автореферат диссертации по строительству, 05.23.05, диссертация на тему:Закономерности формирования плотно упакованной структуры дисперсно-зернистых строительных материалов при электрофизическом воздействии

0030В7'843

На правах рукописи

Золототрубов Дмитрий Юрьевич

•V-

ЗАКОНОМЕРНОСТИ ФОРМИРОВАНИЯ ПЛОТНО УПАКОВАННОЙ СТРУКТУРЫ ДИСПЕРСНО-ЗЕРНИСТЫХ СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ ПРИ ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКОМ ВОЗДЕЙСТВИИ

05 23 05 - Строительные материалы и изделия

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Воронеж 2006

Работа выполнена в государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования Воронежский государственный архитектурно-строительный университет

Научный руководитель - доктор физико-математических наук, профессор

Павел Абрамович Головинский

Официальные оппоненты: член-корр РААСН, доктор технических наук,

профессор Анатолий Николаевич Бобрышев

кандидат технических наук, доцент Геннадий Дмитриевич Шмелев

Ведущая организация — Белгородский государственный технологический

университет им В Г. Шухова

Защита состоится «27» февраля 2007 г в 9е2 в 3220 ауд на заседании диссертационного совета Д 212.033 01 при Воронежском государственном архитектурно-строительном университете, по адресу 394006, Воронеж, ул 20-летия Октября, 84

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Воронежского государственного архитектурно-строительного университета

Автореферат разослан «25» января 2007 г

Ученый секретарь диссертационного совета

Власов В В

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность темы диссертации

Проблемы управления процессами раннего структурообразования бетонов приобретают все более важное значение в связи с широким применением многокомпонентных композиционных материалов на основе вяжущих веществ, в том числе с наполнителями из различных тонкодисперсных составляющих, разнообразных фибр, с применением модифицирующих добавок и техногенного сырья Уровень современных фундаментальных наук, отражающий сущность физико-химических, гидродинамических, тепловых, диффузионных и других процессов и явлений, составляющих основу строительного материаловедения, обеспечивает значительные дополнительные резервы совершенствования технологий производства строительных изделий и отдельных технологических процессов, в частности, процессов формования Одним из перспективных направлений совершенствования свойств строительных изделий и конструкций из композиционных материалов являются технологии, основанные на управлении процессами, протекающими на межфазных границах Большой энергетический потенциал, характерный для межфазных границ позволяет при приложении незначительных внешних воздействий существенно изменять ход процессов структурообразования и свойства получаемого материала

Одним из наиболее эффективных внешних воздействий на процессы, протекающие на межфазных границах, является воздействие электрической энергией К такому виду воздействия можно отнести электрическую, электромагнитную и электроразрядную обработку, как сырьевых материалов, так и цементного теста, растворов и бетонных смесей Это направление является актуальным, так как в его рамках управление процессами формирования структуры композиционных материалов осуществляется на атомно-молекулярном уровне, определяющем как их ход, так и эффективность

Цель диссертации

Исследовать и реализовать пути управления структурой и свойствами дисперсно-зернистых материалов через физические и электрофизические воздействия

Задачи диссертации

1 Выявить возможные пути контроля и совершенствования структуры и свойств дисперсно-зернистых материалов через физические и электрофизические воздействия

2 С позиции физико-химической механики представить основные структурные характеристики дисперсно-зернистых строительных материалов и дать им количественные оценки

3 Теоретически обосновать эффективные виды электрофизического воздействия и определить закономерности влияния таких воздействий на протекание процессов структурообразования дисперсно-зернистых строительных материалов

4 Выполнить экспериментальные исследования по предложенным видам электрофизических воздействий и оценить их технологические эффекты

5 На основе полученных результатов разработать практические рекомендации, направленные на совершенствование технологии производства строительных изделий

Научная новизна работы

В данной работе получены следующие новые результаты

- проанализированы и развиты представления об электрофизической обработке бетонных смесей и их компонентов, дано теоретическое обоснование некоторым видам электрофизическою воздействия,

- разработана методика исследования структуры дисперсно-зернистых систем электрометрическим методом,

- экспериментально определены как области преимущественного существования пленочного и капиллярных давлений в структуре дисперсно-

зернистых систем, так и взаимосвязь пленочной и капиллярной влаги через переходы влаги из пленочного состояния в капиллярное,

- определена фрактальная размерность отдельных частиц кварцевого песка, связанная с формой и характером поверхности твердых частиц,

- с помощью разработанного ультразвукового метода, определены особенности структурообразования дисперсно-зернистых систем и фрактальные свойства таких систем в сухом и влажном состоянии,

- установлен эффект перераспределения влаги в обводненной дисперсно-зернистой структуре при электрическом разряде

Достоверность полученных результатов

Обеспечивается теоретически обоснованным комплексом исследований, основанием для которых являлось применение стандартных методов испытаний и измерений, сопоставимостью полученных результатов с положениями и данными фундаментальных наук, статистической оценкой достоверности результатов исследований

