Розвиток наукових основ отримання вапняно-кремнеземистих будівельних композитів неавтоклавного твердіння

Результати фізико-хімічних досліджень показали наявність у структурі гідросилікатів кальцію різних видів, морфології і у різних співвідношеннях залежно від питомої поверхні трепелу, вмісту добавки гіпсу і умов твердіння. За результатами електронної мікроскопії, ДТА і РФА ідентифіковані тоберморитоподібні ГСК виду: гіллебрандит В, його різновид гіллебрандит С, фошагіт і частково закристалізований CSHn. Морозостійкість мономінеральних зразків гіллебрандиту (F100) на порядок вище, ніж морозостійкість СSH(В) (F10) і тобермориту (F15), які утворять переважно тверду фазу автоклавних матеріалів (В.І.Бабушкін, Ю.М.Бутт, О.П.Мчедлов-Петросян).

По ЕС закономірностях встановлено, що з урахуванням спільного впливу питомої поверхні добавки трепелу і добавки гіпсу, час початку і кінця тужавлення може змінюватися більше, ніж в 6 разів. Побудовано закономірності зміни пористості загальної, відкритої і закритої, а також кількісного вмісту новоутворень під впливом 6-ти факторів. Так, при зміні загальної пористості (Р) на 10% співвідношення відкритої до закритої (Р_в/Р_з) збільшилося в три рази. Характер капілярної пористості оцінювався відносним середнім розміром капілярів (d_k), що змінюється в 4.4 рази та коефіцієнтом однорідності розподілу їх по розмірах (б_k), що змінюється в 2.5 рази. Збільшення кількісного змісту гіллебрандиту В від 4 до 51% відбувається при зниженні вмісту гіллебрандиту С від 33 до 7% або змінюється за рахунок появи фошагіту з підвищенням вмісту добавки гіпсу.

У п'ятому розділі проведений аналіз шестифакторних ЕС моделей, які описують зміну властивостей під впливом перерахованих сумішевих і РТ факторів. Значення РТ факторів, що забезпечують максимум міцності не збігаються зі значеннями цих же факторів, що забезпечують мінімум теплопровідності або максимум морозостійкості. Так, під впливом всіх шести факторів збільшення міцності, розраховане по повній моделі, становить 6.4 рази. При цьому спільний вплив на міцність трьох груп факторів: зернового складу (S_тр1, S_тр2, S_тр3,), режимів твердіння (ф_тво й ф_{п. в.}) і добавки гіпсу (С_г) у кількісному вираженні рівнозначно. Кожна група факторів здатна забезпечити приріст міцності більш ніж у два рази.

Ріст міцності супроводжується збільшенням вмісту у твердій фазі мінералу фошагіту і оптимальним співвідношенням гіллебрандиту В і С. Саме оптимальне співвідношення між кристалічними і частково закристалізованими компонентами твердої фази забезпечує необхідні показники міцності матеріалу, тому що цим забезпечується висока об'ємна концентрація поверхневих зв'язків.

Коефіцієнт теплопровідності л може змінюватися в три рази залежно від питомої поверхні трепелу й умов твердіння: від 0.43 до 1.3 Вт/м·К (рис. 6а). Так, під впливом величини питомої поверхні добавки трепелу відносна зміна коефіцієнта теплопровідності становить 1.6, під впливом режимів твердіння - 2.0, що пов'язано зі зміною відносного середнього розміру капілярних пор d_k в 6 разів (коефіцієнт кореляції r{л;d_k}= 0.68ч0.89) і коефіцієнта однорідності розподілу їх по розмірах б_k - в 2 рази (коефіцієнт кореляції r{л;б_k}= - 0.75ч - 0.91).

Велике значення для коефіцієнта теплопровідності і міцності при стиску має також співвідношення між аморфною та кристалічною фазами в цементуючій речовині, що змінюється більш ніж на порядок. Коефіцієнт теплопровідності аморфного кремнезему більш ніж у два рази нижче коефіцієнта теплопровідності кристалічного кварцу. Зниження щільності на 20-25% у результаті збільшення частки закритої пористості трепелу також спричиняє зниження коефіцієнта теплопровідності. При незмінній величині коефіцієнта теплопровідності за рахунок добавки гіпсу міцність при стиску збільшується більш ніж у два рази. Це дає можливість одержання широкої гами композитів з комплексом властивостей, що відрізняються.

На морозостійкість мають в 2.5 рази менший вплив режими твердіння, чим зміна величини питомої поверхні трепелу. Підвищенню морозостійкості сприяє використання трепелу з різною питомою поверхнею S_тр1 і S_тр3 зі співвідношенням по масі 1:3. Характер пористості для максимуму морозостійкості і мінімуму коефіцієнта теплопровідності різний: відносний середній розмір капілярів d_k(F)=0.95 >d_k(л)=0.85, а коефіцієнт однорідності розподілу їх по розмірах б_k(F)=0.2 <б_k(л)=0.38. При цьому в області максимальної морозостійкості вміст закритих капілярних пор при високій їхній неоднорідності по розмірах в 1.5 рази менше для максимуму морозостійкість, чим для області мінімальної теплопровідності P_з(F)?1.5P_з(л).

Зміна характеру пористості пов'язана з різними режимами твердіння і складами, які забезпечують оптимальні значення F і л. Підвищенню морозостійкості сприяє утворення в структурі додаткових контактів із часток кварцу, які забезпечують перехід від безперервності капілярів до їхньої переривчастості, блокуючи капіляри по довжині і вміст у суміші добавки гіпсу в оптимальній кількості (3%). Добавка гіпсу збільшує коефіцієнт однорідності розподілу капілярних пор по розмірах б_k з 0.6 до 0.85.

Оцінка ефектів взаємодій між параметрами структури та властивостями за блоками дозволяє виділити найбільш чутливі до регулювання характеристики структури для отримання матеріалів з необхідними рівнями властивостей.

