моделі піддавали сушці при температурі 20±4°С і вологості повітря 65 %. Після 60-денної витримки провели фотофіксації структур, які зображені на рисунку 8.

Після комп'ютерної обробки визначали наступні характеристики: зміну площі твердої фази (в % до загальної площі моделі), кількість структурних елементів, їхній розмір (площа), загальну довжину внутрішніх поверхонь розподілу і їх середньоарифметичну ширину. В якості метричної одиниці вимірювання була обрана комп'ютерна одиниця розмірністю в 1 піксель (найменший елемент двовимірного цифрового зображення в растровій графіці).

На рисунку 9. представлено вплив водоглиняного відношення на зміну кількості структурних елементів та загальну довжину ВПР моделей КБМ щільної та пористої структури.

Приведені результати не тільки узгоджуються з експериментальними результатами, приведеними в третьому розділі, але й дозволяють, з одного боку, підтвердити, а з іншого боку - пояснити вплив зміни структурних параметрів (при постійному співвідношенні твердой і газової фази) на зміну міцності пінобетону. Випробування матеріалу на міцність при стиску, зводиться до визначення кількості механічної енергії, витраченої на його руйнування. У пропонованій моделі КБМ, як сукупності взаємозв'язаних структурних елементів, кількість енергії на з'єднання (роз'єднання) елементів буде визначатися площею поверхонь контактів структурних елементів, а також міцністю зчеплення (поверхневою енергією) елементів між собою. Таким чином, чим більше структурних елементів, менше їхній розмір і складніше форма, тим більше необхідно буде затратити енергії на руйнування цілісності об'єкта. Як показують вищенаведені результати з збільшенням кількості рідини у моделях матеріалів КБМ щільної структури кількість елементів зменшується з збільшенням їхніх розмірів і зменшенням площі контактів, що може бути причиною зниження міцності реальних композицій з збільшенням водопотреби. У моделях матеріалів пористої структури вплив кількості води на аналогічні характеристики твердої фази має протилежний характер.

Аналіз результатів експериментів дозволяє намітити шляхи підвищення механічних властивостей композиційних будівельних матеріалів. Для підвищення механічної міцності КБМ необхідно прагнути до одержання структур з якомога більшою кількістю структурних елементів малих розмірів, з'єднаних між собою тонкими поверхнями розподілу з можливо більшою їхньою довжиною.

У роботі здійснена спроба кількісної оцінки структури пінобетону за допомогою фрактальної розмірності.

Термін «фрактали» (від латинського «фрактус» - дробовий) був введений польським математиком Бенуа Мандельбротом. Він звернув увагу на те що: навколишній світ, предмети, речі насправді мають не прямолінійні обриси. Сприйняття їх залежить від відстані, на якому перебуває об'єкт, від масштабного фактору та чутливості приладів і обладнання. Для математичного опису ступеня відхилення предметів від прямолінійності було запропоновано визначати через дробові розмірності, які отримали назву фрактальні розмірності. Особливістю фрактальних структур є принцип самоподоби.

Ніздрюватий бетон являє собою самоподібну систему, тобто систему, у якій будь-яка окремо взята частина подібна до цілого. На попередньому етапі дослідження ставилося завдання визначення «чутливості» методики оцінки фрактальної розмірності структури пінобетону. Для чого робили:

- оцінку впливу масштабного фактора;

- оцінку чутливості фрактальної розмірності при фіксованому масштабі і координатах;

- оцінку чутливості фрактальної розмірності при змінних координатах і фіксованому масштабі;

- оцінку чутливості фрактальної розмірності при змінних координатах і змінному масштабі.

На підставі отриманих результатів було встановлено, що найменший коефіцієнт варіації досягається при 8-ми кратному збільшенні та змінюваних координатах.

Оскільки фрактальна розмірність відображає ступінь заповнення площі твердою фазою, був поставлений експеримент, де змінним фактором була густина пінобетону. Для цього виготовляли зразки пінобетону густиною 400, 600 і 800 кг/м3.

Як видно, з графіка, простежується певна кореляційна залежність фрактальної розмірності від густини пінобетону, причому на характер залежності впливає масштабний фактор.