Практическая ценность результатов диссертации

Развиты научно-практические методы измерения и формирования структур дисперсно-зернистых материалов Разработаны теоретические положения и получены практические результаты формирования требуемой структуры строительных материалов и обеспечения повышения их физико-механических показателей путем применения электрофизических методов воздействия Разработаны основы технологии формирования строительных изделий с одновременным применением электрических воздействий и механического прессования

Внедрение результатов

Результаты исследований применены для разработки рекомендаций по режимам обработки электрическим полем бетонных смесей Методические разработки использованы в учебном процессе по специальности 270106 -«Производство строительных материалов, изделий и конструкций» при поста-

новке учебных и научно-исследовательских работ по дисциплине «Технология бетона, строительных материалов, изделий и конструкций»

Основные результаты, выносимые на защиту:

- структурные характеристики дисперсно-зернистых материалов с учетом определения фрактальной размерности отдельных частиц и фрактально-кластерных образований,

- зависимость электропроводности дисперсно-зернистых материалов от капиллярно-пленочных переходов в структуре системы,

- теоретическое и экспериментальное обоснование механизмов влияния электрофизических воздействий на раннее структурообразование дисперсно-зернистых строительных материалов;

- зависимость изменения прочности цементного бетона от параметров обработки электрическим полем с совместным действием механического прессования

Апробация работы и публикации

Основные результаты диссертации представлялись на научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава Воронежской государственной архитектурно-строительной академии (19972006 гг), на втором всероссийском семинаре «Нелинейные процессы и проблемы самоорганизации в современном материаловедении», проходившем в городе Воронеж в 1999 году, на всероссийской конференции «ФАГРАН-2004», проходившей в городе Воронеж По результатам исследований опубликовано 7 печатных работ, из них 1 работа в издании из перечня, определенных ВАК

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из Введения, 4 глав, основных выводов и 3 приложений Общий объем диссертации составляет 135 страниц машинописного текста, включая 5 таблиц и 40 рисунков, а также списка литературы из 117 наименований

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во Введении обоснована актуальность темы диссертации, сформулированы цель и задачи исследований

Первая глава посвящена литературному обзору Рассмотренные современные способы электрофизической активации бетонных смесей и их компонентов позволили привести их классификацию и возможные механизмы воздействия (Таблица 1)

Таблица 1 - Классификация электрофизических методов обработки строительных материалов и предполагаемые механизмы воздействия на них

Электрофизические методы Предполагаемые механизмы воздействия

Обработка в магнитном поле - ориентация частиц в магнитном поле, - изменение свойств ионов солей, входящих в состав воды, - изменение структуры и свойств воды, - увеличение числа центров кристаллизации, - разрушение создающегося каркаса коагуляционной структуры, - разрушение экранирующей оболочки новообразований

Обработка постоянным электрическим током - влияние на соли растворенных в воде веществ, - изменение свойств воды, - увеличение адсорбционной способности твердой фазы, - сжатие диффузной части двойного электрического слоя

Обработка высоковольтным электрическим разрядом - влияние на структуру водородных связей в воде, - изменение свойств ионов солей и свойств воды, - получение модифицированной поверхности, - диспергация частиц цемента с разрушением их кристаллической решетки, - увеличение шероховатости и реакционной способности поверхности продукта дробления, - обогащение по чистоте вновь образованных поверхностей

Высоковольтная электрическая поляризация твердых компонентов - активация поверхности зерен цемента, - обогащение по чистоте поверхностей зерен, - повышение реакционной способности поверхностей частиц

Электрофизические методы Предполагаемые механизмы воздействия

Активация дисперсных частиц коронным разрядом - влияние на электронно-ионную структуру дисперсной фазы, - диспергирование зерен цемента

Приложение внешнего электрического поля - изменение кинетики адсорбции и растворения, - изменение структуры и свойств воды, - уменьшение толщины двойного электрического слоя

Ультразвуковая и акустическая активация - ускорение процесса растворения твердых частиц, - разрушение твердой фазы, - уменьшение толщины двойного электрического слоя, - удаление с поверхности частиц цемента и заполнителя карбонатной пленки и пылевидных частиц

Из многообразия методов электрофизической обработки для дальнейших исследований мы выделили воздействие электрическими полями на ранней стадии структурообразования Выбор обусловлен тем, что свойства бетонных изделий закладываются именно на ранних стадиях структурообразования, а электрическое поле является более эффективным по механизмам и по силе воздействия

На основании проведенного литературного обзора сформулирована рабочая гипотеза Схематично обводненную дисперсно-зернистую систему можно рассматривать как электростатическую систему с большим количеством частиц, окруженных водной оболочкой Эти пленки препятствуют сближению частиц твердой фазы Подавление толщины водных пленок электрофизическими методами приводит к образованию контакта между частицами и увеличению плотности системы

Вторая глава диссертации посвящена методике исследований Представлена методика оценки фрактальной размерности частиц молотого и немолотого кварцевого песка Показана возможность оценки структуры массива дисперсно-зернистой системы путем изучения прохождения ультразвука через образцы материала

