автореферат диссертации по строительству, 05.23.05, диссертация на тему:Структура и технология строительных композитов с пониженной анизотропией свойств

\ одесский 'инженерно- строительна! институт •

^ Ггс ' • ■ '"'

' / ¡} д^ На правах рукописи

ШЕЯКЯ ЛЕОНИД АЛЕКСАНДРОВИЧ

структура и технология стгшггелыш композитов с пошсшшоЯ анизотропией свойств

05.23.05 - Строительные материалы и издйлид

. .АВТОРЕ® ЕР А. т диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Одесса - 1994

Диссертация представлена в виде рукописи

Киевском Государственном техничес-• ком университете строительства и архитектуры

академик Российской Академии архитектуры и строительных нзук, доктор технических'наук, Почетный профессор, Заслуженный строитель России Соломатов В.И.

- доктор технических наук, профессор ЕЫРОВОЙ В.Н.

• - доктор технических наук, профессор. ПУНАГИН В.Н. .

- доктор технических наук, профессор ЧЕРНЯВСКИЙ В.Л. .

Ведущая организация (предприятие) Гос. корп. "Укрстрокмате-

риалы" промышленности'строительных материалов Украины, г.Киев.

'•Защита сс гоится '"гу" 1994г. в II00 ауд.210 на

заседании специализированного совета Д.068.41.01 Одесского инженерно-строительного института по адресу: 270000, г.Одесса, ул. Дидрихсона, 4. . .

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Одесского инже- • нерно-строителького инотитута по адресу 270000, г.Одесса, ул. Дидрихсона, 4 . •

Автореферат разослан " " 1994г.

Учены:> оекретарь специализированного совета

доцент, шщ.техн. наух Ма^их^л. Н.А.Малахова

Работа выполнена в •

Научный консультант

Сфщиалышэ оппоненты:

;

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРНСтаКА РАЕОТП

Актуальность работ. Одной из основных задач в области строительного материаловедения является совершенствование те-.чнологии получения строительных материалов и регулирования свойств с целью получения требуемых эксплуатационных характеристик строительных конструкций. Решение этой задачи тесно связано с необходимостью управления процессами формирования структуры. Проблема управления свойствами строительных материалов путем изменения параметров процесса структурообрагования рассмотрена во множестве работ отечественных и зарубежных ученых: И.Н.Ахвердова, В.И.Бабушкина, Ю.М.Баженова, О.Я.Еерга, П.И.Баженова, Б. А. Вознесенского, А.В.Еолженского, В.Н.Вырового, Е.Д.Глуховского, И.М.Грушко, Б.В.Гусева, Ю.А.Зайцева, П.Г.Комохова, П.В.Кривенко, Г.Я.Куннсса, Л.А.Малияиной, С.А.Мпрспспа, С.П.Мчедаова-Петросяна, Р1Ф.Р/новои, . И.А.Рыбьеьа, К.Саснаускаса, Б.Г.Скрамтаева, М.М.Сычена, И.Е.Удач-кина, Д.И.Штакельберга и др. В результате выполненных ими исследований установлены зависимости свойств материалов от структуры, формирующейся под действием различных полей технологического прсг исходдения. Эта взаимосвязь технологических воздействий с формирующейся структурой в настоящее время мсжэт быть частично описана с помощью параметров, определяющих анизотропию свойств. Кйзестно отрицательное влияние анизотропии свойств композита (расслоени.^ смесей, их машинная переработка) на его физико-механические показатели и в первую очередь на долговечность. Однако анизотропия свойств не может быть универсальной характеристикой, т.к. ЯЕллет-ся следствием глубокий структурных взаимоотношений, Оа не их причиной. Решение рассматриваемой проблемы связано с необходимостью привлечения методов, используемых в других об ласт л;: общего материаловедения. Основой создания количественного структурного критерия в области строительных материалов и технологий мохет служить симметрия, которая применима для списания структуры как материала, так и поля, процесса.

Возможность применения сишетрии для описания и сравнения структуры объектов сезависимо от их природы и структурного уровня (микро- или макро-уровень), как показано П.Кюри, Г.Еульфсы, А.В. Шубниковым, обусловлена фундаментальностью самого понятия, Еыр-~ даяцэгося системой математических зависимостей, вь-текжц:-::: из то •

ории групп. Основой симметрии является нахождение такж. преобразований рассматриваемого объекта, после которых он остается тождественно равным самому себе. Для симметрии характерна способность не только описывать структуру объектов, но и способность предсказывать особенности их формирования в различных условиях. Это стало возможным благодаря действию установленного П.Кюри общего принципа симметрии, утверждающего, что "когда определенные ■причины вызывают определенные следствия, то элементы симметрии причин должны проявляться в вызванных ими следствиях"... Исходя из представления о. симметрии вытекает ряд следствий, которые широко используются в науке и технике, например, изоморфизм, подобие, полиморфизм.

По И.Пригожину, действие общего принципа симметрии нарушается в самоорганизующихся система::. К последним, в частности, относятся, как установлено В.Н.ВыроЕым.М.С.Гаркави.В.Д.Глуховским, О.П.МчедлоБым-ПетросяЕСМ, В.И.Соломатовым, В.Л.Чернявским, Д.И. ШтакельЗергом, строительные композиты.

Настоялся работа по-священа проблеме разработки метода оценки соответствия■между технологией, структурой и свойствами композиционных строительных материалов с.применением принципов симметрии и ■ направлена на совершенствование технологий, позволяющих получать материалы с пониженной анизотропией свойств^

Целью настоящей' работы является установление основных положений оптимизации структуры и технологии строительных композитов ■ с использованием принципов симметрии для получения материалов с пешь.енксй анизотропией свойств и применения, разработанных структурных моделей "состав-техкология-свойстЕо"для повышения уровня технологии, качества строительных материалов.

На защиту выкосятся;

- разработка научных основ' структурообразовалия строительных композитов с пониженной анизотропией их свойств;

- основные положения оптимизации структуры и технологии строительных композитов с учетом принципов симметрии;

- определение структурного признака при эволюции самоорганизующихся структур в строительных' композитах; ' -

- закономерности проявления процессов самоорганизации в зависимости от степени симметричности структуры композита на шгкро-и макрс- уровне;

- о -

- требования к технологическим приемам оптимизации технологии и структуры строительных композитен с пони-сенной анизотропией свойств.

Научная новизна работы. Предложен принципиально новый подход к оптимизации структуры и технологии строительных композитов, ос-кованный на выборе технологического решения г результате многовариантного рассмотрения структурных моделей, учитывающих симметрию исходных компонентов, полей технологического происхождения и свойств конечного продукта.' Разработаны научные основы управления процессами структурообразсвания, направленные на получение строительного материала с анизотропией свойств ниже критической величины.

Впервые сформулированы основные положения оптзапхзации структуры и технологии строительных композитов с учетом установленных закономерностей их сгрукт'фообразования в зависимости от степени симметричности структуры материала на микро- и макро- уровне.

Определены границы области применения принципа симметрии в, технологии строительных материалов, разработана методика построения структурных моделей и расчета их характеристик, а также выявлены требования к оптимальным микро- и макро- структурам строительных композитов.

• Установлен структурный признак самоорганизушжся структур, позволяющий их идентифицировать и залточакщпгая в наличии периодически возрастающей анизотропии свойств к"к на микро-, так и на макро- уровне структуры композита.

Теоретически обоснованы и экспериментально подтверждены для • тяжелых и ячеистых бетонов на различных видах вякуних полученные зависимости интенсивности их струкгурообразования от степени со-ответптв;и микроструктур жидкой и твердой фаз вяжущего, от степени симметричности макроструктуры материала а также от симметрии полей технологического происхождения.

Практическая значимость работы. Разработанные основные поло-тения оптимизации структуры и технологии строительных компови-тов(применимость принципа симметрии в технологии строительных компоеитов, соответствие симметрии мелду структурой композита, полями и процессами, сопровоэдаиауайи твердение, учет интенсивности колебательных процессов е технологии и др.) . явились основой создания системы структ;-рных моделей "состав-технолопш-свои;-

тво", рассматривающих производство строительных материалов' саз-личкыми методами. И:-: сравнение между собой ка осноге предложенного структурного критерия позволило создать наиболее элективные технологии строительных композитов и разработать' новые технические решения: интенсивная технология шлакощелочных бетонов;расширяющиеся добавки для материалов с ниэкосимметрнчкой структурой; составы строительных растворов на основе нефелинового шлама, не образующие -высолы при эксплуатации, новизна которых подтверждена авторскими свидетельствами.