Приріст міцності через 1 і 3 роки склав 68 і 85% на S_тр1=350, 89 і 110% на S_тр2=425, 180 і 210% на S_тр3=500м²/кг відповідно. Ступінь кореляції між характеристиками структури і властивостями залежить від всіх досліджуваних факторів і взаємовпливу між ними. Величина зв'язку між характеристиками структури і властивостями трансформується в часі в результаті просторових змін параметрів структури. Зміна цих зв'язків служить проявом змінюваного в часі внеску, різних характеристик структури і їхніх взаємовпливів у формуванні властивостей, зокрема міцності, на різних стадіях структуроутворення. Це проявляється у хвилеподібному характері набору міцності (В.І.Бабушкін, В.А.Кінд, П.Лонге, Г.Н.Пшеничний) і погодиться із сучасними поглядами на формування міцності під впливом безлічі параметрів структури.

Створюючи цілеспрямовано в дисперсній системі потенційні запаси інгредієнтів для реакцій гідратації вапняно-кремнеземистої в'яжучої речовини, реалізована можливість регулювати кінетику реакцій гідратації й структуроутворення для отримання виробів з необхідними рівнями властивостей.

У шостому розділі на основі аналізу двох кінетичних і ЕС моделей розроблені оптимальні склади і режими твердіння, які забезпечують отримання стінових вапняно-кремнеземистих композитів різного призначення. Рекомендовані склади і режими для кожного виду виробів забезпечують індивідуальні параметри процесів гідратації і структуроутворення з метою отримання матеріалів з необхідними властивостями: з максимальною міцністю або мінімальним коефіцієнтом теплопровідності або з максимальною морозостійкістю.

У ході обчислювальних експериментів за блоками ЕС моделі коефіцієнта теплопровідності л оцінено відносний розмір області факторного простору Щ, що забезпечує отримання умовно-ефективних стінових виробів. В області Щ виконуються нормативні вимоги до рівня коефіцієнта теплопровідності (л<0.58 Вт/м·К) і густини (с<1550 кг/м³).

Вторинні моделі Щ_б і Щ_д описують область припустимих рішень і розраховані за умовою мінімізації коефіцієнта теплопровідності при оптимальних величинах питомої поверхні добавки трепелу {S_тр1;S_тр2;S_тр3} з урахуванням взаємовпливу режимів твердіння і вмісту добавки гіпсу {ф_{п. в.};ф_ТВО;с_г} відповідно.

Співвідношення між можливими швидкостями фізико-хімічних взаємодій на стадіях попереднього витримування і ТВО може мінятися в процесі гідратації. У зв'язку із цим можливо зміну кінетики реакції в часі і опис "змішаної кінетики реакцій" (М.М.Сичьов).

Стенові рядові умовно-ефективні вироби класів ВЗ10 (л=0.43ч0.45 Вт/м·К, с=1451ч1550 кг/м³ по ДСТУ). при нормованій міцності. Для того, щоб забезпечити необхідні (мінімальні в області експериментальних даних) значення коефіцієнта теплопровідності, необхідно максимально зберегти у твердій фазі аморфну складову та створити умови для формування дрібних замкнутих пор, які затрудняють теплопередачу конвекцією (О.В.Ликов).

Склади і режими твердіння (ф_п.в.=3год; ф_ТВО=12год при Т=85°С) забезпечують максимальне розчинення і зв'язування гідроксиду кальцію (?С₁/?ф>max). Збільшення тривалості попереднього витримування в нормальних умовах до ф_п.в.>max=3години необхідно для того, щоб забезпечити гранично повне розчинення (1.18 г/л при Т=20°С и 0.62 г/л при Т=85°С) і зв'язування вапна в ГСК.

Підвищений зміст негідратованого трепелу, як аморфного компоненту, забезпечено незавершеністю процесу його розчинення. Трепел представлений частками з різною величиною питомої поверхні S_тр1=350 м²/кг і S_тр3=500 м²/кг у співвідношенні по масі 1:1, забезпечуючи умови, коли дрібні частки трепелу повністю зв'язані в ГСК, а великі - є присутнім у суміші у вигляді реліктів аморфної фази.

Наявність аморфної фази в умовах експлуатації забезпечено незавершеністю реакції розчинення аморфного кремнезему на стадії попереднього витримування і ТВО за рахунок вмісту частини трепелу з величиною питомої поверхні S_тр1 і повного зв'язування гідроксиду кальцію.

Стінові лицьові й лицювальні вироби відрізняються необхідною (підвищеною в порівнянні з рядовими) морозостійкістю F?35, міцністю (В15 і більше та водостійкістю k_p>0.90 (л=0.58ч0.76 Вт/м·К). Наявність у структурі дрібних замкнутих пор сприяє досягненню максимальної морозостійкості (Г.І.Горчаков, Б.Г.Скрамтаєв), однак характер пористості повинен відрізнятися від пористості, що забезпечує максимум водостійкості і мінімум теплопровідності. У цьому випадку необхідний резерв аморфного кремнезему і його розчинення з наступною кристалізацією в процесі ТВО. Тому тривалість ТВО (ф_ТВО=15 год) збільшена, тривалість попереднього витримування (ф_п.в. >0 год) - зменшена, у порівнянні з оптимальними режимами для мінімізації коефіцієнта теплопровідності з урахуванням часу повного розчинення і перекристалізації аморфного кремнезему.

При таких режимах твердіння трепел з оптимальною величиною питомої поверхні у вигляді суміші S_тр1=350 м²/кг і S_тр3=500 м²/кг у співвідношенні по масі 1:3 поступово розчиняється і кристалізується. Наявність в складу трепелу з S_тр1 і S_тр3 знижує втрату маси при заморожуванні і відтаванні з 10 відсотків до 2 і 3% у порівнянні з S_тр1 або S_тр3 відповідно без їхнього змішування.