Фрактальна розмірність може бути використана для кількісної оцінки характеру структур. Удосконалювання методик визначення фрактальних розмірностей структур у результаті може бути використане для виявлення кореляційних взаємозв'язків між ними та властивостями будівельних композитів. Це, у свою чергу, може значно знизити витрати на їхні випробування і визначення фізико-механічних властивостей.

У п'ятому розділі приведені результати та аналіз двох трьохфакторних експериментів, виконаних із застосуванням методів математичного планування експериментів по трьохрівневому плану Бокса-Бенкина типу В-3. Експерименти здійснювали з метою перевірки висловлених гіпотез і підтвердження результатів, отриманих на фізичних моделях у реальному об'єкті - пінобетоні густиною 500-600 кг/м3. В обох експериментах загальним був фактор Х3 - діаметр розпливу розчину розчинної суміші. Вибір фактора ґрунтується на результатах, приведених у розділі 3.

Вибір інших факторів обумовлювався задачами, які в них вирішувалися.

У першому експерименті визначали вплив змісту наповнювача (кварцового піску із Мкр = 0,8) і добавки прискорювача твердіння (CaCl2). У другому експерименті вивчався вплив волокон органічної фібри (волокна коноплі), їхньої довжини та кількості, на властивості пінобетону.

На підставі отриманих експериментально-статистичних моделей оцінені ступені та характер впливу змінних факторів на основні властивості пінобетону, побудовані ізоповерхні властивостей і кореляційні поля.

Результати експериментів підтвердили, що міцністні показники пінобетону густиною 500-600 кг/м3 формуються на початковій стадії утворення структури пінобетону та залежать, переважно від реологічних характеристик розчинної суміші. Кореляційні поля між міцністю пінобетону та активністю розчинної складової показали, що в «пінобетоні», як системі, проявляються такі якості системи як неаддитивність (незвідність властивостей системи до суми властивостей складових її компонентів) і эмерджентність (виникнення нового).

Розроблено блок-схему та на її підставі реалізована програма розрахунку складів пінобетону, що забезпечують одержання пінобетону заданої міцності з мінімальним за вартістю, витратою складових. Отримана в результаті експериментальних досліджень інформація, а також склади пінобетонної суміші послужили основою технологічного регламенту на одержання конструктивно-теплоізоляційного пінобетону неавтоклавного твердіння. Результати роботи впроваджені на ТОВ ”XXI вік“ (м. Одеса).

ЗАГАЛЬНІ ВИСНОВКИ

1. Експериментально підтверджено, що за рахунок зміни характеру розподілів твердої складової (структури), можливе управління та зміна механічних властивостей пінобетону (від 2 до 5 разів).

2. Експериментально підтверджено, що при сталому співвідношенні твердої й газової фаз у пінобетоні, його міцність визначається характером розподілів твердої складової. Зокрема показано, що міцність пінобетону не залежить від міцності розчинної складової, а визначається, в основному, реологічними характеристиками розчинної суміші та товщиною міжпорових перетинок.

3. Запропоновано модель будівельних композиційних матеріалів макропористої структури, у вигляді об'єкту, який складається з взаємозв'язаних елементів, які появляються в результаті об'ємних змін у процесі їхнього структуроутворення. Виділено параметри структури: кількість і розмір структурних блоків, загальна довжина та середньоарифметична ширина границь розподілу.

4. На фізичних моделях встановлено, що збільшення водопотреби у матеріалах щільної структури призводить до зменшення кількості структурних елементів, збільшення їхніх розмірів, зменшення довжини границь росподілу. У матеріалах макропористої структури при сталій пористості спостерігаються протилежна залежність.

5. Розроблений і реалізований спосіб кількісної оцінки характеру структури пінобетону через фрактальну розмірність.

6. За результатами експериментальних досліджень розроблено технологічний регламент на виробництво пінобетону неавтоклавного твердіння, відповідно до якого здійснюється виробництво пінобетону на ЗАТ «XXI вік». Випуск пінобетону у 2007 році склав 2 тис. м3.

ОСНОВНІ ПОЛОЖЕННЯ ДИСЕРТАЦІЇ ОПУБЛІКОВАНІ В РОБОТАХ

1. Мартынов В.И. Экспериментальное подтверждение явлений самоорганизации в затвердевшей пенобетонной смеси. / В.И. Мартынов, Д.А. Орлов, А.М. Ветох, Т.В. Бойко // Вісник одеської державної академії будівництва та архітектури. - Одеса: Місто Майстрів. - 2006. - №23. - с.189-195.

