Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора
технических наук: 05.23.05 – Строительные материалы и изделия. —
Белгородский государственный технологический университет им. В.Г.
Шухова. — Белгород, 2011. — 39 с.
Научный руководитель: д.т.н., профессор Лесовик В.С. Цель работы: Повышение эффективности производства строительных материалов путем управления процессами структурообразования, формирования оптимальной структуры и применения техногенного сырья. Научная новизна: Разработаны принципы регулирования процессов структурообразования применительно к строительным композитам на основе техногенного сырья, основанные на концепциях современного естествознания, принципе сродства структур, которые заключаются в функциональной структурной иерархии, в выделении технической и технологической систем, формировании требований к создаваемым системам, нахождении свойств композитов, процедуры их оценки с целью определения управляющих воздействий и границ управления.
Установлены закономерности измельчения клинкеров в зависимости от их минерального состава, что позволяет целенаправленно регулировать гранулометрический состав цементов в зависимости от назначения и особенностей технологии строительных материалов на их основе. Предложена гибкая технология корректировки С3А в рядовых цементах путем сепарации фракций различного размера, что позволяет получать как высокоалюминатные, так и сульфатостойкие портландцементы на основе рядовых клинкеров.
Установлены закономерности изменения состава жидкой фазы в зависимости от вида цемента без добавок и с добавками электролитов с различными анионами.
Установлена причина различной эффективности суперпластификаторов при использовании цементов разных типов на основе представлений о взаимодействии поверхностных зарядов твердой фазы и функциональных групп органических химических добавок. Достигнуто значительное повышение эффективности олигомеров нафталинсульфонатов путем удлинения углеводородного радикала присоединением дополнительных гетероциклических групп, что создает стерический эффект стабилизации. С учетом этого синтезирована новая сильнопластифицирующая добавка «Сульфированная смола фенольная сухая», на основе отхода производства синтетического каучука, что позволяет существенно повысить эффективность бетона.
Выявлен характер закономерности формирования поровой структуры цементного камня и бетона в зависимости от минералогического и гранулометрического состава цементов, минеральных добавок, водоцементного отношения, добавок электролитов и органических модификаторов, а также условий твердения.
С учетом принципа сродства структур доказана возможность направленного изменения капиллярно-пористой структуры и управления влагопереносом в известковом и цементном камне при совместном применении добавок суперпластификаторов и минеральных наполнителей с определенной гранулометрией, что позволяет проектировать композиты на основе вяжущих
веществ для реставрации памятников старины.
С целью прогнозирования свойств композитов при проектировании оптимальных составов бетона разработаны математические модели, связывающие качественные показатели материала (прочность при сжатии, плотность, морозостойкость, теплопроводность) с составом бетонной смеси. Выявленные закономерности и созданные модели позволяют проектировать бетон различных видов (тяжелый, легкий и ячеистый) с заданными свойствами при минимальных затратах на его производство (свидетельство об отраслевой регистрации разработки ФАП №10712 от 05.06.2008).
Для проектирования эффективных строительных композитов с оптимальной структурой и прогнозирования свойств бетонов разработана программа «SAPCoM» на основе математических моделей, связывающих качественные показатели материала (прочность при сжатии, плотность, морозостойкость, теплопроводность) с составом бетонной смеси. Выбор исходных компонентов бетона производится на основе принципов сродства структур для формирования требуемой капиллярно-пористой системы материала. Практическая значимость: Разработана методика проектирования строительных композитов на основе принципа сродства структур с учетом классификации пор по размерам материалов на основе вяжущих веществ.
Предложенная методика корректировки содержания С3А и других клинкерных минералов путем сепарации продуктов помола позволяет на основе рядовых клинкеров получать цементы с регулируемым количеством алюмината и алита.
Сформулированные в работе закономерности действия ускорителей твердения в зависимости от растворимости их кальциевых солей позволяют выявить и внедрить в практику новые не содержащие хлор добавки-электролиты, что значительно расширит их ассортимент.
Установленное в работе явление повышения эффективности олигомеров натриевых солей сульфонафталиновых кислот в результате присоединения к ним в качестве боковых цепей гетероциклических органических группировок открывает перспективы разработки новых суперпластификаторов с повышенной водоредуцирующей способностью благодаря совместному действию электростатического и стерического факторов стабилизации.
Для эффективного управления структурообразованием бетонных смесей разработана сильнопластифицирующая добавка «Сульфированная смола фенольная сухая (ССФС)» (патент РФ № 23822005), позволяющая в композиционных вяжущих с золами снизить расход клинкерной части цемента до 50 %. Разработана технология получения и применения новых сильнопластифицирующих добавок, композиционных вяжущих и модифицированных бетонов. Разработаны и утверждены соответствующие ТУ и технологические регламенты.
Применение разработанного нового материала – пеностеклобетона на основе омоноличивания гранул пеностекла пенобетоном с использованием золы-уноса (патент РФ № 2255920), позволяет значительно повысить коэффициент конструкционного качества легких бетонов и их эксплуатационных характеристик как теплоизоляционного материала с пределом прочности при сжатии до 3,5 МПа, плотностью материала в сухом состоянии 450 кг/м3.
Разработанная программа «SAPCoM» по проектированию и корректированию составов смесей для тяжелых, легких и ячеистых бетонов с заданными свойствами значительно снижает время на проектирование и позволяет прогнозировать свойства бетона для запроектированного состава бетона; осуществлять планирование эксперимента и получать новые зависимости свойств бетона от его состава (свидетельство ФАП № 10712, 2008 г.).