В работе предпринята попытка более глубокого рассмотрения процессов формирования структуры свободноуложенных дисперсно-зернистых систем при действии влажностного фактора с привлечением комплексных методов исследования Изучались процессы формирования структуры увлажненных дисперсно-зернистых систем ультразвуковым методом, оптическим и методом измерения электропроводности

Разработана методика обработки бетонных смесей и их компонентов в однородном и неоднородном электрическом поле, а также электроразрядным методом

В третьей главе приведены структурные характеристики дисперсно-зернистых материалов и методы их контроля Исследования проводились на модельных системах «кварцевый песок - вода» Такие системы позволяют изучать непосредственно влияние того или иного фактора не обращая внимание на реакционную способность поверхности дисперсных частиц

Большинство литературных расчетов структурных характеристик дисперсно-зернистых материалов выполняются в предположении, что вся вода в структуре размещается пленочно, а твердые частицы имеют шарообразную форму и гладкую поверхность В действительности это далеко от истины Выполненные оптические исследования зависимости формы поверхности частиц кварцевого песка от их дисперсности, показали, что поверхность частиц кремнезема сильно шероховатая, т е имеет явновыраженный фрактальный характер Мы называем фракталом множество, размерность которого строго больше его топологической размерности Исследуя поверхность частиц на разных масштабных уровнях, можно заметить, что изменение периметра проекции частицы, а также площади проекции частицы на разных масштабных уровнях носит нелинейный характер По тангенсу угла наклона логарифмической зависимости числа элементов длины £>г или периметра частицы от масштаба можно определить фрактальную размерность геометрических характеристик частицы Для разных удельных поверхностей фрактальная размерность I),

варьируется от 1,23 при 8уд = 200 м2/кг до 1,16 при 5уд = 35 м2/кг, а изменяется от 1,582 для Б = 200 м2/кг до 1,784 для Б = 35 м2/кг С увеличением дисперсности фрактальность поверхности частиц проявляется сильнее

Важным вопросом является определение структуры всего массива песка Для выявления такой характеристики мы провели измерение скорости звука в сухом кварцевом песке различной дисперсности. Длина ультразвуковой волны, проходившей через среду была, по крайней мере, на порядок больше размера частиц, что обеспечило исследование среды в волновом режиме распространения Было установлено, что с увеличением дисперсности песка скорость прохождения ультразвука снижается, становясь меньше скорости звука в воздухе Здесь также по наклону линейной зависимости (рисунок 1) логарифма скорости распространения ультразвука в массиве кварцевого песка от логарифма среднего диаметра частицы, можно определить фрактальную размерность всего массива, которая составила £> = 1,13

6,0

5,9

5,8

> 5,7 М

5,6

5,5

54

—-Г-

у

у

у

-12 -И

-10 -9

-8 -7

Рисунок 1 - Зависимость логарифма скорости распространения ультразвука в кварцевом песке от логарифма среднего диаметра частиц

Одним из важнейших факторов при структурообразовании дисперсно-зернистых материалов является влажностный фактор Формы нахождения воды в системе (пленочная или капиллярная) могут существенно влиять на механизмы влияния электрического поля Взаимосвязь пленочной и капиллярной влаги

удалось определить в исследованиях электропроводности и пустотности системы «кварцевый песок - вода» (рисунок 2)

Для проведения исследований была разработана специальная методика Использовался прибор «вольтметр-электрометр универсальный» В7-30 Он предназначен для измерения малых постоянных и медленно изменяющихся токов обеих полярностей, напряжений, зарядов, а также для измерения больших сопротивлений в диапазоне от 106 до 1018 Ом Измерения проводились в изолированной от внешних воздействий камере, где электропроводность исследуемых систем, при прочих равных условиях, линейно зависит от толщины водных пленок

5 10 15 Влажность, %

5 10 15 Влажность, %

1 -300 м /кг, 2 - 200 м /кг, 3-5 м2/кг Рисунок 2 - Зависимость удельной электропроводности и пустотности системы «кварцевый песок - вода» от влажности

В области малых В/Т-отношений электропроводность систем возрастает пропорционально росту В/Т при всех дисперсностях твердой фазы Этот диапазон изменения В/Т характерен также увеличением толщины адсорбционных пленок воды, расклинивающее давление которых приводит к разуплотнению системы и увеличению ее пустотности Дальнейшее обводнение системы, происходящее при увеличении В/Т - отношения с 0,03 до 0,05, сопровождается резким снижением электропроводности систем, что мы связываем с уменьше-

нием толщины пленок воды Этот период характерен прекращением разуплотнения системы из-за интенсивного формирования капилляров и роста капиллярных сил стяжения При этом капиллярные силы становятся настолько значительны, что их преобладание над пленочными силами способствует оттоку воды из пленок в капилляры и соответственно уменьшению их толщины Дальнейший рост В/Т приводит к увеличению обводнения систем, снижению "уровня конкуренции" между капиллярными и пленочными силами и, соответственно, увеличению толщины пленок, повышению электропроводности системы