Разработаны ТУ-48-0114-53/0-а9 "Кирпич из нефелинового (бе-литового) шлама", "Рекомендации по строительству автомобильных и промышленных площадок из золошл|ков1- _ смесей". Результаты исследований использованы при разработке проектной документации на строительство завода по производству кирпича автоклавного твердения из нефелинового шлама, полсмены в основу промышленной технологии .его . производи -а и реализованы при строительстве завода в г.Ачинске. Установленные закономерности оптимизации структуры строительны;-; материалов учтены в технологии устройства дорожных оснований (трест "Сибтрансспецстрой"), а ' также в производстве строительных растворов, не образующих высолы'(трест "Красноярс-кжшгстрой"),

На основе полученных данных разработана программа для ЭЕМ, использованная при создании ресурсосберегающее технологий производства портландцементных и пиакощелочных.бетонных-и железобетонных изделий в условиях жаркого климата Средней Азии на заводах в г.г.Чигирик, Уртасзрайск, Ханки и др. (Узбекистан).

Экономический аффект от внедрения предложенных .технических решений составил около 2,0 млн.руб. в ценах'1939...1991г.г.

Апробация."Основные научные положения и результаты- работы доложены ка 11 конференциях международного, союзного, ' республиканского и регионального уровней, в том числе:

и всесоюзная научно-практическая конференция "Шлакощелоч-ныа цементы,бетоны и конструкции", Киев, 198-4 г. ;

• - Всесоюзная научно-техническая конференция "Теория, производство и применение искусственных строительных конгломератов . в водохозяйственном строительстве", Ташкент, 1985г.;

- III Всесоюзная конференция "Шлакощелочные цементы, бетоны •и конструкции", Киев, 1989 г.;

- I Международная научно-техническая конференция "Материалы для конструкций ЖI вена", Днепропетровск, 1992г.;

- Научно- технический семинар "Зизико-химическиие :: технологические особенности получения малоцементных строительны:-: материалов и конструкций",Одесса,.1992г.;

- Международная •конференция "Ресурсосберегающие технологии, строительных материалов, изделий и конструкций", Белгород, 1993г.;. - -

- Международный семинар "Экспериментально-статистическое моделирование в компьютерном материаловедении",* Одесса, 1993г.

Объем работы. Диссертационная работа состоит из ЕЕедения, пяти глав, общих выводов, библиографии '!332 источника),. 8 приложений и содержит 200 стр. машинописного текста, в том числе, Е9 табл. н 40 рис.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ '

В первой главе приведен аналитически*! обаор современны.-: представлений о процессах структурсобразованил строительны;-: материалов с учетом симметрии и анизотропии их свойств.

В настоящее время управление свойствами строительны:: композитов является одной из основных проблем в технологии строительных материалов. Она момет быть решена как за счет каправленногс формирования•свойств материалов вследствие синтеза заданного состава Продуктов твердения (Ю.М.Бутт, П.В.Кривенко, В. В. Тимашев, М.И.Сычев), так и путем управления процессами структурообрагоЕа-ния (В.Д.Глуховский, О.П.МчедлоЕ-Петросян,-П. A.Feöii^ep. Е.И.Со-ломатов).

Анализ современные: представлений о закономерности); обраоовз-ния строительных композитов позволяет условно выделить три принципиально различающихся подхода к управлению процессами сгрукту-рообразЮБания, в том числе феноменологический (В.А.Вознесенский, И.А.Рыбьев,. Б.Г.Скрамтаев), "слабого-звена" (О.Я.Еерг, Ю.М.Баке-нрв,. А.Е.Шейкин), . фиаико-химгческой механики (Г.Д.Дибров, H.H. Круглицкий, Н.В,Михайлов, О.П.Мчедлов-Петросян.П.А.Ребиндер).

В последнее время в фундаментальных работах Л.Приголина развивается но?ая область знаний, объектом которой служит самоорганизация неравновесных (диссипативиых) структур. • "

Исследованиями В.Н.ВыроЕогс, М.С.Гаркави, О.ПДйедлова-Пет-росяна, Е.И.Соломатоьа, М.М.Сычева, ,. Д.И.Штакедь-

берга установлено, что законам самоорганизующихся систем подчинл- , ется-твердение вяжущих и композитов на их основе, в которых'энергия лодеодится за счет физико-химических и технологических процессов, а обмен веществ^л с окружаащс-н средой осуществляется путем стока массы (как внутреннего, так и Енеснего). • Креме.того,-Б.Д.Глуховским и Р.С.Р/нсвой показано, что структурсбрагс-Еакие-ьнлущих и материалов контактного-твердения протекает в с-оответс-твии с общими закономерностями сачсюрганиэутвдшзя систем.

Структура композита, в соответствии с фундаментальными исследованиями П.Ккри, Г.Веши, • Е.С.Федорова, А.В.Шубникова, может быть охарактеризована как "совокупность симметричных' преобразований, сохраняющих структурную целостность рассматриваемых систем". Такое определение структуры позволяет сравнивать между-собой структуры объектов различной природы (вещество, поле, процесс) и, таким образом, увязать технологию и свойства композитов в единое целое. Основные принципы симметрии широко применяются' для описания структур не только' на.микро-, не .я на макро- уровнях. Напри- ■ мер А.В.Шубниковым, Я.II.Шафрановским, К. С. Александровым, -Г.Т.Про-дгйводой показано", что геосистемы на уровне геологических пород . (текстуры) молно описать в первом приближении точечными группами ' статистической симметрии в количестве равном 39 кристаллограф:!-, ческим и предельным классам симметрии. Прсблзмз математического' описания макроструктур (текстур) бнаа-решеиа А.С.Винглияый и с учете-:.; симметрии геологических по^од Г.Т.Продзйводой разработана методика прогнозирования наиболее вероятных районов залегания полезных ископаемых. Поскольку' строительные композиты не относятся . к идеальным упорядоченным системам, . то для них следует 'примерять положения статистической симметрии, основная идея которой состоит в том, что частично упорядоченные агрегаты рассматривается 'как-* идеальные решетки с различными учтенными нарушениями. В атом случае получение строительных композитов с требуемым комплексе« свойств связано оо степенью симметричности образующейся- структуры. Прсяалс-нием такой взаимосвязи является стеги.-и анизотропии свойств строительных материалов. '.'.' .

В ряде работ указываете« на отрицательное дейстоие ашхзотро-

свойств на стрснтельно-експлуатацпзнные характе, лоа.:кц'строи-' '

тельных композитов, в первую очередь, на ж долговечность.Одновременно с этим существуют достаточно долговечные анизотропные как. природные, так и искусственные материалы. Кроме того, расчеты строительных Инструкций производятся с учетом анизотропии для максимальной реализации их потенциальной несущей способности. Неоднозначное влияние симметрии структуры композита на его свойства вероятно связано с различным проявлением анизотропии в открытых или закрытых системах.

Таким образом, анализ.состояния теории структурообразования и действия принципов симметрии позволяет предположить возможность разработки принципиально нового подхода к оптимизации структуры и технологии строительных композитов с пониженной анизотропией свойств, заключающегося в многовариантном рассмотрении структур--ных моделг: "состав-технология--свойство", их анализе и выборе соответствующего решения н= основе структурного критерия, учитытзэя-щего действие «тмметрпчны;'. преобразований. тз.чс:: подход поеволгт взапмсугяЕагь зесз тэ:-:нслсг::ч?ок::й :-:смплз".с- гтр-пгнсдгтла гтрсг- . тельных материалов в единое целое, повысить урсве:^ технологий, качество продукции и создать материалы с пониженной анизотропией свойств.

Исходя ид зьшеизлсяенного определены ■следующие направления исследований:

1. Термодинамическое обоснование связи процессов структурообразования цементного камня с симметрией гол ей, создаваемых технологическими воздействияш1, з процессе изготовления строительного- материала. '

2. Установление закономерностей структурообразования строительных композитов о "пониженной анизотропией свойств и разработка научных основ оптимизации 'их структуры и технология! с использо- ~ ванием принципов си,метрик . .

3. Разработка метода описания и сценки структур строительных композитов с учетом процессов их самоорганизации и действия пр;га-ципа симметрии.