Підвищенню морозостійкості сприяє те, що склад ГСК представлений в основному гіллебрандитом. Цей гідросилікат відрізняється стабільністю в середовищі з підвищеним значенням рН=11.35, що забезпечено оптимальними значеннями величин питомої поверхні, їхнім співвідношенням і режимами твердіння. У лужному середовищі одним з факторів зміцнення структури є карбонізаційні процеси на стадії експлуатації, пов'язані з наявністю кристалічного гідроксиду кальцію. Гіллебрандит відрізняється високою карбонізаційною стійкістю, у процесі карбонізації його міцність і морозостійкість, у відмінності від тобермориту, значно зростають (Ю.М.Бутт, В.В.Тимашев, С.Д.Окороков).

Стінові рядові умовно-ефективні вироби класів В12.5 В17.5, (л=0.46ч0.56 Вт/м·К, с=1550ч1600 кг/м³). Необхідні значення міцності забезпечені такими режимами твердіння (ф_п.в.=1.5 год; ф_ТВО=10 год при Т=85°С), складом добавки гіпсу (с_г=4%) і питомою поверхнею трепелу, при яких утворюється оптимальне співвідношення ГСК: частково закристалізованого CSH(II) ? 30%, співвідношення 1:1 кристалічного B і частково закристалізованого C гіллебрандиту, наявність і максимальний вміст (10%) фошагіту. Наявність гідросилікатної гелевої складової сприяє зниженню повзучості (А.А.Плугін).

Оптимізація складів і режимів твердіння з урахуванням адаптаційних процесів на стадії експлуатації забезпечує подальший ріст кристалів в гелевій складовій, що супроводжується ростом міцності. З цією метою створені такі умови гідратації та структуроутворення, коли в готовому матеріалі присутній резерв гідроксиду кальцію, а надходження активних іонів SiО₂⁴⁺ забезпечується послідовним і довготривалим розчиненням аморфних, хімічно активних в нормальних умовах, форм кремнезему (трепелу). Реалізація цієї умови виконана за рахунок використання активного кремнезему з низькою питомою поверхнею (S_тр1=350м²/кг). Лімітуватися процес гідратації буде повним часом перекристалізації зерен трепелу t_кр, який є пропорційним квадрату його радіуса (10).

У результаті оптимізації отримано різні оптимальні склади і режими виготовлення силікатних матеріалів, які забезпечують отримання: ефективних стінових блоків густиною с=1200-1400кг/м³ і коефіцієнтом теплопровідності л<0.40 Вт/м·К; умовно-ефективних стінових рядових блоків класів В5-В10 з морозостійкістю F15 і F25, коефіцієнтом теплопровідності л=0.43-0.45 Вт/м·К і густиною с=1450-1500кг/м³; стінових лицьових блоків класів В15 і В17.5 з морозостійкістю F35, коефіцієнтом теплопровідності л=0.56-0.78 Вт/м·К, густиною с=1550-1600 кг/м³ і коефіцієнтом водостійкості k_p>0.9; стінових рядових умовно-ефективних блоків класів В12.5-В17.5 з морозостійкістю F15 і F25, коефіцієнтом теплопровідності л=0.46-0.56 Вт/м·К, густиною с=1500-1660 кг/м³ і коефіцієнтом водостійкості k_p>0.9.

Результати оптимізації складів і режимів твердіння впроваджені в навчальному процесі, на ВАТ "Силікат" і на підприємстві "Профбудкомплект" при випуску дослідно-промислових партій стінових вапняно-кремнеземистих композитів обсягом 170 і 300 м³ відповідно. Техніко-економічний розрахунок показав, що перехід від автоклавної обробки виробів, отриманих методом пресування до тепловологісної обробки виробів, отриманих по литтєвій технології, скорочує витрати на виробництво більше чим на 25%, впровадження цих виробів дозволяє скоротити витрата тепла через огороджувальні конструкції на 30% або знизити витрати на будівництво будинків більш ніж на 20% при необхідному термічному опорі огороджувальних конструкцій.

ЗАГАЛЬНІ ВИСНОВКИ

1. Розроблено наукові основи виробництва вапняно-кремнеземистих композитів неавтоклавного твердіння, теоретично обґрунтована й експериментально підтверджена можливість отримання умовно-ефективних виробів різних видів по ресурсо- і енергозберігаючій технології.

2. Експериментально-теоретичні дослідження показали, що об'єднання наступних способів активації високорухомої силікатобетонної суміші, включаючи дрібнозернистий заповнювач: механохімічної - у водному середовищі змішувача-активатора, хімічної - за рахунок введення мінеральної добавки, що містить аморфний кремнезем, хемоактивації за рахунок підвищених значень рН середовища і термоактивації - за рахунок застосування негашеного меленого вапна, забезпечує перехід від автоклавної обробки до тепловологісної при Т=85°С і отримання вапняно-кремнеземистих композитів, які відрізняються наявністю активних реліктів в'яжучої речовини, здатних гідратуватися тривалий час на стадії експлуатації.

3. Розроблено модель кінетики процесів гідратації вапняно-кремнеземистої в'яжучої речовини, активованого разом із дрібнозернистим заповнювачем. Модель всебічно описує процес гідратації, що представлений послідовним переходом елементарних процесів, описаних із застосуванням фундаментальних законів. Описано зміну водовмісту суміші внаслідок адсорбції вологи, змочування поверхні часток і зв'язування її в результаті хімічних реакцій. Диференціальні рівняння другого порядку, що входять у модель, описують швидкість зміни концентрації гідроксиду кальцію, кремнієвої кислоти і утворення гідросилікатів кальцію з урахуванням елементарних стадій: розчинення, кристалізації, адсорбції і кінетики хімічних реакцій. Вибрані і обґрунтовані основні параметри процесів гідратації, які визначають перехід від однієї стадії до іншої. У модель також входять рівняння зміни питомої поверхні кожного з компонентів в'яжучої речовини в процесі гідратації.