Вызывает интерес тот факт, что для разных дисперсностей максимумы толщины водных пленок практически совпадают Поэтому капиллярно-пленочные переходы, по видимому, происходят не только между отдельными частицами, но и между их агрегатами В системах формируются агрегаты из частиц, различающиеся по плотности и имеющие «нитевидные» границы раздела Системы отличаются высокими интегральными показателями пустотно-сти вследствие образования внутри агрегатов рыхлых «цепочечных» структур, характеризующихся чередованием пустот и плотных образований частиц с множественными контактами При увлажнении разуплотнение системы происходит за счет расширения межкластерных границ, вызванного увеличением толщины адсорбционных пленок воды между агрегатами и соответственно ростом расклинивающего давления между ними

Результаты подтверждаются исследованиями изменения скорости ультразвука во влажной системе, показывающими, что максимум скорости ультразвука у систем разных дисперсностей совпадает (рисунок 3) Для измерений использовался ультразвуковой прибор УК-14П Прибор автоматически измеряет время, за которое передний фронт ультразвукового импульса проходит известное расстояние в материале образца, на основании чего рассчитывается скорость распространения волн. Ультразвуковые исследования в комплексе с

исследованиями электропроводности дают возможность сделать вывод о примерно одинаковом размере формирующихся кластеров

550

о Л

^ 450 - -

250

Л 5 |

Рисунок 3 - Изменение скорости ультразвука системы «кварцевый песок - вода» при увлажнении

В четвертой главе представлены теоретические и экспериментальные исследования возможности управления структурой и свойствами строительных дисперсных материалов через электрофизические воздействия

Для понимания механизма наблюдаемых явлений при взаимодействии электрического поля и капиллярной воды в дисперсной системе, мы исследовали влияние поля на модельные системы - одиночные стеклянные капилляры разных диаметров, заполненные водой или растворами электролитов Капилляры помещались в электрическое поле цилиндрического конденсатора вдоль силовых линий В конденсаторе создавалось неоднородное электрическое поле, напряженность которого можно определить по формуле

где II - напряжение, прикладываемое к электродам, х - расстояние от центра внутреннего электрода до точки, где определялась напряженность поля

При внесении капилляра в поле напряженностью =5 106 В/м возникал искровой газовый разряд между электродами и менисками в капилляре Возник-

ший разряд приводил к удалению воды в капилляре со стороны положительного электрода при любой полярности внутреннего и внешнего электродов конденсатора Механизм перемещения молекул воды к положительному электроду не связан с неоднородностью электрического поля, так как при изменении полярности электродов у конденсатора, уменьшение длины столба жидкости в капилляре вновь происходит со стороны положительного электрода Аналогичный эксперимент с использованием однородного электрического поля плоского конденсатора привел к результатам схожим с полученными результатами для неоднородного поля

На электрические явления, протекающие в капиллярах, оказывают влияние не только параметры электрического поля, но и свойства жидкой фазы Нами было изучено влияние электрического поля на процессы в растворах электролитов различных концентраций, протекающие в капиллярах Если капилляры заполнялись электролитом, то минимальное напряжение для начала газового разряда снижалось с ростом концентрации электролита При этом скорость удаления воды из капилляра возрастала с увеличением концентрации раствора Установлено, что для капилляров различных диаметров средняя скорость изменения длины столба воды практически одинакова

Таким образом, для удаления воды из капилляров необходима напряженность поля, достаточная для образования газового разряда Этот вывод подтвержден теоретическими расчетами Для отрыва молекулы воды с поверхности мениска необходимо совершить работу против сил поверхностного натяжения, превышающую поверхностную энергию молекулы

где а - коэффициент поверхностного натяжения, 8п0в - площадь поверхности молекулы воды Поверхностная энергия, приходящаяся на одну молекулу воды Ко* Ю20 Дж Этому условию соответствует только энергия газового разряда Энергии неоднородного поля и работы кулоновской силы недостаточ-

но для отрыва молекулы Среднее значение энергии иона в плазме газового разряда

где (Я) - средняя длина свободного пробега ионов в плазме (А) и Ю-7 м Для иона в электрическом поле значение энергии 5 Ю"20 Дж Сравнивая по-

лученную величину энергии иона в плазме с поверхностной энергией, приходящуюся на одну молекулу воды, мы видим, что при соударении ионов с поверхностью мениска их энергии достаточно для увеличения эффективной температуры поверхностного слоя до критического состояния, и переходу воды в насыщенный пар, для которого коэффициент поверхностного натяжения равен нулю Для объяснения переноса массы воды к положительному электроду мы предлагаем два возможных механизма такого переноса

1 Молекулы воды захватывают свободные электроны из плазмы, становясь в целом электроотрицательными, а затем под действием кулоновской силы перемещаются к положительному электроду Такой вариант переноса молекул наиболее вероятен для дистиллированной воды

2 Отрицательные ионы, находящиеся в воде, способны захватывать молекулы воды, образуя кластеры, и под действием кулоновских сил перемещать их к положительному электроду Этот механизм, по видимому, реализуется при использовании растворов, на что указывает резкое увеличение скорости выхода воды из капилляров с увеличением концентрации растворов