Внесок здобувача: участь у постановці завдань і розробка програми досліджень.

2. Мартынов В.И. Структурообразование и свойства ячеистых бетонов. / В.И. Мартынов, В.Н. Выровой, Д.А. Орлов, А.М. Ветох // Ресурсоекономні матеріали, конструкції, будівлі та споруди. Збірник наукових праць. - Рівне: НУВГП. - 2006. - №14. - с.90-96.

Внесок здобувача: аналіз механізму структуроутворення, математична обробка результатів, формування висновків.

3. Мартынов В.И. Фрактальность, структура и свойства пенобетона / В.И. Мартынов, Е.В. Мартынов, Д.А. Орлов // Информационные системы и технологии. Сборник научных трудов. - Одесса: Ризограф. - 2006. - 4-й семинар. - с.199-202.

Внесок здобувача: здійснення експериментальних робіт, аналіз і обробка результатів.

4. Мартынов В.И. Исследование характеристик пенообразователя с целью применения его в технологии пенобетона. / В.И. Мартынов, Д.А. Орлов, Д.А. Владимиров (ООО «ЮГАН»), Н.А. Дубовик (ООО «Роскосметика»). // Вісник одеської державної академії будівництва та архітектури. - Одеса: Місто Майстрів. - 2004. - №15. - с.202-210.

Внесок здобувача: здійснення експериментів по підбору добавок стабілізаторів піни, обробка результатів і формування висновків.

5. Мартынов В.И. Изучение характера распределения твердой фазы в процессе дегидратации на физических моделях материалов макропористой структуры. / В.И. Мартынов, Д.А. Орлов , Е.В. Мартынов, Т.В. Бойко // Вісник одеської державної академії будівництва та архітектури. - Одеса: Місто Майстрів. - 2005. - №20. - с.243-249.

Внесок здобувача: здійснення експериментальних робіт, обробка й аналіз отриманих результатів.

6. Мартынов В.И. Исследование структуры и свойств пенобетона. / В.И. Мартынов, Д.А. Орлов, Е.В. Мартынов // Вісник одеської державної академії будівництва та архітектури. - Одеса: Місто Майстрів. - 2006, -№23. - с.195-202

Внесок здобувача: розробка програми та виконання експерименту, математична обробка отриманих результатів

7. Мартынов В.И. Теоретические предпосылки управления свойствами ячеистого бетона и их экспериментальное подтверждение. / В.И. Мартынов, В.Н. Выровой, Е.Б. Мартынова, Д.А. Орлов, А.М. Ветох // Вісник одеської державної академії будівництва та архітектури. - Одеса: Зовнішрекламсервіс. - 2007. - №25. - с.205-211

Внесок здобувача: здійснення експериментальних робіт, обробка та аналіз отриманих результатів.

8. Мартынов В.И. Особенности структурообразования и пути улучшения свойств неавтоклавного пенобетона / В.И. Мартынов, В.Н. Выровой, Д.А. Орлов // Строительные материалы и изделия. - К: Аспект Поліграф. - 2005. -№2. - с. 17-21.

Внесок здобувача: обґрунтування цілей і завдань досліджень, здійснення експериментальних робіт, обробка отриманих результатів.

9. Мартынов В.И. Анализ структурообразования и свойств неавтоклавного пенобетона. / В.И. Мартынов, Д.А. Орлов, В.Н. Выровой // Строительные материалы. - М.: Стройматериалы. - 2005. - №1. - с.48-49.

Внесок здобувача: здійснення експериментальних робіт, обробка результатів.

АНОТАЦІЯ

Орлов Денис Анатолійович. Особливості структуроутворення і властивості пінобетону неавтоклавного твердіння. Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за фахом 05.23.05 - Будівельні матеріали й вироби. - Одеська державна академія будівництва та архітектури, Одеса 2009 р.

Дисертація присвячена питанням регулювання фізико-механічних властивостей пінобетону за рахунок зміни характеру розподілів твердої складової.

На підставі аналізу структуроутворення пінобетону й формування системи «пінобетон» висунута гіпотеза про те, що при постійному співвідношенні твердої й газової фаз властивості пінобетону визначаються характером розподілів твердої складової.