4. На підставі двох додаткових моделей механізму кристалізації ГСК у зерні трепелу й на активованій поверхні зерна кварцу показано, що утворення гідросилікатів кальцію може проходити по скрізь розчинному та топохімічному механізму. Ріст кристалів гідросилікатів кальцію відбувається по активній поверхні зерен трепелу усередину зерна в процесі гетерогенної реакції. У випадку гомогенної реакції центрами кристалізації є кристали гідроксиду кальцію, які утворюють епітаксіальний шар на активованій поверхні зерен кварцу. Ці моделі також дозволяють розрахувати час повної кристалізації гідросилікатів кальцію на аморфізованій у процесі активації поверхні кварцу і час повної кристалізації зерна трепелу, що пропорційно квадрату його радіуса та скорочується з підвищенням концентрації розчину гідроксиду кальцію і температури.

5. Розроблено кінетичну модель процесів гідратації в часі, яка дозволяє аналізувати зміну вмісту кристалічної фази в тривалі періоди часу. Для сформованої капілярно-пористої структури композиту підтверджено положення про те, що швидкість збільшення об'єму кристалічної фази пропорційна логарифму часу. Ця залежність є теоретичним підтвердженням логарифмічного росту міцності. Приріст міцності через 1 і 3 роки склав 68 і 85% на S_тр1=350, 89 і 110% на S_тр2=425, 180 і 210% на S_тр3=500м²/кг відповідно. Регулюючи кінетику процесів гідратації і структуроутворення, у структурі композитів створюється резерв інгредієнтів вапняно-кремнеземистої в'яжучої речовини для участі в реакціях гідратації в часі.

6. На основі аналізу впливу складів і режимів твердіння на модифікацію структури і властивості встановлено, що зміна міцності рівною мірою залежить від трьох груп факторів (режимів твердіння, різної питомої поверхні трепелу і вмісту добавки гіпсу), змінюючись під впливом кожної групи факторів більш ніж в 2 рази. На морозостійкість зміна величини питомої поверхні робить в 2.5 рази більший вплив ніж режими твердіння при оптимальному вмісті гіпсу, на теплопровідність в - в 1.6 рази більше впливає зміна величини питомої поверхні і в 2 рази більше режими твердіння, чим вміст добавки гіпсу Вплив складу, зокрема питомої поверхні мінеральної добавки, і режимів твердіння на різні властивості в кількісному вираженні неоднозначно. Оптимальні значення рівнів різних властивостей досягнуті за рахунок розходжень у складах, питомій поверхні та режимах твердіння і визначаються модифікацією структури.

7. Аналіз зміни зв'язків між характеристиками структури і властивостями в процесі структуроутворення з використанням методів комп'ютерного матеріалознавства дозволив описати ряд явищ, пов'язаних з модифікацією структури: внесок різних характеристик структури в процес формування властивостей змінюється в часі, спричиняючи зміну величини зв'язків між характеристиками структури і властивостями і просторово-часовий характер структуроутворення; кінетика процесів гідратації і структуроутворення може регулюватися питомою поверхнею мінеральної добавки, визначаючи індивідуальні рівні властивостей. Так, максимальні значення міцності при стиску забезпечуються оптимальним співвідношенням ГСК до кристалічної і частково закристалізованої форми. Мінімум теплопровідності забезпечений збереженням у твердій фазі аморфного кремнезему за рахунок незавершеності процесу гідратації. Максимальні значення по морозостійкості отримані в умовах повного розчинення аморфного кремнезему з наступною його кристалізацією.

8. Багатокритеріальна оптимізація за комплексами різних показників якості забезпечила отримання стінових виробів різного призначення. В результаті оптимізації розроблені склади і режими твердіння для одержання наступних видів стінових виробів: ефективних стінових блоків густиною с=1200-1400кг/м³ і коефіцієнтом теплопровідності л<0.40 Вт/м·К; умовно-ефективних стінових рядових блоків класів В5-В10 з морозостійкістю F15 і F25, коефіцієнтом теплопровідності л=0.43-0.45 Вт/м·К і густиною с=1450-1500 кг/м³; стінових лицьових блоків класів В15 и В17.5 з морозостійкістю F35, коефіцієнтом теплопровідності л=0.56-0.78 Вт/м·К, густиною с=1550-1600 кг/м³ і коефіцієнтом водостійкості k_p>0.9; стінових рядових умовно-ефективних блоків класів В12.5-В17.5 з морозостійкістю F15 і F25, коефіцієнтом теплопровідності л=0.46-0.56 Вт/м·К, густиною с=1500-1660 кг/м³ і коефіцієнтом водостійкості k_p>0.9.

Результати оптимізації складів і режимів твердіння впроваджені на ВАТ "Силікат" і на підприємстві "Профбудкомплект" при випуску дослідно-промислових партій стінових блоків на основі вапняно-кремнеземистих композитів обсягом 170 і 300 м³ відповідно. Техніко-економічний розрахунок показав, що перехід від автоклавної обробки виробів, отриманих методом пресування до тепловологісної обробки виробів, отриманих по литтєвій технології, скорочує витрати на виробництво більш ніж на 25%, а впровадження цих виробів дозволяє скоротити витрата тепла через огороджувальні конструкції на 30% або знизити витрати на будівництво будинків більш ніж на 20% при необхідному термічному опорі огороджувальних конструкцій. Результати впроваджені в навчальному процесі на кафедрі будівельних матеріалів ОДАБА.

ОСНОВНІ ПОЛОЖЕННЯ ДИСЕРТАЦІЇ ВИКЛАДЕНІ В РОБОТАХ

Шинкевич Е.С. Моделирование и оптимизация модифицированных силикатных композитов//Моделирование и оптимизация в материаловедении: доклад к 42 межд. сем. - Одесса: 2003. - 24с.

Шинкевич Е.С. Прогнозирование свойств силикатных композитов на основе анализа процесса структурообразования с применением методов компьютерного материаловедения//Вісник ОДАБА. - Одеса, 2003. - Вип. №12. - С. 279-285.

Шинкевич Е.С. Связь прочностных показателей со структурой в модифицированных силикатных материалах неавтоклавного твердения//Вісник ОДАБА. - Одеса, 2004. - Вип. №15. - С. 238-252.