Проведены экспериментальные исследования взаимодействия электрического поля с системой «кварцевый песок - вода», в которых В/Т-отношение варьировалось в интервале от 0 до 0,15 Электрическое поле создавалось с помощью плоского конденсатора, который подключался к электроразрядной установке, позволяющей изменять постоянное напряжение на электродах в интервале от 0 до 25 кВ Герметичная диэлектрическая форма с системой «кварцевый песок - вода» помещалась между электродами плоского конденсатора

Время обработки составляло 3...5 мин. Разветвленная система капилляров в трехфазной дисперсной системе сильно искажает структуру электрического поля, вызывая появление значительной локальной неоднородности поля, особенно вблизи концов капилляров. Здесь напряженность поля может достигать значений, заметно превышающих напряжение конденсатора. После обработки электрическим полем напряженностью Е 106 В/м наблюдалось перераспределение капиллярно-пленочной воды в объеме системы (рисунок 4), Влага перемешалась в направлении положительного электрода независимо ш- ето формы и ориентации.

В области небольших влажностей эффект воздействия электрического поля менее значим, чем в области максимальной толщины пленки или в области преимущественного действия капиллярных сил.

Рисунок 4 - Структура системы «кварцевый песок ~ вода« с В/Т=0,1 а) до обработки; б) после обработки

В более реальных системах типа «цемент - вода» механизм влияния электрического поля сохраняется. Происходит деформация диффузного слоя. При этом на адсорбционный слой действуют разрушающие силы. Деформация двойного электрического слоя при его разрушении и одновременном воздействии прессующего давления способствует формированию более плотной структуры системы с увеличением числа контактов между частицами цемента.

В прессованных дисперсных системах усилие прессования затрачивается, в основном, на переукладку дисперсных частиц и на подавление поверхностных пленок воды. При этом чем большую плотность требуется обеспечить, тем большую упругость пленок воды приходится преодолевать и, соответственно,

требуется большее прессующее давление Использование формовочных смесей с неоптимальной влажностью вынуждает применять для обеспечения требуемой плотности наиболее высокие значения прессующего давления Включение в работу прессования электрофизических воздействий и капиллярных сил, возможно, позволит повысить плотность системы или существенно снизить давление прессования

Для выяснения влияния электрического поля на процесс структурообра-зования дисперсных систем применялся портландцемент марки 400 В качестве воды затворения использовалась водопроводная вода Обработку дисперсий в электрическом поле осуществляли с помощью электроразрядной установки, примененной нами при изучении влияния электрического поля на модельные системы

Образец помещался в плоский конденсатор Внутри конденсатора создавалось электрическое поле напряженностью = 106 В/м Одновременно с полем к образцу прикладывалось прессующее давление величиной 20 МПа Направление прессования выбиралось перпендикулярно линиям напряженности электрического поля Такая схема обеспечивает максимальное увеличение плотности обработанных образцов Для контроля использовали образцы, отформованные при таких же условиях, только без электрообработки Условия твердения обеих партий образцов создавались одинаковые В качестве критерия оценки полученных образцов контролировалась прочность на сжатие и давление прессования

Исследования показали, что при заданных условиях твердения прирост прочности цементного камня в зависимости от влажности отформованных образцов изменяется в пределах до 30 % (рисунки 5 и 6) в сравнении с прочностью контрольных образцов При этом при неизменной прочности давление прессования снижается до 45 %

Определяющее влияние на величину прироста прочности или снижение прессующего давления оказывает капиллярно-пленочное состояние дисперс-

ной системы Максимальное увеличение прочности наблюдается при влажности системы, когда вода находится на рубеже максимальной толщины пленки и перехода ее в капиллярное состояние

ДГЧ 1

1 \

N

) \

V V.

О 5 10 15 20 25 Влажность, %

Рисунок 5 - Зависимость прочности цементных образцов от влажности 1 - контрольных; 2 - после обработки электрическим полем

О 5 10 15 10 25 Влажность, %

Рисунок 6 - Соотношение прочности цементных образцов, прошедших электрообработку к контрольным с различной влажностью

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1 Показана высокая эффективность формирования дисперсных структур с помощью электрофизической обработки различных систем и материалов Установлено, что наиболее перспективным направлением является электроразрядная обработка компонентов бетонной смеси и воздействие на бетонную смесь электрическими полями

2 Установлено, что поверхность частиц кремнезема, а также структура всего массива песка имеет выраженный фрактальный характер и обнаружен рост степени их фрактальности с увеличением дисперсности твердой фазы

3 Уточнены представления о структурных изменениях в дисперсно-зернистых системах при изменении влажностного фактора, даны количественные оценки происходящим структурообразующим процессам При измерении

проводимости дисперсно-зернистых систем определены области преимущественного существования пленочного и капиллярного давлений и взаимосвязь пленочной и капиллярной влаги через переходы ее из пленочной в капиллярную