4.. Применение установленных закономерностей для оптимизации структуры и технологии тяжелых и ячеистых бетонных композиций с пониженной анизотропией свойств на неорганических связуизих силикатного и агасмосиликатного составов.

5. Реализация в промьтленных условиях предложенного направ-

ления оптимизации структуры и технологии строительных'композитов с использованием' структурных моделей "состав-технология-своис-тво".

Во второй главе выполнены термодинамические-расчеты, подтверждающие наличие процессов самоорганизации структуры цементного камня и показана зависимость :г. интенсивности от сйшетрте полек, создаваемых технологическими воздействиями,.- и кг л следствие, -ст симметрии, формирующейся структуры материала. В результате расчетов в модельных системах для твердеющего портландцементного камня показано,.что формирование отрицательного энтропийного потока происходит за счет образования упорядоченных структур под действием поля тяготения и полей тех*гологического происхождения с различай 'симметрией. Выполненное обда-анорание явилось • основой предложенного метода списаши ' и оценю; 'структуры строительных композитов с учетом процессов их самоорганизации. Излагаемый метод включает определен/,? области применения принципа симметрии в технологии строительных материалов и методику расчета структурных показателей и структурных моделей строительных композитов.

Анизотропия свойств композита, .определяемая, как коэффициент вариации свойств материала в различных направлениях, и в частности, -проявляющаяся при его'ультразвуковом тестировании, зависит от степени ориентации дефектов материала! -. пор, трещин, поверхностей раздела фаз и т.п. а также от наличия разнородны:', структурна" элементов. Анизотропия свойств.не зависит ст плотности материала, т.к. последняя является..скалярной величиной. Поэтому периодическое возрастание анизотропии свойств цементного камня, являющегося открытой системой, (рис. 1) свидетельствует-о периодоте'скоы формировании ориентированных дефектов и об образовании- в неравновесных условиях самоорганизующихся структур, для которых нарушается действие принципа Кюри. . '

Таким образом, в неравновесных условиях принцип Кюри соблюдается на макроуровне в период структурных превращений композита, связанных с понижением ш.лзотропии его свойств.

.Электронно-микроскопическими исследованиям;: установлено,' что на микроуровне новообразования представлены.слабо закристаллизованными веществами переменного состава с'микроструктурными дефектами. Это является причиной периодического возрастания анизотропии свойств микроструктуры цементного камня. Поэтому на 'мккроу-

;ювкё принцип Кюри применим только для закристаллизованных структур- . -

. Отмеченные особенности пртенекия ггрпкцкпз Ксрп в -технолопги мрсптелькк;: композитов позволяют сфор:.г/л: трогать гслсжеЕпе о применимости принципа симметрии в хехнолсгпп строительных композите , который 'заключается в том," что принцип I-'jcp;: ыодко применять ■¡а микроуровке для зачрпсталлпгсЕанкьс; весестз, • а кг. макроуровне '.■п. применим в" период • структурных превращений композита, связанных : понижением анизотропии его свойств.

Анализ области - применения -принципа симметрии и полученных результатов исследовании компози-тсв на портландцементе, нефелиновом ".sue, . плакохелочко:,; вяжущем ГиЗЗЕслил установить, что з качестве- структурного признака са-мзоргаккЕуггз:::ся систем, как пл. иккро-, тек и- на мзкрс- урсЕпях' структуры мсжет б^ть прпнятз пе--рисдпческя Есзрастзгпзл- анизотропия свойств.

Для установления закономерностей. снязызаспггх формирование о**//ктура материала с- комплекс требуем-: показателей свойств, з также управлений процессом формп-рования ко'люзита предложены модели различных уровней его структур« и разработана метод;-«.} их построения (рис.2).

Структурная модель на макроуровне может быть представлена как "статистический элементарный сбзем композпта", в котором ме' торасполсженне дискретных -элементов (пор, зерен заполнителей) можно определить с задаете:"! точностью и выделить элементы сн-,'-

Cflext, тсячч

^iic.l. Изменение акустической «изотропии цементного «ькня ЕО времени. I - портланд-цемент, тзердение з водных условиях; 1"- то же,. ' ;исле аэтоклавирования; 2 -1ефеликсЕЫЙ плам,- твердение з юдных условиях; 2'- то же, . юсле автеклавкрования;/ 3 -злакощелечное вяжущее, тэер-' ;ение з чоде; 2'- то же, посте ^токйзвироваЕпя * ■

метрии.

Расчеты и экспериментальная проверка показали, что в зависимости от состава тяжелого бетона размер ребра условного куба, ограничивающего "статпетичесшш элементарный .объем композита", колеблется от 100 до 400мм и в среднем составляет около 200мм, что хорошо коррелирует со стандартными размерами образцов, принятых для физико-механических испытаний.

В случае если расстояния меаду элементами структуры, малы и ■ими можно пренебречь (например цементный камень), то' материал следует считать непрерывной средой. Его структурная модель характеризуется одной из предельных групп симметрии и определенной величиной анизотропии свойств. - '•'.■'■•'.

Структурная модель на макроуровне может быть представлена как элементарная ячейка рассматриваемого кристаллического обраао-.' занпя. Если микроуровень требует рассмотрения.совокупности ее элементов, то структурную модель следует.формировать,- исходя из ■',.' представления микроструктуры как непрерывной среды с снимет- ; рией, создающей соответствующие макроскопические свойства. .

Класс симметрии на макроуровне . определяется рентгеновским методом исследования- кристаллических образований ¡ ' а для . макроуровне статистический класс симметрии выявляется а результате'ана--лшза макроструктур композита графоаналитическим, и акустическим. методами (рис.2). _ , /•.

Предложенный графоаналитический метод : позволяет - рассчитать статистический пространственный idacc симметрии макроструктуры композита в результате''анализа шлифов;,исследуемого материала с помощью методов проективной геометрии. . В его основе, лежит связь между наблюдаемой структурой ка плоскости пш:фа и пространственным расположением элементов в объеме.Определение наибольшей вероятности возникновения соответствующих фигур на плоскости, которые созданы линейными связями между одноименными элементами структуры шлифа (поры, зерна заполнителя) позволяет предсказать образование пространственной структуры композита с тем или иным классом статистической симметрии. '

. Акустический метод позволяет определить только предельную группу симметрии Макроструктуры композита.- Он широко распространен в геологии для установления акустической симметрии- макроструктура геологических пластов, образованны-; горными порода),га, и

Л. СТРУКТУРНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА МАКРОСТРУКТУРЫ КОМПОЗИТА СТЕПЕНЬ АНИЗОТРОПИИ СВОЙСТВ •

Ж.

[7

и -У»., и -яи Ул.. ПОКАЗАТЕЛЬ АНИЗОТРОПИИ СВОЙСТВ ^

А №

V

Б. ГРАФОАНАЛИТИЧЕСКИЙ МЕТОД ОПРЕДЕЛЕНИЯ СТА 1КСГ,ВЕСКОГО ПРОСТРАНСТВЕННОГО КЛАССА СИММЕТРИИ МАКРОСТРУКТУРУ КОМПОЗИТА И ПОСТРОЕНИЯ ЕГО СТРУКТУРНОЙ ШДЕЛИ.

В. Л1ОТТОЧЕС[ШИ^етОД. ШРШ1ИШ ПРЕДЕЛЫШ ГРУППЫ СИММЕТРИИ .МАКРОСТРУКТУРЫ КОМПОЗИТА И ПОСТРОЕНИЯ ЕГО СТРУКТУРНО,! АЗДЕЛИ.

ПРЕ;]ЕЛЬНАЯ_ГРУ1Д1А СИММЕТРИИ

УКАЗАТЕЛЬНАЯ ПОВЕРХНОСТЬ ИЗМЕ НЕНИЯ СВОЙСТВ КОМПОЗИТА В РАЗ- . ЛИЧНЫХ Н/Ш-РлВЛЕШЯХ

ЗАВИСИМОСТИ ОТ АНИЗОТРОПИИ СВОЙСТВ КОМПОЗИТА

Зм. чения свойств в разЛичных напра&лен. Предельная группа симметрии

п4 ' *Пд со /оот

оо/тт

п4 *//, ттт^ £

Рис.2.Схемы определена структурных 'характеристик (а) и построения структурных моделей (б,в) композита.