Шинкевич Е.С. Анализ связи прочности с характеристиками структуры в процессе структурообразования с использованием экспериментально-статистического моделирования//Совершенствование качества строительных материалов и конструкций (модели, составы, свойства, эксплуатационная стойкость): Межд. сб. науч. трудов. - Новосибирск, 2005. - С. 118-122.

Шинкевич Е.С. Анализ влияния технологических факторов на свойства силикатных материалов неавтоклавного твердения//Строительные материалы.-2006.-№3.-С. 16-18.

Шинкевич Е.С. Особенности процессов гидратации известково-кремнеземистых систем// Вісник ОДАБА. - Одеса, 2007. - Вип. №27. - С. 353-370.

Шинкевич Е.С. Кинетико-математическая модель процессов гидратации известково-кремнеземистого вяжущего // Зб. наук. пр. ЛНАУ. Серія: Технічні науки. - Луганск, 2007. - №41(53). - С. 234-255.

Роль наполнителей в формировании структуры и свойств грубодисперсных известесодержащих суспензий / Е.С.Шинкевич, В.И.Соломатов, И.В.Барабаш, В.Н.Выровой // Ресурсосберегающие решения в технологии строительных материалов и конструкций: Сб. научн. тр. - Одесса, 1992. - С. 30-41.

Шинкевич Е.С., Сидорова Н.В. Структурообразование, прочность и трещиностойкость известесодержащих композиций // Ресурсоекономні матеріали, конструкції, будівлі та споруди: Зб. наук. праць. - Рівне, 2000. - Вип.4. - С.72-75.

Шинкевич Е.С., Гнып О.П., Сидорова Н.В. Моделирование и оптимизация кинетических процессов структурообразования в силикатных композиционных материалах // Вісник ОДАБА. - Одеса, 2000. - Вип.1. - С.104-108.

Шинкевич Е.С., Сидорова Н.В. Влияние минеральных добавок на свойства силикатных композиций, подвергнутых гидродинамическим воздействиям // Ресурсоекономні матеріали, конструкції, будівлі та споруди: зб. наук. праць. -Рівне, 2000. - Вип.5 - С.109-116.

Эффективные механоактивированные силикатные стеновые материалы / Е.С.Шинкевич, В.Я.Керш, Н.В.Сидорова, Е.С.Луцкин // Строительство и техногенная безопасность: Сб. науч. тр. - Симферополь, 2002. - Вип.6. - С.235-237.

Корреляционный анализ и оптимизация структуры в исследованиях с использованием экспериментально-статистического моделирования / Е.С.Шинкевич, И.В.Шкрабик, Н.В.Сидорова, Е.С.Луцкин // Ресурсоекономні матеріали, конструкції, будівлі та споруди: Зб. наук. праць. - Рівне, 2002. - Вип. 8. - С.31-36.

Особенности оптимизации составов силикатных композиций с минеральными добавками / Е.С.Шинкевич, Н.В.Сидорова, Е.С.Луцкин, О.П.Гнып // Вісник ОДАБА. - Одеса, 2002. - Вип. 6 - С.216-221.

Анализ и оптимизация структуры и свойств активированных силикатных материалов безавтоклавного твердения / Е.С.Шинкевич, Н.В.Сидорова, Е.С.Луцкин, О.П.Гнып // Вісник ДонДАБА. Композиційні матеріали для будівництва: Зб. наук. пр. - Макіївка, 2003. - Вип. 2003-1(38). - С.172-178.

Шинкевич Е.С., Сидорова Н.В., Луцкин Е.С. Анализ корреляционной связи между структурными характеристиками и свойствами модифицированных силикатных композитов // Вісник ОДАБА. - Одеса, 2003. - Вип. №9. - С.194-198.

Шинкевич Е.С., Керш В.Я., Хлыцов Н.В. Анализ структурообразования газосиликатных композитов с применением экспериментально-статистических моделей // Вісник академії: Зб. наук. праць. - Дніпропетровськ, 2003. - Вип.3-5. - С.155-161.

Моделирование результатов физико-химических исследований при анализе связи состава, структуры и свойств / Е.С.Шинкевич, Н.В.Сидорова, А.В.Манжос, Е.С.Луцкин, С.И.Политкин // Вісник ОДАБА. - Одеса, 2003. - Вип. №12. - С.286-293.

Влияние минеральной добавки на структуру и свойства силикатных материалов безавтоклавного твердения / Е.С.Шинкевич, А.В.Манжос, Н.В.Сидорова, Е.С.Луцкин, С.И.Политкин // Коммунальное хозяйство городов. Технические науки и архитектура: Науч.-техн. сб. - Харьков, 2003. - Вып. 53. - С.338-345.

Модифицированные силикатные композиционные материалы безавтоклавного твердения / Е.С.Шинкевич, Н.В.Сидорова, Е.С.Луцкин, С.И.Политкин // Будівельні конструкції. Науково-технічні проблем сучасного залізобетону: Зб. наук. пр. - Київ, 2003. - Т.1. - С.553-558.

Возможности и особенности корреляционного анализа по ЭС-моделям в рамках компьютерного материаловедения / Е.С.Шинкевич, С.И.Политкин, Е.С.Луцкин, Г.Г.Бондаренко // Сб. наук. пр. ЛНАУ - Луганск, 2004. - №40(52). - С.271-277.

Регулирование деформационных свойств модифицированных силикатных материалов неавтоклавного твердения / Е.С.Шинкевич, Е.С.Луцкин, Ю.В.Чесский, Г.Г.Бондаренко, А.А.Койчев, О.М.Швецова // Вісник ОДАБА. - Одеса, 2004. - Вип. №15. - С.253-258.

Шинкевич Е.С., Бондаренко Г.Г. Методы компьютерного материаловедения при анализе процесса структурообразования, структуры и свойств силикатных материалов безавтоклавного твердения // Вісник ДонДАБА. Композиційні матеріали для будівництва: Зб. наук. праць. - Макіївка, 2004. - Вип. 2004-1(43). - Т.1. - С.165-170.