4 Выявлено, что эффективность электрофизических воздействий на дисперсно-зернистые материалы проявляется на ранних стадиях их структурооб-разования и связана с воздействием электрического поля на капиллярную воду Доказано, что для удаления воды из капилляров в дисперсных системах целесообразно использовать электрическое поле с напряженностью, достаточной для возникновения электрического разряда в воздушных прослойках внутри капилляров Теоретические оценки воздействия электрического поля подтверждены результатами экспериментальных исследований на обводненных дисперсных системах «кварцевый песок - вода»

5 Экспериментально доказано, что наибольшее повышение прочности затвердевшего цементного бетона наблюдается в тех случаях, когда на дисперсные структуры оказывается совместное механическое воздействие прессования и электрофизической обработки При обработке системы «цемент - вода» электрическим полем с одновременным прессованием происходит повышение прочности затвердевшей системы до 30 %, что приводит при неизменной прочности к снижению давления прессования до 45 % Максимальный прирост прочности обеспечивается при воздействии на влажные смеси при максимальной толщине водных пленок или при переходе влаги из пленочного состояния в капиллярное

Основное содержание диссертации опубликовано в работах:

1 Перцев В Т, Золототрубов Д Ю , Шмитько Е И Исследование роли влажностного фактора и дисперсности твердой фазы при формировании структуры системы «кварцевый песок - вода» // Моделирование в материаловедении

Материалы 37 межд семин - Одесса, 1998 - С 22-24 Лично автором выполнена 1 страница

2 Головинский П А, Золототрубов Д Ю , Золототрубов Ю С , Перцев В Т Исследование распространения ультразвукового импульса в дисперсной фрактальной среде // Письма в ЖТФ 1999, том 25, вып 11, с 14-18 Лично автором выполнена 1 страница

3. Головинский П А, Золототрубов Д Ю, Золототрубов Ю С , Перцев В.Т. Распространение ультразвукового импульса во фрактальной среде Тезисы второго всероссийского семинара «Нелинейные процессы и проблемы самоорганизации в современном материаловедении» Воронеж, 1999, с 91-92. Лично автором выполнено 0,5 страницы

4 Золототрубов Д Ю Исследование скорости распространения ультразвука в дисперсной среде на примере кварцевого песка Материалы 52-й научно-технической конференции Воронеж, 2000 - с 27-29

5 Перцев В Т, Головинский П А, Золототрубов Д Ю Изучение формирования структуры дисперсно-зернистых материалов при действии влажности // Современные проблемы строительного материаловедения Белгород, 2001 -с 430-433 Лично автором выполнена 1 страница

6 Головинский П А, Золототрубов Ю С , Золототрубов Д Ю , Перцев В Т Исследования изменения структуры дисперсно-зернистых материалов под воздействием электрического поля // Конденсированные среды и межфазные границы Воронеж - 2004 - том 6, №4, с 356-361 Лично автором выполнены 2 страницы

7 Головинский П.А, Золототрубов Ю.С, Золототрубов Д Ю, Перцев В Т Процессы формирования структуры дисперсно-зернистых материалов под действием электрического поля // Всероссийская конференция «ФАГРАН-2004», Воронеж, 2004, С 574-577 Лично автором выполнено 0,5 страницы

ЗОЛОТОТРУБОВ ДМИТРИЙ ЮРЬЕВИЧ

ЗАКОНОМЕРНОСТИ ФОРМИРОВАНИЯ ПЛОТНО УПАКОВАННОЙ СТРУКТУРЫ ДИСПЕРСНО-ЗЕРНИСТЫХ СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ ПРИ ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКОМ ВОЗДЕЙСТВИИ

Специальность 05 23 05 - Строительные материалы и изделия

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Подписано в печать 17 01 2007 г Формат 60x84 1/16 Уч изд л 1 3 , уел печ л 1 4 Бумага писчая

Тираж 120 экз Заказ № 15 Отпечатано в отделе оперативной полиграфии Воронежского государственного архитектурно-строительного университета 394006, г Воронеж, ул 20-летия Октября, 84

ВВЕДЕНИЕ

1 ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКИХ ВОЗДЕЙСТВИЙ В ТЕХНОЛОГИИ СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ И ИЗДЕЛИЙ

1.1 Анализ общей направленности исследований

1.2 Эффективность использования электрофизических воздействий

1.2.1 Обработка воды затворения для бетона

1.2.2 Обработка заполнителей для бетона

1.2.3 Обработка цемента для приготовления бетонов и растворов

1.2.4 Обработка цементного теста в составе бетона

1.2.5 Обработка бетонной смеси

1.3 Систематизация представлений о механизмах электрофизических воздействий на бетонную смесь и на ее составляющие

1.4 Задачи и содержание исследований

1.5 Выводы

2 МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

2.1 Характеристика сырьевых материалов

2.2 Фрактальность и фрактальные структуры

2.3 Пустотность дисперсно-зернистых материалов

2.4 Электропроводность дисперсно-зернистых материалов

2.5 Обработка дисперсно-зернистых систем электрическим полем

2.6 Обработка системы «цемент - вода» электрическим полем

2.7 Выводы

3 МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ СТРУКТУРООБРАЗОВАНИЯ ДИСПЕРСНО-ЗЕРНИСТЫХ СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ

3.1 Исследование структурных характеристик сухих материалов

3.2 Исследование структурных характеристик обводненных дисперсно-зернистых систем

3.3 Выводы 83 4 УПРАВЛЕНИЕ СТРУКТУРОЙ ДИСПЕРСНО-ЗЕРНИСТЫХ СИСТЕМ ФИЗИЧЕСКИМИ И ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКИМИ МЕТОДАМИ НА СТАДИИ РАННЕГО СТРУКТУРООБРАЗОВАНИЯ

4.1 Исследование влияния электрического поля на структурообра-зование дисперсно-зернистых систем

4.1.1 Влияние электрического поля на модельные системы

4.1.2 Влияние свойств жидкой фазы на протекание электрического разряда в капиллярах

4.1.3 Влияние электрического поля на структурообразование системы «кварцевый песок - вода»

4.1.4 Количественные оценки влияния электрического поля на дисперсные системы

4.2 Механизмы формирования структуры дисперсно-зернистых материалов при прессовании

4.3 Влияние электрофизического и влажностного фактора на структурообразование прессованной системы «цемент - вода»

4.4 Влияние электрофизических воздействий и влажностного фактора на давление прессования системы «цемент - вода»

4.5 Выводы 112 ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ 113 СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 115 Приложение А Оборудование, применяемое в работе 126 Приложение Б Технологические рекомендации на производство прессованных бетонных фасадных плит 130 Приложение В Акты внедрения результатов диссертационной работы

Актуальность темы диссертации

Проблемы управления процессами раннего структурообразования бетонов приобретают все более важное значение в связи с широким применением многокомпонентных композиционных материалов на основе вяжущих веществ, в том числе с наполнителями из различных тонкодисперсных составляющих, разнообразных фибр, с применением модифицирующих добавок и техногенного сырья. Уровень современных фундаментальных наук, отражающий сущность физико-химических, гидродинамических, тепловых, диффузионных и других процессов и явлений, составляющих основу строительного материаловедения, обеспечивает значительные дополнительные резервы совершенствования технологий производства строительных изделий и отдельных технологических процессов, в частности, процессов формования. Одним из перспективных направлений совершенствования свойств строительных изделий и конструкций из композиционных материалов являются технологии, основанные на управлении процессами, протекающими на межфазных границах. Большой энергетический потенциал, характерный для межфазных границ позволяет при приложении незначительных внешних воздействий существенно изменять ход процессов структурообразования и свойства получаемого материала.

Одним из наиболее эффективных внешних воздействий на процессы, протекающие на межфазных границах, является воздействие электрической энергией. К такому виду воздействия можно отнести электрическую, электромагнитную и электроразрядную обработку, как сырьевых материалов, так и цементного теста, растворов и бетонных смесей. Это направление является актуальным, так как в его рамках управление процессами формирования структуры композиционных материалов осуществляется на атомно-молекулярном уровне, определяющем как их ход, так и эффективность.

Цель диссертации

Исследовать и реализовать пути управления структурой и свойствами дисперсно-зернистых материалов через физические и электрофизические воздействия.

В соответствии с поставленной целью задачами диссертации являются:

1. Выявить возможные пути контроля и совершенствования структуры и свойств дисперсно-зернистых материалов через физические и электрофизические воздействия.

2. С позиции физико-химической механики представить основные структурные характеристики дисперсно-зернистых строительных материалов и дать им количественные оценки.

3. Теоретически обосновать эффективные виды электрофизического воздействия и определить закономерности влияния таких воздействий на протекание процессов структурообразования дисперсно-зернистых строительных материалов.

4. Выполнить экспериментальные исследования по предложенным видам электрофизических воздействий и оценить их технологические эффекты.

5. На основе полученных результатов разработать практические рекомендации, направленные на совершенствование технологии производства строительных изделий.

Научная новизна работы

В данной работе получены следующие новые результаты:

- проанализированы и развиты представления об электрофизической обработке бетонных смесей и их компонентов, дано теоретическое обоснование некоторым видам электрофизического воздействия;

- разработана методика исследования структуры дисперсно-зернистых систем электрометрическим методом;

- экспериментально определены как области преимущественного существования пленочного и капиллярных давлений в структуре дисперснозернистых систем, так и взаимосвязь пленочной и капиллярной влаги через переходы влаги из пленочного состояния в капиллярное;

- определена фрактальная размерность отдельных частиц кварцевого песка, связанная с формой и характером поверхности твердых частиц;

- с помощью разработанного ультразвукового метода, определены особенности структурообразования дисперсно-зернистых систем и фрактальные свойства таких систем в сухом и влажном состоянии;

- установлен эффект перераспределения влаги в обводненной дисперсно-зернистой структуре при электрическом разряде.