У

основан на сравнении сеойсте материала, .например, : способности пропускать ультразвук в различных направлениях с* различной скоростью. В результате анализа экспериментальных " данных, строится поверхность' изменения свойств композита в различна: направлеших "и по ней определяется его предельная группа симметрии.

В качестве структурной .характеристик! средне-симметричных структур (тетрагональная,' гексагональная, трнгональная системы) предложено применять степень аниг^тропик свойств. Сна рассчитывается как отншение средних показателей свойств е различных нап-равле-лях. Для низка- (ромбическая, моноклинная, тригогтальная системы) и средне- симметричных структур возможно.применение показателя анизотропии, который характеризуется велич;шон козйици-ента вариации сгойстз е различных направлениях. .

Б третьей главе,. с учетом' разработанных методов описания структуры, излагается теоретические основы ' структурообраговагття строительных каяюзитов с пониженной анизотропией свойств.

Исследована акустическая симметрия макроструктуры инертных заполнителей (щебень, песок), вяжущи' (портландцемент, молотые шаки, шламы)" к их смесей; используемых для получения' тяжелых бетонов. Показано, что размер зерна и содержание жздкости затворе-ния влияет на симметршз формирующейся макроструктуры смеси. Так, первоначальная статистически' изотропная макроструктура молотых сухих неуплотненкых пороиков (плах,, слаи, портландцемент) с.увеличением диаметра частицы изменяется и для песчаных фракций, а тем более щебеночных, превращается в изотропно-поперечную структуру. Увлажнение сырьевых материалов таказ способствует изменения симметрии макроструктуры. Так, протекание- седимектацнояных и структурообразующих процессов в увлажненных порошкообразных веществах приводит к переходу из изотропной структуры б изотропно-поперечную.

Величша анизотропии свЬиств зависит не только .от В/Ц, диаметра частиц, но и.от активностивяжущего, что объясняется в последнем случае протеканием процессов самоорганизации его структуры. Увеличение диаметра частиц снеси сеижзэт степень ее связности, отиечзется формирование крупно пористой, зернистой макроструктуры- При этом увеличена диметра увлаг^ншл: частиц пркворяг к ослабления зависимости анизотропии свойств ст влажное-

ти смеси и для щебеночной фракции сна .не проявляется.' Установлено, что при соблюдении реягдзв уплотнения введение z тесто Еяжу-цего заполнителей приводит к умгкьзсшзс злиг-стропх:: сг.оГг.тз п~лу-. чаемого тяжелого 5с-тсн" з Í3...-1 разе, показат^" акизстрстгл! скитается до 1,5...2Z.

Симметрия микроструктуры ближнего порядка воды и водных растворов электролитов, служащих жидкостью затверення цементов, исследована с помощью рентгеновского метода. Показано, что молекулы . дистиллированной воды образуют льдоподоОнуи структуру с симметрией, " характерной для тетраэдрической координации. Расстворе-ние в воде электролитов (CaCl2; НазСОз; NagOnSiCte; NazSOi; NaDH; КВг; МаВг; Nal и др.) приводит к протеканию з ней процессов гидратации и образованию в растворе аквакомплекссв. Микроструктура ближнего порядка водного раствора приобретает структуру, а следовательно и симметрию,- образующегося в таких условиях кристаллогидрата. Полученные данные подтверждают результаты 0.Я.Самойлова, Г.Леви, А.К.Дорога. •

Анализ закономерностей "игм-смения симметрии . ¡лпфсструктурьг ближнего порядка жидкости затверения, кристаллографических характеристик ыпнерзлез портландцементнего клинкера, данных физико-механических и, физпко-химических методов • исследований ( в т.ч. р'знтгенодаБового и КК-спектроскопического)" процессов таердештя вякущтх псзеол;и установить, что интенсивность процессов их структурообрззсванкн зависит от степени ст-метричностп среды, образованней исходными твердой и жидкой фазами цементно-водной композиции. • Данное свойство позволило сформулировать требования к ' оптимальной микроструктуре вяжущего.

Получение оптимальной микроструктуры твердеющей дисперсной системы при соблюдении необходимых ограничений на нормируемые характеристики ' материала достигается за счет регулирования степени симметричности среды, образованной исходными микроструктурами твердой я ближнего порядка жидкой фаз вянущего, при условии создания между ними максимальной общей группы симметрии. Макскмаль-иая группа симметрии образуется, если пустоты в кремнекислородноы каркасе вянущего расположены симметрично группам (0Н)44-, пркнад-ле.г.ащим микроструктуре жидкой фазы, а также если размеры пустот и комплексов (0К)41- совпадает.

Приложение изотропных палей, наприиер однородных тепловых, скловьк, создаваемых расширявшимися добаЕка-Ч:,. приводит к повьшэ-нззэ скьсиетричкостк макроструктуры и как следствие к понижения анизотропия свойств после обработки (рпс.1). ШвыгеЕке с;а£метр;в! . (спасение анизотропии свойств) макроструктуры коцпозкщганного материала Езблодзется и во времени в результате протекания скалярных хлилчэскнх процессов (рис.1).

- -Таким образои статистический класс симметрия мз^фоструктуры строительного кзлозита определяется как о&^зн группа с ¡тетрил Есхо^аьк- кзякнентсз, действ-,хщс-: полей к протекавших процессов. Эю калс-хенке било назваао "соответствие!! си^етрии ¡гелду структурой к^псзита, лоляыг п зрсцессагш, сопрсвухдаг^таж твердение".-

Анадиз выполненных терысушаьзяеских расчетов, свягываацр: Еглпчгну отрицательного антрпптаного потека с форзлфСЕанием упорядоченных структур различной скм^зтр:ш за счет дейотл::л поля тяготения и полей технологической природы, в совокупности с результатам: исследования изменения прочности п азизотропип свойств це-изнткого каиня во времени позволил установить наличие коррелаци-елной связи"иенду значительный уценьсенкем анизотропии к сбросом срочности а также зависимость Ееличгшы периодического сброса прочности цатерпддд от гашыгтрии и аиизотроапп макроструктуры композита. Показано, что калебанин анизотропии и прочности ео времен;: затухает, они происходят через строго определенные проиа-гутки вреигни. Полученные данные позволили сформулировать пола^е-шге об "учете интенсивности колебательных процессов в технологии", которое устазааливагт: существование*корреляционной связи ыелду уменьшением анпзотреппл свойств и сбросом прочности композитом; а такхе проявление череа строго определенные промежутки времени гатухас^х калеба:иш аняготрепшх, сбросов прочности, га-виекмзх ох степени тааагэтрнчноста структур!- материала и интенсивности процессов его структурообрззозааяя.

Назичш критического уровни алгзотрепкк свойств, при которой ьаблзсдсстсл необратимое падеже флзЕкэ-к'гхЕ-тпескнх свойств компоста. пэтргбевзле установления безопасного уронил анизотропии свойств, характерного длл материалов с оптимальной изкрострукту-рой. Прег:^гадпе безопасного уровне ведет к 1штенс:гчыи структур-нэ-иеханшкекта? презрзл^гния^ н, как следствие, к необратимой, .дастр*/;а5гл ко^оэпта {тзбл.1}. Так, безопасная степень акизотро-

сеоиств ссстзгляэт для тяхс-лсё бетонпсй с»:?™ - дз 1,15; Со-тска кз ее ссгсзе - до 1,05; . кх^рсгга -

ция ааязотрозяпз сволстз достигается за счет пр:згеяек:!я иэссган^ п шггквяых техйологпческих пр::емсь. В результате анзл:за эв^злецст сесйстз в занксгзгсхгтп от степени с:2аг-этр:пкости его

макроструктуры установлено существование тупиковых путей его раз-зэтл, псзтсну фср!^пруЕ~йсл материал тмеет определенные путл развития а не произвольные.

Показано, что прг: интенсивных перподпчесгсз колебаниях анизотропия свойств во Еременл в н;якос:2л.'этр;1чнкх структурах композита (каар52,гер прессованный кирпич) нарушается требования подобия структур, а следовательно Ёэвоаизяно применение первой xecpes.ii т-есрзп! подобия прп описании гавкп^ссген типа "состав - технология - - свойство". Для вксскоспьл^етрпчкых структур периодические ■ колебаяга акнготгогп^ негкмггельЕЫ, вследствие чего всз^гояно применение указанных метс-дог.