Механические характеристики силикатных неавтоклавных материалов / Г.Г.Бондаренко, П.М.Довгань, А.А.Койчев, А.Д.Довгань, Ю.В.Доценко, Е.С.Шинкевич //Зб. наук. праць ЛНАУ. Серія:Технічні науки. -Луганськ, 2007.-Вип. №71(94).-С.145-152.

Влияние извести на структурно-технологические и прочностные свойства силикатных материалов неавтоклавного твердения / Е.С.Шинкевич, Г.Г.Бондаренко, Е.С.Луцкин, А.А.Койчев, Ю.В.Доценко // Вісник ОДАБА. - Одеса, 2007. - Вип. №27. - С. 347-352.

К вопросу о формировании поровой структуры и использовании ее параметров для прогнозирования свойств ячеистых композитов / В.А.Вознесенский, Н.Баровски, В.Н.Выровой, Е.С.Шинкевич // Физико-химическая механика. - София: БАН, 1990. -№17.- С.3-10.

Шинкевич Е.С., Выровой В.Н. Анализ структуры и изучение свойств модифицированных ячеистых композитов //Композиционные строительные материалы (структура, свойства, технология): Межвуз. науч. сб. - Саратов, 1993. - С.7-12.

Управление технологией приготовления бетонной смеси на высоконаполненной известесодержащей суспензии / И.В.Барабаш, Е.С.Шинкевич, С.Н.Щербина, Н.Н.Пласконь //Строительные материалы и конструкции. - Киев, 1994. -№1. - С.39-40.

Влияние наполнителей на структурообразование и свойства силикатных бетонов, приготовленных по ИРТ / И.В.Барабаш, Е.С.Шинкевич, В.Н.Мишин, С.Н.Щербина, О.П.Гнып // Строительные материалы, конструкции и инженерные системы: Сб. тр. ОГАСА. - Одесса, 1996. - С.221-235.

Способ приготовления бетонной смеси: А.с. 1761731. СССР. МКИ SU 1761731 A1 C 04 B 40/00 / И.В.Барабаш, В.И.Соломатов, Е.С.Шинкевич, Н.М.Пастер, С.Г.Дирикова - № 4896577/33; Заявл 26.12.1990; Опубл. 15.09.1992, Бюл. № 34 - 4с.

Декл. пат. 64603 А Украина, МКИ 7 С04В28/20. Сырьевая смесь для получения модифицированных силикатных материалов и способ ее приготовления: Декл. пат. 64603 А Украина, МКИ 7 С04В28/20 Е.С.Шинкевич, Н.В.Сидорова, Е.С.Луцкин, В.И.Сидоров, С.И.Политкин - № 2003076631; Заявл. 15.07.2003; Опубл. 16.02.2004, Бюл. № 2. - 5с.

Шинкевич Е.С. Взаимосвязь процессов структурообразования и свойств в силикатных газонаполненных композитах // Механика и технология композиционных материалов: Тез. нац. конф. Болгарской АН. - София: БАН, 1991. - С.250-253.

Шинкевич Е.С. Оптимальные технологические решения производства модифицированных силикатных и газосиликатных материалов // Моделирование и оптимизация в материаловедении: мат-лы к 44-му межд. сем. - Одесса, 2005. - С.7-12.

Experimental-statistical modeling the effect of multi-fractional fiiler on rheological indices of compositions /T.Lyashenko, I.Barabash, E.Shinkevich, S.Sherbina, V.Voznesensky // Proc. of 5th European Rheology Conference - Darmstad, 1998. - P.104-105.

Оптимизация свойств силикатных композиций на основе анализа взаимосвязи между рецептурно-технологическими факторами и кинетикой структурообразования / Е.С.Шинкевич, О.П.Гнып, К.Н.Кушнирчук, Н.В.Сидорова // Рациональный эксперимент в материаловедении: Мат-лы к 39 межд. сем. - Одесса, 2000 - С. 76-77.

Шинкевич Е.С., Сидорова Н.В. Особенности структурообразования и твердения активированных известково-кремнеземистых композиций с минеральными добавками // моделирование и оптимизация в материаловедении: Мат-лы к 40 межд. сем. - Одесса, 2001. - С.52-53.

Возможности ресурсосбережения на основе анализа связи состава, структуры и теплофизических свойств активированных силикатных композиций неавтоклавного твердения / Е.С.Шинкевич, Н.В. Сидорова, Е.С. Луцкин, Д.Ю. Парамонов // Межрегиональные проблемы экологической безопасности: Сб. трудов конф. - Сумы - С.Петербург, 2002. - Т.2. - С.61-66.

Шинкевич Е.С., Ляшенко Т.В., Чесский Ю.В. Моделирование и анализ влияния дисперсности минеральных добавок на свойства активированных силикатных композиций // Прогнозирование в материаловедении: Мат-лы к 41 межд. сем.- Одесса, 2002. - С.12-14.

Анализ эколого-экономических и технологических аспектов ресурсосбережения в производстве модифицированных силикатных композитов / Е.С.Шинкевич, Н.В.Сидорова, Е.С.Луцкин, Д.Ю.Парамонов, С.И.Политкин // Межрегиональные проблемы экологической безопасности: Сб. тр. симп.- Сумы, 2003. - С.225-232.

Особенности моделирования результатов физико-химических и химических методов анализа / Е.С.Шинкевич, Н.В.Сидорова, А.В.Манжос, Е.С.Луцкин, Г.Я.Шевчук // моделирование и оптимизация в материаловедении: Мат-лы к 42 межд. сем. - Одесса, 2003.- С.70-71.

Об исследовании механических свойств активированных силикатных композиций ультразвуковым методом / Е.С.Шинкевич, Ю.В.Чесский, Н.В.Сидорова, А.В.Манжос, Е.С.Луцкин // Акустические измерения. Ультразвук и ультразвуковые технологии: Сб. тр. ХІІІ сессии РАО РАН. - М., 2003. - Т.2. - С.213-217.

Решение эколого-технологических задач строительного материаловедения на основе экспериментально-статистического моделирования / Е.С.Шинкевич, В.М.Виноградский, Д.Ю.Парамонов, С.И.Политкин // Межрегиональные проблемы экологической безопасности: Сб. тр. симп. - Сумы, 2004. - С.97-102.