У результаті реалізації серії експериментів були зроблені висновки про те, що міцністні характеристики пінобетону (при постійному співвідношенні твердої й газової фази) у значній мірі визначаються початковими реологічними характеристиками середовища, у якому відбувається формування структури пінобетону. Це відображається на характері структури затверділого пінобетону і є підтвердженням висловленої гіпотези про вплив характеру розподілів твердої складової на фізико-механічні властивості пінобетону.

Розроблено пропозиції, технологічний регламент і намічені шляхи управління структурою й властивостями пінобетону неавтоклавного твердіння.

Ключові слова: неавтоклавний пінобетон, системний підхід, фізичні моделі, фрактальна розмірність.

Орлов Денис Анатольевич. Особенности структурообразования и свойства пенобетона неавтоклавного твердения. 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 2008 г.

Диссертация посвящена вопросам регулирования физико-механических свойств пенобетона за счет изменения характера распределений твердой составляющей.

На основании анализа структурообразования пенобетона и формирования системы «пенобетон» выдвинута гипотеза о том, что при постоянном соотношении твердой и газовой фаз, свойства пенобетона определяются преимущественно за счет изменения характера распределений твердой составляющей.

С целью изучения механизма формирования структуры пенобетона, была проведена серия экспериментов. В экспериментах моделировались различные условия формирования первичной структуры пенобетона средней плотностью в сухом состоянии 600 кг/м3. Особенность экспериментов заключалась в том, что одновременно определялись прочность материала, из которого формируются межпоровые перегородки (активность растворной смеси) и прочность пенобетона. Их регулировали за счет изменения водоцементного отношения различными способами и толщины межпоровых перегородок, за счет изменения крупности зерен наполнителя.

Установлено что прочность пенобетона не столько зависит от активности растворной смеси, сколько от характера распределений твердой фазы, а именно геометрических параметров - толщины, конфигурации и протяженности межпоровых перегородок.

Количественная оценка этих параметров исследовалась на моделях материалов плотной и пористой структуры. В качестве модельного материала использовали водоглиняную суспензию. Изучалось влияние водоглиняного отношения на количество внутренних поверхностей раздела, количество структурных элементов, общую протяженность границ раздела и их среднеарифметическую ширину. Результаты позволили наметить пути регулирования физико-механических свойств пенобетона за счет управления структурой или изменением характера распределений твердой составляющей.

Так же в работе впервые предпринята попытка количественной оценки структуры пенобетона неавтоклавного твердения при помощи фрактальной размерности.

Обобщенные результаты приведенных экспериментов констатируют, что прочностные характеристики пенобетона (при постоянном соотношении твердой и газовой фазы) в значительной степени определяются начальными реологическими характеристиками среды, в которой происходит формирование структуры пенобетона. Что, в конечном итоге, отражается на характере структуры затвердевшего пенобетона и является подтверждением высказанной гипотезы о влиянии характера распределений твердой составляющей на физико-механические свойства пенобетона.

Разработаны предложения и намечены пути управления структурой и свойствами ячеистых бетонов, а также технологический регламент на производство пенобетона неавтоклавного твердения.

Ключевые слова: неавтоклавный пенобетон, системный подход, физические модели, фрактальная размерность.

Orlov Denis Anatolievich. Features of structurization and property of foam concrete unautoclave hardening. Manuscript.

The dissertation on competition of a scientific degree of Cand.Tech.Sci. on a speciality 05.23.05 - Building materials and products. - Odessa state academy of building and architecture, Odessa, 2009.

The dissertation is devoted questions regulation of physicomechanical properties of foam concrete at the expense of change character distributions of a firm component.

On the basis of the analysis of structurization of foam concrete and formation of system "foam concrete" the hypothesis that at a constant parity of firm and gas phases, properties of foam concrete are defined by character of distributions of a firm component is put forward.

Durability foam concrete characteristics (at a constant parity of a firm and gas phase) are substantially defined initial reological by characteristics of environment in which there is a formation of structure of foam concrete have been drawn as a result of realisation of a series of experiments conclusions. It is reflected in character of structure of the hardened foam concrete and is acknowledgement of the stated hypothesis on influence of character distributions of a firm component on physicomechanical properties of foam concrete

Production schedules, offers and ways of management by structure are developed and properties of foam concrete unautoclave hardening are planned.

Key words: unautoclave concrete, system approach, physical models, fractal dimension.

Размещено на Allbest.ru

...