Расчетным путец для случая, когда гро^гсть запилки-елеи. больше прочности бетона с 2ьчх;ссс:пс»'?тр:г:пс:1 гк-ф^стругсг/рс:!, пс-лучека "зависи^ост:-:

йб = 7('.У?)п р'(Ц/рР)4 Ра (1)

где: %'Р - симплекс, учитывался: адсорСцпу заполнителем влаги;

У - количество зодк, " здссрб1Фуецое поверхностями ЗаПОЛНИТеЛЯ, л /Ы^;

п - показатель, учитквЕг^нл сн!ке-п:э анизотропии свойств кз^згя за счетоведения заполнителей: г. - 1/(Зх+Зм),Зк - гус-л. Зц -П/н!'. Ц.Л- соответственно рзехед г;ебня, песка, кг/ы3';

Зз.Оя _ соответственно плотности гребня, песка, кг/и3; Ц - расход цемента, кг/и3; р - плотность жтдкссти гатверенпя, кг/л: Т - параметр, учптнзгЕ-нй услозпя тзердэзкя; Р - расход .тпгкестл ззтгореяпя, л/м3;

НЛ,Н,3 - соответственно активность портландцемента лл» елйяп-целечного ннхущегз :* прочность тяжелого Сетона на рассиатрп^еч'гг цементе, -

■ • . . • ■ .Таблица l

Влияние анизотропии свойств тяжелых бетоныз на их физико-механические характеристики

Состав бетона В/Ц Степень анизотропии свойств Прочность бетона при сжатид, МПа.на 23 сутки К-нт вариации прочности Сетона, г Прочность бетона на растяжение при раздавливании, Ша, твердевшего, сут. Морозостойкость, циклов

бетонной смеси Сетона

28 ВО

1 2 3 .1 ■ 5 ■ 6 7 8 9

Щабень- 1,08 1,01 58 6 5,8 7,6 180

1360кг 0,4 1,11 1,03 . сгс ии 10 4,7 6,0 15Q

Цемент: 1,55 1,04 47 13 3,8 4,0 150

песок-1 2 1,20 1,07 37 16 3, 5 1,8 100

1,12 1,03 41 6 .4,1 4,5 - 140

С у 5 1,21 1,0. -30 17 3,0 120

1,23 1,12 £0 23 2,0 1,2 ео

Щебень- 1,09 1,02 66 5 6,1- У,а . 220

1250га- 0,4 1,16 1.04 63 6 5,7 6,6 190

Цемент: 1,17 1,07 43 18 4,2 2,8 140

песок-1 2 1,25 1Д. 32 21 3,0 ' 1,9 120

1,07 1,01 50 8 . 5,8' 7,7 150

0,5 1,10 1,02 50 8 5,0 6,3 140

1,20. 1,06 38 15- 3,2 2,0 100

1,30 1,0В 27 16 2,2 1-.1 . 90

Щебень - .1,07- 1,03 •47 9 5,2 6,8 150

1320кг 0,5 1.14 1,06 35 16 . 4,0 4,1 110

цемент: 1,16 1,07 22 16 2,8 1,7 ■ 90

песок-1 3 1,18 1,07 16 - 18 2,5 1,5 90

1,06 1,02 37 10 4,8 6,2 100

0,55 1,14 1,04 28 12 3,9 4,0 70

1,14 1,05 20 12 3,0 2,9 i 60

1,15 1,05 1S 13 2,9 3,0 50

Примечание: в стслбцз 6 приведены максимальные значения ко-

эффициентов вариации прочности батонов при сжатии .или на растяжение при раздавливании,которые свидетельствуют о том, что значения результатов испытаний 5етг:-:ов с ст-г-чахиденся анизотропией свойсте принаглгдат.разным выборкам.

Из значений показателя п следует, что-чем больше заполнителя Ь бетоне, тем меньпе анизотропия свойств материала и те!.» меньше п. " Его величина определяется концентрацией заполнителя и ограничивается содержанием цементного теста с требуемым В/Ц для достижения нормируемых.прочностных-и других показателей свойств бетона. _ _

Установленные закономерности справедливы также для ячеистых • бетонов . После незначительны.4: преобразований можкс получит:.. зави-

• симость прочности ячеистого йетсна от его состав,':

Р-б = Кп К(Ц/Л)« Яь (2) .

где: П - величина пористости, проц.; .

Кп- коэффициент, который при постоянном химическом составе компонентов и наборе технологических приемов зависит только от поровой структуры самого бетона, его статистического класса сим' метрии. Для шлакощелочного пенобетона, статистически обладающего поровой структурой с симметрией примитивной кубической или объемно-центрированной решетки, Кп=0,0047 проц. /кг, для гексого--нальной- 0,00306 проц./кг..

Разработанные и сформулированные основные'положения оптимизации структуры и технологии строительны}; композитов, заключающиеся в: применимости принципа симметрии б технолсгш строительны:: композитов; выявлении структурного признака сшлсоргачкэукщнхся ^ систем; соответств:ш симметрии между структурой композита, полями и процессами .сопровождающей твердение; учете интенсивности колебательных процессов в технологии, положены в сснсзу управления структурой и свойствами строительных композитов. ^

• Таким' образом, управление техкслсгичеста! прсцгтсг.м изт.-тое ления строительных материалов может быть осуществлено с помощью ' принципиально нового подхода к оптимизации структуры и технологии строительных композитов, заключающегося в - возможности мнсгонари-антного рассмотрения симметрии структуры применяемых' компонентов а также прилагаемых полей с различной степенью симметричности, создаваемых технологическими воздействиями, в направлении получэ-

• ния наиболее высокос..шетричной структуры материала (рис.2). В этом случае критерии оптимизации описывается с помощь» симметричных преобразований, а функция цели, учитывает особенности процессов структурообразования.

Ограничения

• технологические

прочность.морозостойкость, средняя плот-

кость и др. техника-экономические

приведенные затраты, расходы энергоносителей и составляющих композита

Целевая футщця:

-минимум аниаогропии сеойстз смеси (композита) ; - выбор наиболее оалгетрк-чнск микро- или макроструктуры смеси (макрост руктуры . композита)

ееод вазмшмьк азов шрьееых

МАТЕРИАЛОВ II 1Е. ХАРАКТЕРИСТИК (ветвление) . .

ВВОД ВОЗМОЖНЫХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СПОСОБОВ, ВАРИАНТОВ РЕШЕНИЯ К ПАРАМЕТРОВ ИХ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ - . (ветвление).

п.

РАЗРАБОТКА АЛЬТЕРНАТИВНЫХ ТЕХНОЛОГИ-•> ЧЕСКИХ РЕШЕНИЙ

(ветвление)

РАСЧЕТ Л ВЫБОР ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО г> РЕШЕНИЯ

• I ' ■

у

и

ВЦЦАЧ4 РЕЦЕПТУРЫ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ РЕ5ИМ0В ПР0ЛЕ50ДСТВА МАТЕРИАЛА С ТРЕ-БУШ&Я 1ЮКДВАТЕЯЯЙ1 СВОЙСТВ

РиЬ.З. Схема последовательности многоваркантЕой оптимизации структуры и технологии строительных композитов с-пониженной анизотропией свойств. Е четвертой . главе приводятся конкретные результаты применения предложенного направления' оптимизации .структуры и технолога: строительных композитов. ' '•"• ■

Моделирование микроструктуры путем- изменения симметрии ее элементов (исходной твердой и ближнего порядка жидкой фаз), позволяет регулировать структурное соответствие между нкыи и управлять свойствами' материала. В. результате анализа такой модели предложен ряд технических решений;, новизна которых защищена а.с. СССР. Так, для шшкощелочных вяжущих систем предложено введение КВгЕНгО^^геНгО-.ИаКНгО^^аСНзСООЗНгО и др. , а ' для портдаздце-ыентных - кадии-никелевто-сульфата, бксулъфптного щелока и др. Умепьпевке степени структурного ■ соответствия иегду злемзхтслп рассматриваемой модели при введешга сас1а, - бисульфпткого'салона ;Ш1 дисперсии ПБА затрудняет кристздлизацга растворимых щелочных :^5тоталлгг^ратов, содержащийся- е нефелиновом портландцементе и тем сагл-« приводит к исчезнове'шгэ высолое на поверхности камкл.