Энергосберегающие технологии получения теплоэффективных стеновых и облицовочных материалов / Е.С.Шинкевич, В.М.Виноградский, Е.С.Луцкин, О.П.Гнып, Ю.Г.Дубов // Енергозберігаючі технології в будівництві та архітектурі: Мат-лы науч.-практ. конф. - Київ, 2004. - С.147-148.

Шинкевич Е.С., Политкин С.И., Бондаренко Г.Г. Вычислительный эксперимент при анализе влияния составов и режимов твердения на структуру и свойства силикатных материалов безавтоклавного твердения // Моделирование и оптимизация в материаловедении: Мат-лы к 43 межд. сем. - Одесса, 2004.- С.28-30.

Эффективные стеновые материалы на основе ресурсо- и энергосберегающих технологий / Е.С.Шинкевич, С.И.Политкин, В.А.Арабинский, В.Я.Керш, Г.Г.Бондаренко // Енергозберігаючі технології в будівництві та архітектурі: Мат-лы. науч.-практ. конф. - Київ, 2004. - С.138-143.

Шинкевич Е.С., Луцкин Е.С. Методы компьютерного материаловедения при анализе связи теплофизических свойств со структурой // Моделирование и оптимизация в материаловедении: Мат-лы к 44 межд. сем. - Одесса, 2005. - С.15-17.

Modified non-autoclave hardened siliceous materials. Structure, mixture, properties / E.Shinkevich, E.Lutskin, N.Sidorova, V.Vinogradskiy, S.Politkin // Proc. 2nd Intern. Symp. Non-Traditional Cement & Concrete. - Brno, 2005. - Р.141-147.

Шинкевич Е.С., Чесский Ю.В., Бондаренко Г.Г. Анализ влияния модификации структуры на деформационные свойства силикатов неавтоклавного твердения // Моделирование и оптимизация в материаловедении: Мат-лы к 44 межд. сем. - Одесса, 2005. - С.37-38.

Researches and mathematic modelling structure and properties of cellular silicate composition / E.Shinkevich, E.Lutskin, Yu.Tchesskii, G.Bondarenko // Proc. 2nd Intern. Symp. Non-Traditional Cement & Concrete. - Brno, 2005. - Р.148-153.

Исследования структуры ультразвуковым методом силикатных материалов неавтоклавного твердения / Ю.В.Чесский, Е.С.Шинкевич, Е.С.Луцкин, Г.Г.Бондаренко, А.А.Койчев, Ю.В.Доценко // Акустические измерения Ультразвук и ультразвуковые технологии :Сб. тр. XVIII сессии РАО РАН. - М., 2006. - Т.II. - С.122-126.

The influence of modification of the structure of silicate materials on their properties after non-autoclaved hardening / E.Shinkevich, E.Lutskin, O.Gnyp, A.Koichev, J.Dotsenko // Proc. Int. Symp. Brittle Matrix Composites 8. - Cambridge and Warsaw, 2006. - P.517-525.

Шинкевич Е.С., Бондаренко Г.Г., Шкрабик И.В. Влияние модификации структуры на микротвердость силикатных систем // ЭС модели в компьютерном строительном материаловедении: Мат-лы к 45 межд. сем. - Одесса, 2006. - С.69-71.

Shinkevich E., Lutskin E. The Influence of Structure Modification of Silicate Materials after Hardening in Non-autoclave Conditions on Their Coefficient of Heat Conductivity //Proc. 3rd Int. Conf. Alkali Activated Mater. -Research, Production and Utilization. - Prague, 2007.- P. 621-635.

АНОТАЦІЯ

Шинкевич О.С. Розвиток наукових основ отримання вапняно-кремнеземистих будівельних композитів неавтоклавного твердіння. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук зі спеціальності 05.23.05 - Будівельні матеріали та вироби. - Одеська державна академія будівництва та архітектури, Одеса, 2008.

В дисертаційній роботі теоретично обґрунтована й практично підтверджена можливість реалізації комплексу технологічних рішень по використанню резервів будови мінеральних речовин у виробництві вапняно-кремнеземистих композитів неавтоклавного твердіння й стінових виробів на їхній основі. Розроблено модель кінетики процесів гідратації вапняно-кремнеземистого в'яжучого, активованого разом із дрібнозернистим заповнювачем, що всебічно описує процеси гідратації й містить сім рівнянь. Проаналізовано механізм і побудовані допоміжні математичні моделі кристалізації на зернах в'яжучого аморфної (трепел) і кристалічної (кварц) структури. Розроблено кінетичну модель процесів гідратації в часі, що дозволяє аналізувати зміну міцності в тривалі періоди часу. Розроблено оптимальні склади й режими твердіння, які забезпечують одержання вапняно-кремнеземистих композитів різного призначення з рівнем необхідних властивостей із застосуванням багатокритеріальної оптимізації. Впровадження цих виробів дозволить знизити витрати на виробництво на більш ніж 25% і на будівництво будинків більш ніж на 20%.

Ключові слова: вапняно-кремнеземисті будівельні композити неавтоклавного твердіння, кінетична модель процесів гідратації вапняно-кремнеземистого в'яжучого, експериментально-статистичні моделі, гідросилікати кальцію, комп'ютерне матеріалознавство, активація, багатокритеріальна оптимізація.

АННОТАЦИЯ

Шинкевич Е.С. Развитие научных основ получения известково-кремнеземистых строительных композитов неавтоклавного твердения. - 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, 2008.

В диссертационной работе разработаны научные основы производства известково-кремнеземистых композитов неавтоклавного твердения, теоретически обоснована и практически подтверждена возможность реализации комплекса технологических решений по использованию резервов строения минеральных веществ в производстве известково-кремнеземистых композитов неавтоклавного твердения и стеновых изделий на их основе.