Практические результаты и научная новизна работы защищены 8 патентами РФ, внедрены в учебный процесс.
Научный руководитель: д.т.н., профессор Лесовик В.С. Цель работы: Повышение эффективности производства строительных материалов путем управления процессами структурообразования, формирования оптимальной структуры и применения техногенного сырья. Научная новизна: Разработаны принципы регулирования процессов структурообразования применительно к строительным композитам на основе техногенного сырья, основанные на концепциях современного естествознания, принципе сродства структур, которые заключаются в функциональной структурной иерархии, в выделении технической и технологической систем, формировании требований к создаваемым системам, нахождении свойств композитов, процедуры их оценки с целью определения управляющих воздействий и границ управления.
Установлены закономерности измельчения клинкеров в зависимости от их минерального состава, что позволяет целенаправленно регулировать гранулометрический состав цементов в зависимости от назначения и особенностей технологии строительных материалов на их основе. Предложена гибкая технология корректировки С3А в рядовых цементах путем сепарации фракций различного размера, что позволяет получать как высокоалюминатные, так и сульфатостойкие портландцементы на основе рядовых клинкеров.
Установлены закономерности изменения состава жидкой фазы в зависимости от вида цемента без добавок и с добавками электролитов с различными анионами.
Установлена причина различной эффективности суперпластификаторов при использовании цементов разных типов на основе представлений о взаимодействии поверхностных зарядов твердой фазы и функциональных групп органических химических добавок. Достигнуто значительное повышение эффективности олигомеров нафталинсульфонатов путем удлинения углеводородного радикала присоединением дополнительных гетероциклических групп, что создает стерический эффект стабилизации. С учетом этого синтезирована новая сильнопластифицирующая добавка «Сульфированная смола фенольная сухая», на основе отхода производства синтетического каучука, что позволяет существенно повысить эффективность бетона.
Выявлен характер закономерности формирования поровой структуры цементного камня и бетона в зависимости от минералогического и гранулометрического состава цементов, минеральных добавок, водоцементного отношения, добавок электролитов и органических модификаторов, а также условий твердения.
С учетом принципа сродства структур доказана возможность направленного изменения капиллярно-пористой структуры и управления влагопереносом в известковом и цементном камне при совместном применении добавок суперпластификаторов и минеральных наполнителей с определенной гранулометрией, что позволяет проектировать композиты на основе вяжущих
веществ для реставрации памятников старины.
С целью прогнозирования свойств композитов при проектировании оптимальных составов бетона разработаны математические модели, связывающие качественные показатели материала (прочность при сжатии, плотность, морозостойкость, теплопроводность) с составом бетонной смеси. Выявленные закономерности и созданные модели позволяют проектировать бетон различных видов (тяжелый, легкий и ячеистый) с заданными свойствами при минимальных затратах на его производство (свидетельство об отраслевой регистрации разработки ФАП №10712 от 05.06.2008).
Для проектирования эффективных строительных композитов с оптимальной структурой и прогнозирования свойств бетонов разработана программа «SAPCoM» на основе математических моделей, связывающих качественные показатели материала (прочность при сжатии, плотность, морозостойкость, теплопроводность) с составом бетонной смеси. Выбор исходных компонентов бетона производится на основе принципов сродства структур для формирования требуемой капиллярно-пористой системы материала. Практическая значимость: Разработана методика проектирования строительных композитов на основе принципа сродства структур с учетом классификации пор по размерам материалов на основе вяжущих веществ.
Предложенная методика корректировки содержания С3А и других клинкерных минералов путем сепарации продуктов помола позволяет на основе рядовых клинкеров получать цементы с регулируемым количеством алюмината и алита.
Сформулированные в работе закономерности действия ускорителей твердения в зависимости от растворимости их кальциевых солей позволяют выявить и внедрить в практику новые не содержащие хлор добавки-электролиты, что значительно расширит их ассортимент.
Установленное в работе явление повышения эффективности олигомеров натриевых солей сульфонафталиновых кислот в результате присоединения к ним в качестве боковых цепей гетероциклических органических группировок открывает перспективы разработки новых суперпластификаторов с повышенной водоредуцирующей способностью благодаря совместному действию электростатического и стерического факторов стабилизации.
Для эффективного управления структурообразованием бетонных смесей разработана сильнопластифицирующая добавка «Сульфированная смола фенольная сухая (ССФС)» (патент РФ № 23822005), позволяющая в композиционных вяжущих с золами снизить расход клинкерной части цемента до 50 %. Разработана технология получения и применения новых сильнопластифицирующих добавок, композиционных вяжущих и модифицированных бетонов. Разработаны и утверждены соответствующие ТУ и технологические регламенты.
Применение разработанного нового материала – пеностеклобетона на основе омоноличивания гранул пеностекла пенобетоном с использованием золы-уноса (патент РФ № 2255920), позволяет значительно повысить коэффициент конструкционного качества легких бетонов и их эксплуатационных характеристик как теплоизоляционного материала с пределом прочности при сжатии до 3,5 МПа, плотностью материала в сухом состоянии 450 кг/м3.
Разработанная программа «SAPCoM» по проектированию и корректированию составов смесей для тяжелых, легких и ячеистых бетонов с заданными свойствами значительно снижает время на проектирование и позволяет прогнозировать свойства бетона для запроектированного состава бетона; осуществлять планирование эксперимента и получать новые зависимости свойств бетона от его состава (свидетельство ФАП № 10712, 2008 г.).
Практические результаты и научная новизна работы защищены 8 патентами РФ, внедрены в учебный процесс.