Оптимизация ¡макроструктуры строительных композитов была выполнена с использованием структурны;-: моделей технологического процесса, Еключаззщего все его -переделы. Качество струр-турной модели "состав-технология-свойстЕо" оценивалось по характеру получаемой структуры композита. Изменение характеристик последней в направлении повышения степени симметричности осуществлялось с помещу пассивны;; и активных технолопг^есклх приемсЕ.

К пасс!!Еньз4 приемам относятся приемы, которые стабилизируют ■ структуру,- делеят ее жесткой, способной сопротивляться возникающем напряжениям и перестройке макроструктуры композита и изменении ее статистического класса симметрии. Эти приемы связаны с назначением состава, с физико-мехашмескимии структурными характеристиками применяемого сырья, добавок и т.п.

Примером приема снижения анизотропии свойств макроструктуры является устройство дорожных оснований из нефелинового шлама и ' щебня. При многовариактном рассмотрении возможности устройства такого основания при его уплотнении дорожными катками было выбрано три базовых варианта: устройство основания из нефелинового плама или га смеси нефелинового шлама и щебня а также последовательная укладка щебня и плама. Из оцениваемых вариантов сзмым эффективным является третий, который в результате послойной укладки щебня п нефелинового илаыа обеспечивает получение наиболее трещи-ностойиой- конструкции основания. Эффективность принятого рошени.-Объясняется созданием Еысслоскмметричной структуры основания зе счет у пру гс го последействия предварительно уложенного щебня '!пос лэ'снятия нагрузка, создаваемой кэткзм), наяравланкуу «ла пcause unз симметрии форьпгруЕщейся макроструктуры бетона, а также медленным развитием процессов структурообразонакня при твердении неуплотненного нефелинового плама, расположенного s пустотах щебеночного основания..

Для назначения составов тяжелых бетонов на портландцементе и слакс-щелочных вяжущих с применением ЭВ?Л разработана модель, включающая яолученяуя нами зависимость прочности от _состава тяжелого бетона и анизотропии его свойств, и которая применима для вяжущих различного состава.

К активны?' технологическим приемам согласно установленному положений ¿ соответствии ск.шетр.т между структурой композита, полями и процесса.1*;:, ■ сопровождающей твердение, относятся поля

различной природы, характеризующиеся выгс-коскммггг-гаккмй Гейгерами. Например, силовое поле, возникающее б результате действия расширяющиеся добавок. Эти поля способствуют повышению статистического класса симметрии образующейся структуры композита. В результате приложения таких ' полей', происходит уменьшение анизотропии свойств материала ниже безопасного уровня, что повышает долговечность получаемого 'камня.

Примером применения такого приема может служить введение в •состав материала нового-вида расширяющихся- добавок,' ртносящихся к классу кристаллогидратов с низкой температурой плавления" игл: дегидратации. ' Отличительной их особенностью является возможность применения в шгакосшшотриФшх' срегу<, например в прессбетонах,. за счет создания выслзкоскмматрта^огэ ■ расширяющегося.давления, способствующего снижению анизотропии свойств.Положительный результат объясняется созданием давления га счет плавления при ТРО■ кристаллогидратов ил:' екделекня химичаекп связанной воды из них ц; жидком состоянии. Применение таких добавок- позволяет оптимизировать прсцгсс получения силикатного кирпича, охкагаться от введе-. ция в его состав' кварцевого песка и получить ¡качественный материал из массового отхода глиноземного производства - нефелинового шлама;.Степень анизотропии свойств композита регулируется .как соотношением молотого к .немолотого шлама,. тазе и полями, создаваемыми за. счет тепловлажностной обработки и введением предложенных расширяющихся добавок (гипсоеого камня, фторгипс^а). Количество последних предопределяет скорость 'формирования крцеталлогидраткых фаз на этапе приготовления сырьевых масс и 'их разрушения на стадии аЕтоклазированкя с выделением зоды в жидком состолни:;, что создает расширяющиеся давления и вызывает получение высокосиммет-ртш макроструктур композита. Варианты решения такой оптимизационной задачи, представленной в виде структурной модели, и неко-• торые свойства полученного кирпича приведены в табл. 2. В рассматриваемой модели в качестве функции цели принята зависимость анизотропии' • свойств кирпича- (Г) от содержания молотого шлама (а), . давления пресссвания (в), давления насыщенного пара в авт~кваге при • изотермическом зыдергибзли:: (с) и содержания гипсового камня ((3). Нормирующими величинами {''граничениями), . караетеригуащпми качество продукции, был:: принять: прочность при сжатии (Я »¿Па) и

у'С-ЗДКа •у.3,1Г:4/М/.

Таблица 2

Оптимизация процесса изготовления кирпича из нефелинового шлама

N 1 Ограничения Значения параметров технологичгс-

п/п | КОГО прсце

| 3 % .с,* .и*. 1 РД _!__________

1 0<а<25; 0<в<40; ......

•СКс<1,2Ж; 0<сК5; Л О его } 14 с, 0,9-1

Ь-10; 3-0,3; Р-,т1г.

•2 То же, но в<Е0;й-С 0,3 13 0,38 О 2,39

3 То же, но 3-0,С7 11.3 17 £ 1,2 0 2,31

4 То же, ко Р-7,5 Нельзя получить ПО ограничению Б

С То же, ко вч40;с!<5 6,6 26,0 0,5 5,0 3,58

6 То же, но Е-12,5;

3-0,28 • 11,0 12 а 1,2 3,0 2,05

7 То же, но ¡5-15 16,85 16 73 о х , ~ 5,0 1,92

Применение модели, в которой реализовано соответствие структур химических радикалов исходных веществ, позволило уменьшить анизотропию свойств композита за счет действия равномерных расширяющих давлетт, создаваемых формирующимися новообразованиями со значительны!.! количеством связанной воды, типа природного минерала славшадта.

Применение такой добавки в тяжелых бетонах на портландцементе приводит к. повышению морозостойкости на одну, две марки т? зависимости от состава. Другим частным случаем применения указанной модели, з которой реализуется структурное соответствие рацпгсллор, является использование .расширяющихся добавок, ■ получаемых при введении гипсового камня в шлакощелочное вяжущее . на сйове .чидгаг,< стекол. Синтезируемый камень отлетается пониженной анизотропией свойств и повышенной трещиностойкостью.

Сформулированные положения оптимизации структуры и технологии строительных композитов позволили разработать интенсивную технологи» шлакощелочных бетонов. Установлено, что ее эффективность зависит но только от физико-химических процессов, протекающих в твердеющем вяжущем, но и от степени симметричности ближнего пс-рядка микроструктуры жидкости затворения. Разработаны приемы управления макроструктурой материала, позволяющие получать плотившие упаковки с пустотностью 20..-.ЗОХ из предварительно уложенного в форму однофракпионксто рядового щебня. ■ В зависимости от

используемых материалов и назначенных режимов прирост , прочности 'бетона составляет до 40% по сравнению С прочностью- бетона аналогичного состава, полученного по традиционная технологии.

- .В пятой главе содержатся результаты внедрения и расчеты экономического эффекта полученного при применении разработанного подхода к оптимизации для конкретных технологий строительных'материалов. •

. Представления о механизме действия предложенных расширяющих-'ся добавок (эттрингига, слабо закристаллизованных обводненных гидросилпкатов кальция) в низкосимметричных структурных моделях были использованы при разработке заводской природоохранной,технологии производства силикатного кирпича, вкдачащу» замену кондиционного мелкого запсллителя на отход глиноземного производства -нефелиновый шлам. При мощности завода 30 млн.'. ет. кирпича в год получен экономический эффект 260 тыс. ' руб ( в ценах 1990г.)' счет замены материалов и уменьшения затрат на содержание отвалов.

Строительным управлением треста "Красноярсюкилстрой-!" осу-' цествлены работы по получению портландцементкых строительных растворов, -не образующих высолы в процессе эксплуатации. Положительный эффект достигается зв счёт введения-дисперсии ПВА в количестве 0.7Х от массы цемента.

Трестом "Сибтрансспецстрой" ГлавКрасноярскстроя осуществлено внедрение пассивных' методов оптимизации при устройстве дорожного основания из нефелинового шлама и гранитного цебня.

На заводах г.г. Чигирик, Уртасарайск, Ханки и др. (Узбекистан) при оптимизаций составов шлакощелочных^ и портландцементных тяжелых Сетонов испольвована разработанная програша для ЗЗМ, учитывающая> установленные особенности применения законов подобия в строительных композитах и предусматривавшая учет влияния анизотропии свойств бетона на его прочность. Реальный экономический эффект в ценах 1991г. составил около 1 кыш.руб.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ .

Впервые теоретически обоснован и экспериментально подтвержден прикташально новый подход к оптимизации структуры, и технологии для получения строительных1 материалов с ».ошмеинсй анн-сотрспи&й свойств.

Разработаны методы управления процессами структуросбразова-ния строительных композитов как самсорГанизую:дихся систем с пони-, женной анизотропией свойств.

Термодинамическими расчетами установлена зависимость процессов самоорганизации структуры композитов от степени симметричности (уровня анизотропии с2систв).

2. Теоретически и экспериментально доказано, что перисд-.гсес-ки возникающая повышенная анизотропия свойств при подводе энергии служит . признаком самссрганизугЕЦХся систем как на ¡¿икре-, тач и на макро- уровне структуры материала.

Экспериментальными исследованиями различных видов вяжущих установлено, что на микроуровне повышенная анизотропия свойств связана с микроструктурными дефектами слабо закристаллизованных гидратов, 'а на макроуровне периодически возникающая повыленная анизотропия свойств явлгется следствием протекания процессов структурообразованкя вяжущих и изменяется под действием полей, создаваемых технологическими воздействиями. Установлено, что действие принципа Кюри соблюдается на микроуровне для закристаллизованных веществ,' а на макроуровне структуры композита для материалов в периоды уменьшения анизотрошш их свойств.

3. Разработаны структурные модели на основе представленга с!1шетрии, учитывающие- наличие связи между интенсивностью процессов структурообраэовалпя вяжущего и симметрией среды, е которой они. протекают.

Структурная модель на макроуровне строительного материала представлена "статистическим элементарным объемом композита", в котором месторасположение дискретных элементов структуры (пор, зерен заполнителя) можно установить с гэдаяной точностью и выделить элементы оимметрш. Если расстояния между элементами структуры мзлы и ими можно пренебрег (напрш/ер цементный камень), то получаемая структурная модель характеризуется одной из предельных групп симметрии и определенной величиной анизотропии свойств.

Структурная модель на микроурозне представлена как иззестная из кристаллографии элементарная ячейка рассматриваемого кристаллического образовать. Если этот уровень требует рассмотрения со-/ вокупности элементов микроструктуры, то в этом случае структур-куп модель сл-дует формировать, исходя ira представления микроструктуры каг непрерывной среды с симметрией, создающей соответствуете

макроскопические свойства.

4. Разработана методике построения структурных моделей. На микроуровне структуры элементарная ячейка кристалла определяется рентгеновским методом. На макроуровне структурная модель материала как "статистический элементарный объем композита" может быть построена вследствие анализа месторасположения дискретных элементов (пор, зерен заполнителя) в его объеме с учетом статистического разброса (разработанный графоаналитический метод). Упрощенная структурная модель в случае рассмотрения материала как непрерывной среды устанавливается с помощью его структурно характеристик (показателя и степени анизотропии свойств) к данных, полученных в -результате применения акустического метода исследований.

5. Показано, что изменение .симметрии среды,- образованной ас-, ходнымк микроструктурами твердой и хшпксй фаз вяхущего, еозыожно при наличии у них общей группы симметрии. В этом случае, чем.выше симметрия микроструктуоы вяжущего, тем интенсивнее,' при прочих равьых условиях, протекает процессы структурообразсзанпя:

6. Разработаны основные положения оптимизации структуры и технологии строительных композитов, вюшчзйщие применимость принципа' симметрии в технологии бтроительных композитов; выявление-структурного признака самоорганизующихся- .структур; соответствие симметрии между структурой композита, полями и процессами, 'сопровождающими твердение; ' учет интенсивности колебательных ,-прсцессов в технологии.

7. Предложен принципиально новый подход к оптимизации структуры и технологии строительных композитов, заключающийся в представлена Бсего технологического процесса в виде соответствующей структурной модели, включающей систему зависимостей, -'связывающих модель композита или смеси с составом и прилагаемыми технологическими воздействиями. .Применение структурного критерия, ■ сформированного с использованием симметричных преобразований, позволяет увязать весь технологический процесс в*единое .целое и осуществить многовзрианткое рассмотрение качества имеющихся технических репе-ний. Оптимизация структуры и технологии-строительного 'композита монет. осуществляться как на микро-, так и на макро- уровнях его структуры. ...

8. .Оптимизация микроструктуры осуществлена в результате, анализа ее структурной модели зг счет многовариаяткого рассмотрения

структурного соответствия между компонента.!:-: и предложен ряд добавок для шлзксщелочкых вяжущ® и портландцемента, ярпмзпепие которых погзоляет дсст:г^ь эзданные показатели жизнеспособности смеси (измешэнпо сроков схзатизания па 40...50^), прочности (увеличение на 25...¿02), усадки цементного камня (снижение до 0,1 мм'м в возрасте 23 суток воздушного хранения). мсрозсстсйкссти Гувеличение на 1. ...2 марки) др. свойе-та строительного композит-'. •

Э. Показано, ч'тс периодически возникающая повышенная анизотропия свойств вызывает • соответствующие "братимые и необратимые сбросы пряности композита ео времени. Предложен безопасный уровень анизотропии свойств макроструктуры материала превышение которого ведет к интенсивным структурным превращениям и, как следствие, к", необратимой деструкции. Безопасная степень анизотропии свойств композита нэ превышает для'бетонной смеси - 1,15; тяжелого б'етона - 1,05; силикатного кирпича - 1,1. Минимизация анизотропии свойств при соблюдении необходимых ограшпений нз нормированные характеристики матери-зла (получение оптимальной макроструктуры), достигается за счет применения пассивных и активны:: т^хнп^оптч^с^.х приемов.

10.. Направленное применение пассивных методов управления, связанных с-физике-механическими и структурными характеристиками н-чхсднь*х к^.нтснер^оз, тТ!'~5аво*': к ^. ™. пез^олгле '-"■^^лизнровать макрсструктуру композита, сделать ее тпсеСксп сопроти -

лйтьсч вогяпкалзд: асярчжзяйяк. 2т;: '„'«х-де при м::сгс-

■ вйр1гаутц"м р-сс:;стр>зн:::: порядка у'-трс-йства дсрс-жных пс

щебня и 'нефелинового шлама, при разработке программа нззначзнкя ¡;а ЭВМ составов тяжелых бетонов ка портландцементе и шлакс-щелоч-нон вяжущем, . позволившей снизить расход вяжущего з среднем нз 10.:.20%. .

11. Применение активных технологических приемов, создающих чысокосимметричные поля, направленные на повышение статистического класса симметрии образующихся структур, позволило разработать интенсивную технологию пшакощелочного бетонз, повьшаиоуы прсч-ность материала до 40£ в зависимости от параметров получения, а также методы понижения анизотропии его свойств за счет создания' и применения расширяющихся цементов, приводящих к возрастали прсч-?юс~:1 и морозостойкости соответственно до £0*. и "40?..

12. В промышленных у._\гов»!ЯХ реализован предложенный мкегева-

ризнтный подход к оптимизации структуры я технологии для получения строительных материалов с пониженной анизотропией свойств при: изготовлении строительных растворов на основе нефелинового портландцемента, -. не образующих высолы в процессе, эксплуатации; устройстве дорожных оснований из нефелинового шлама и.щебня¡при создании заводской технологии силикатного кирпича из нефелинового илама а также при разработке программы назначения составов шлако-щелочных и портландцементных бетонов с использованием ЭВМ,

: 13. Реальный экономический эффект .в результате внедрения разработанных ниекоэнергоемких технологий составил около 2-х млн. руб. за 1989...1991г.г., и показал широкие возможности использования предложенных структурных морг гей в. методов их реалпгации.' Основные положения работы освещены й-учебнике. 2-х учебных пос-с биях, а также в 34 публикациях, в том числе 14 а.с. ССОР.

Основные результаты диссертационной работы содержатся в следующих публикациях: ___

1. Шейнич Л.А. Строительные растворы гидратационного и контактного твердения на оснйве.-шлама • АГК,' не образующие еысолы. //Шлакощелочные цементу, бетоны и конструкции: Тез. II Всесоюзн. научно-практ. конф.-Киев,1984.-С.108-111. .