Проведенные экспериментально-теоретические исследования показали, что объединение следующих способов активации высокоподвижной силикатобетонной смеси, включая мелкозернистый заполнитель: механохимической активации кристаллического кварца в водной среде смесителя-активатора, химической - за счет введения минеральной добавки, содержащей аморфный кремнезем, хемоактивации за счет повышенных значений рН среды и термоактивации - за счет применения негашеной молотой извести, обеспечивает переход от автоклавной обработки к тепловлажностной при Т=85°С и получение известково-кремнеземистых композитов, которые отличаются наличием активных, способных гидратироваться длительное время реликтов вяжущего на стадии эксплуатации.

Разработана модель кинетики процессов гидратации известково-кремнеземистого вяжущего, активированного совместно с мелкозернистым заполнителем. Модель всесторонне описывает процесс гидратации, который представлен последовательным переходом элементарных процессов, описанных с применением фундаментальных законов. Описано изменение водосодержания смеси вследствие адсорбции влаги, смачивания поверхности частиц и связывания ее в результате химических реакций. Дифференциальные уравнения второго порядка, входящие в модель, описывают скорость изменения концентрации гидроксида кальция, кремниевой кислоты и образования гидросиликатов кальция с учетом элементарных актов: растворения, кристаллизации, адсорбции и кинетики химических реакций. В модель также входят уравнения изменения удельной поверхности каждого из компонентов смеси в процессе гидратации. Выбраны и обоснованы основные параметры процессов гидратации, которые определяют переход от одной стадии к другой.

Проанализирован механизм и построены вспомогательные математические модели, которые являются дополнительными элементами обобщенной модели и учитывают особенности гидратации и кристаллизации на зернах кремнеземсодержащих компонентов вяжущего аморфной и кристаллической структуры. Разработана кинетическая модель процессов гидратации во времени, которая позволяет анализировать изменение содержания кристаллической фазы в длительные периоды времени. Для сформировавшейся капиллярно-пористой структуры композита подтверждено положение о том, что скорость увеличения объема кристаллической фазы пропорциональна логарифму времени.

Анализу изменения величины связей между характеристиками структуры и свойствами в процессе структурообразования с использованием методов компьютерного материаловедения позволил описать ряд явлений, связанных с модификацией структуры и регулированием свойств. На основе анализа влияния составов и режимов твердения на модификацию структуры и свойства установлено, что изменение прочности в равной мере зависит от трех групп факторов (режимов твердения, различной удельной поверхности трепела и содержания добавки гипса), изменяясь под влиянием каждой группы факторов более чем в 2 раза. На морозостойкость удельная поверхность оказывает в 2.5 раза большее влияние чем режимы твердения при оптимальном содержании гипса, на теплопроводность в - в 1.6 раза больше влияет удельная поверхность и в 2 раза больше режимы твердения, чем содержание добавки гипса.

Рекомендованы составы и режимы получения: эффективных рядовых и лицевых стеновых блоков плотностью с=1200-1400кг/м³ и коэффициентом теплопроводности л<0.40 Вт/м·К; условно-эффективных стеновых рядовых блоков классов В5-В10 с морозостойкостью F15 и F25, коэффициентом теплопроводности л=0.43-0.45 Вт/м·К и плотностью с=1450-1500кг/м³; стеновых лицевых блоков классов В15 и В17.5 с морозостойкостью F35, коэффициентом теплопроводности л=0.56-0.78 Вт/м·К, плотностью с=1550-1600кг/м³ и коэффициентом водостойкости k_p>0.9; стеновых рядовых условно-эффективных блоков классов В12.5-В17.5 с морозостойкостью F15 и F25, коэффициентом теплопроводности л=0.46-0.56 Вт/м·К, плотностью с=1500-1660кг/м³ и коэффициентом водостойкости k_p>0.9. Технико-экономический расчет показал, что переход от автоклавной обработки изделий, полученных методом прессования к тепловлажностной обработке изделий, полученных по литьевой технологии, сокращает затраты на производство на 25%, внедрение этих изделий позволяет сократить расход тепла через ограждающие конструкции на 30% при требуемом термическом сопротивлении ограждающих конструкций.

Ключевые слова: известково-кремнеземистые строительные композиты неавтоклавного твердения, кинетическая модель гидратации известково-кремнеземистого вяжущего, экспериментально-статистические модели, гидросиликаты кальция, компьютерное материаловедение, активация, многокритериальная оптимизация.

SUMMARY

Shinkevich E.S. - Development of scientific bases of the introduction lime-silica building composites of non-autoclave hardening. - Manuscript.

Thesis on competition of a scientific degree of the doctor of science on speciality 05.23.05 - building materials and articles. - Odessa State Academy of Building and Architecture, Odessa, 2006.

The introduction of modern equipment in practice as the speed mixer-activators allows to realizing the phenomenon of mechano-chemistry in the production of silicate materials on the base of lime-silica binding substance. The activating of mixture of raw materials defined the transition from autoclave treatment to thermo-moisture one of silicate materials. The optimization of the composition and the of hardening regimes in the conditions of thermo-moisture treatment on the basis of experimentally-statistical modeling ensured the receipt of materials with the required properties. The possibility of the practical realization of reserve of structure mineral substances for the energy consumption of production silicate materials are proved experimentally. The analysis influence "mixture-technology-structure-properties" has been fulfilled on experimental-statistic models. The changing of properties of silicate materials under the influence of surface of mineral additive, of hardening conditions and content of gypsum addition have been estimated. Correlation analysis allows to receive new information about the influence of the factors of structure and the technology on a degree of correlation the between structure and the properties of building materials. Optimal compositions and the regimes of hardening are recommended for the receipt of articles of a different functional purpose.

Kinetic model (physical) was offered, which in a differential form describes the basic stages of structure-formation and the change of their duration depending on the composition, pH and the values of the specific surface of the binding substances.

Keywords: lime-silica building composites of non-autoclave hardening, kinetic model of process of hydration lime-silica binding substance, experimental-statistic models, hydrosilicates of calcium, computer Science-Materials, activation, multy-criterion optimization.

Размещено на Allbest.ru