2. A.C.1146289 СССР. Вяжущее / Глуховский В.Д., »Кризенко П.В., Шейнич Л.А. и др. Б.И. N 11, 1985. '.;.''

3. Шейнич. Л.А., Румына Д.А. Влшние .солей фосфорной кислоты на свойства'шлакощелочнкх конгломератов. //Теория, производство и применение искусственных строительных конглоЫератов в водохозяйственном строительстве:. Сб. Всесошой научно-техн. конф.- Ташкент, 1985. С.311. ' ' •

4. A.C. 1165557 СССР. Расширяющаяся добавка к шлакощелочнкм вяжущим /Глуховский В.Д., Р/нова Р.Ф.., -Шейнич Л.А. к др. Б.И. N 25, 1925. -';

5. A.C. 1175916 СССР. Сырьевая смесь для изготовлен:", строительных изделий /Глуховский В.Д., РуноЕа P.C., Иейнич Л.А. и др. Б.И. N 32, 1985.. ■--••.

6. А.С.1217675 СССР. ' Способ.изготовления строительных изделии /Глуховский В.Д., Рунова Р.О.,. Кавалер ::ва Е.С., Шейнич Л.А.

Б.И."Н 10, 1986. . • ■ '

7. Письменная Л.Ю., Петренко И.Ю., Скурчинская Ж.В., Румына Г.В.'., Шейнич Л.А. Шлакощелочное вяжущее с добавкой перманганата натрия //Строительные материалы, изделия п санитарная техника. Вып.-9.- .Клев: Еуд1Еельник, 1986. - С.36-37.

. 8. A.C. ; 1E5231G СССР. Закладочная '.строительная смесь /Глу_ ховский-В.Д. .Крпвеккс П.Е., Шейнич Л. А. и др. ЕЛ1. í!3l,

9.. Глуховский В. Д., Рунсва Р.Ф.,. Шейнич' Л. А., гелевеп- А.Г., Основы технологии отделочных, тепло- и гидроизоляционных материалов.. Киев: Einua д!колн, 199^. - . ОС1'^.

10. Голубятников И.И,, Кочевых М.А., Наксунс-е С.Е., Шейнич Л.А., -Рунсва'Р.Ф. Рекомендации по применении голоплакоьых смесей от сжигания 'бурых углей-на ТЗС КАТЗК при строительстве автомобильных дорог и промплодадок. - Киев,. МинЕУЗ УССР, 1SS5, C.1?.

11. A.C. 1293158 СССР. Сырьевая смесь для изготовления огнеупорного легковеса /Шейнич Л.А. Б.И. N 8, 1937.

12.-Шейнич Л.А, К - вопросу использования теории подобия р 'технологии бетона '//Известия СУЗся Сер. Строительство и архитектура. - .1987.- N 12., '- С.61-64.

13. A.C. 1406126 СССР. Расширяющаяся добавка для шлаксщел:.ч-пых. вяжущих /Глуховский В.Д. , РуноЕа Р.Ф.,шейнич Л. А. и др. Б.И. II 24, 1988.

.14. Глуховский В.Д., Шейнич Л. А. Желегсссдгржацал расширю. £ пая -добавка для шлакощглочных цементов /-'Химическая технология. Киев: Наукова думка, 1929. - С.92-93. '

V. 15. Рунова Р.Ф.'.Еабийчук И.П. .Байбеков Я.У.. ,1!I-:й'.нг-; Л. А. Ре "комендаци.и по устранении, высолообразовзния на игдел1$х иг нефелг. нового шлама. - Киев, Ротапринт., 1989. - С.21.'

16.- Байбеков Я.У.; .Гармаиов А.П. .Шейнич Л. А. Соверкенствова ние технологии кирпича из нефелинового шлама //Шлакощелочные це менты, бетоны и конструкции: . IJI Всесоюз. конф. - Киев, 1989, т.1. - С.129-130. •

17. Шейнич Л.А. Влияние структуры воды на свойства цементного теста и камня //Химическая технология. - Киев: Наукова думка, г 1993. - С.38-38. '..-••

18. Шейнич Л.А. Огнеупорный.легковес //Химическая технология. - Кие»,: Hayгсова думка, 1990. - N 4. - С.81.

19.-A.C. 1578038 СССР. Шакощелочное расширяющееся вяжущее

- so -

/Глуховский Б.Д., Кривенко П.В., Шейнич Л.А. и др. Б.И. .N-26, 1990. ' . •■ *

20. Глуховский В.Д., Р/нова Р.®., Шейнич .I.A. Оценка техно-' логических'воздействий на свойства бетонов контактного твердения //Кзе. ВУЗов. Сер.Строительство и архитектура. -1991. - N 1 -С. 51-54. .

21. Соломатов В.И., Шейнич Л.А. Оптимизация технологии бето-•на на плотных заполнителях с использованием законов симметрии /"/Изв. ЕУЗов. Сер. Строительство. - 1991. - N 10. - С.61-64.

22.. Шейнич Л.-А. Зависимость прочности бетона от его пористости //Строительные материалы, изделия и. санитарная техника. Вьг. 14. - Киев: Еуд1вельник, 1991. - С. 63-65.

23. A.C. 16363S3 СССР. Комплексная добавка для ашакощелочно-го вяжущего /Шейнич Л.А., Глуховский В.Д., Бабийчук И.П.- и др. Б.И. N11, 1991.

;24. Ä.C.165E957 СССР. Способ приготовления бетонных изделий /Шейнич Л.А.', Глуховский В.Д., Рукава Р.Ф.., ¿Б.И. W 22, 1991.

25. A.C.1680558 СССР. Щелочной компонент для вяжущего из нефелинового шлама /Шейнич -Л.Л;, Глуховский В.Д., Р/кова Р.®. ,Гар-мзаоь A.n. Е.И. N36, 1991.

26. A.C. 1706996 СССР. Способ изготовления.изделий иг нефелинового шлама /Шейнич Л.А., Байбеков Я.Х., Бабийчук И.П.'и др. Б.И. t! 37, 1991.

27. A.C. 1733778 СССР. Сырьевая смесь для изготовления ас-бестоцеменгных теплоизоляционных изделий /ГолуСничий A.B., Кривенко П.В., Шейнич Л.А. и др. Б.У. N 20, 1992, '

28. A.C. '1763404 СССР. Вяжущее /Шейнич Л.А.,• Глуховский Е.Д,, Румына,Г.В. и др. Б.И. N35, 1992.

29. Кривенко П.В., Шейнич Л.А., Гелзверз А.Г., Ткаленко С.А. Шдакощелочные бетоны с регулируемой экзотермией //Новые материалы и технологии в строительств^: Материалы межведомственной научно-технической конференции, - Алчевск, 1992. - С.4?..

30. Еейтгс Л.А. Структурная оптимизация технологии строительных коьгасзитЬв //Стрсктотыше материалы и конструкции.. - Киев, 1992/ - N2. - С.26-27.

21. Актоаенко Г.Я.,Шейнич Л.О. Основа прэектування- виробпи-чих процеоШ ЕПгогоЕлен.чя зал:гсбетонних BiipoCiB. - Knis, И\К ВО, .1092. - С. 63.

32. Шейнич Л.А. Оптимизация технологии, структуры анизотропных строительных композитов //Физико-химические и технологические особенности получения малоцементных строительных материалов и конструкций: Тез.докл. на научно-техн. семинаре. - Одесса, 1992.-С.10

33. Шейнкч Л.А. Структурно-механические превращения цементного камня во времени //Цемент, С.-Петербург, 1992. - N 4.

С.87-91.

■34. Шейнич Л. А. Оптимизация технологии, структуры строительных композитов //Материалы для конструкций XXI века: Тез. докл. I Международной научно-технической конф. - Днепропетровск, 1992. -С.139-140. '

35. Шейнич Л.А. Оптимизация технологии и структуры анизотропных строительных композитов, Киев УМК ВО 1993. - С.110.

'36. Шейнич Л.А'. ■ р-шяние анизотропии композита на эволюция его свойств //Ресурсосберегающие технологии строительных материалов, изделий и конструкций: Тез.докл. Международной конф.,XI¡научные чтения Белгородского технологического института строительных материалов - Белгород, 1993.

37.. Шейнич Л. А.,Бабич В.И.,Скирстьмонский А.Ю. Технология тяжелого бетона с минимальной анизотропией свойств //Экспериментально-статистическое моделирование в компьютерном материаловедении: Тез.докл. Международного семинара, ОДесса, 1993.