Достоверность полученных результатов

Обеспечивается теоретически обоснованным комплексом исследований, основанием для которых являлось применение стандартных методов испытаний и измерений, сопоставимостью полученных результатов с положениями и данными фундаментальных наук, статистической оценкой достоверности результатов исследований.

Практическая ценность результатов диссертации

Развиты научно-практические методы измерения и формирования структур дисперсно-зернистых материалов. Разработаны теоретические положения и получены практические результаты формирования требуемой структуры строительных материалов и обеспечения повышения их физико-механических показателей путем применения электрофизических методов воздействия. Разработаны основы технологии формирования строительных изделий с одновременным применением электрических воздействий и механического прессования.

Внедрение результатов

Результаты исследований применены для разработки рекомендаций по режимам обработки электрическим полем бетонных смесей. Методические разработки использованы в учебном процессе по специальности 270106 -«Производство строительных материалов, изделий и конструкций» при постановке учебных и научно-исследовательских работ по дисциплине «Технология бетона, строительных материалов, изделий и конструкций».

Основные результаты, выносимые на защиту:

- структурные характеристики дисперсно-зернистых материалов с учетом определения фрактальной размерности отдельных частиц и фрактально-кластерных образований;

- зависимость электропроводности дисперсно-зернистых материалов от капиллярно-пленочных переходов в структуре системы;

- теоретическое и экспериментальное обоснование механизмов влияния электрофизических воздействий на раннее структурообразование дисперсно-зернистых строительных материалов;

- зависимость изменения прочности цементного бетона от параметров обработки электрическим полем с совместным действием механического прессования.

Апробация работы и публикации

Основные результаты диссертации представлялись на научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава Воронежской государственной архитектурно-строительной академии (19972006 гг.), на втором всероссийском семинаре «Нелинейные процессы и проблемы самоорганизации в современном материаловедении», проходившем в городе Воронеж в 1999 году, на всероссийской конференции «ФАГРАН-2004», проходившей в городе Воронеж. По результатам исследований опубликовано 7 печатных работ, из них 1 работа в издании из перечня, определенных ВАК.

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из введения, 4 глав, основных выводов и 3 приложений. Общий объем диссертации составляет 135 страниц машинописного текста, включая 5 таблиц и 40 рисунков, а также списка литературы из 117 наименований.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. Показана высокая эффективность формирования дисперсных структур с помощью электрофизической обработки различных систем и материалов. Установлено, что наиболее перспективным направлением является электроразрядная обработка компонентов бетонной смеси и воздействие на бетонную смесь электрическими полями.

2. Установлено, что поверхность частиц кремнезема, а также структура всего массива песка имеет выраженный фрактальный характер и обнаружен рост степени их фрактальности с увеличением дисперсности твердой фазы.

3. Уточнены представления о структурных изменениях в дисперсно-зернистых системах при изменении влажностного фактора, даны количественные оценки происходящим структурообразующим процессам. При измерении проводимости дисперсно-зернистых систем определены области преимущественного пленочного и капиллярного давлений и взаимосвязь пленочной и капиллярной влаги через переходы ее из пленочной в капиллярную.

4. Выявлено, что эффективность электрофизических воздействий на дисперсно-зернистые материалы проявляется на ранних стадиях их структурообразования и связана с воздействием электрического поля на капиллярную воду. Доказано, что для удаления воды из капилляров в дисперсных системах целесообразно использовать электрическое поле с напряженностью, достаточной для возникновения электрического разряда в воздушных прослойках внутри капилляров. Теоретические оценки воздействия электрического поля подтверждены результатами экспериментальных исследований на обводненных модельных дисперсных системах «кварцевый песок - вода».

5. Экспериментально доказано, что наибольшее повышение прочности затвердевшего цементного бетона наблюдается в тех случаях, когда на дисперсные структуры оказывается совместное механическое воздействие прессования и электрофизической обработки. При обработке системы «цемент - вода» электрическим полем с одновременным прессованием происходит повышение прочности затвердевшей системы до 30 %, что приводит при неизменной прочности к снижению давления прессования до 45 %. Максимальный прирост прочности обеспечивается при воздействии на влажные смеси при максимальной толщине водных пленок или при переходе влаги из пленочного состояния в капиллярное.

1. Азелицкая Р.Д., Приходченко Н.А., Черных В.Ф. // Магнитная и акустическая обработка веществ. Новочеркасск, 1966 37 с.

2. Физико-химическая механика дисперсных структур в магнитных полях. Под ред. Круглицкого Н.Н. Киев, "Наукова думка", 1976 194 с.

3. Алтыкис М.Г., Рахимов Р.З. Повышение физико-механических свойств бетонов электрохимической активацией воды затворения. // Известия вузов. Строительство. 1992, №2 с. 7-8.

4. Агаджанян С.И. Повышение прочности строительных материалов. // Современные проблемы строительного материаловедения. // Международная конференция РААСН, Казань; 1996 с. 85-87.

5. Грушко И.М., Рашевский С.Т., Носач А.Д. Комплексная активация бетонных смесей. // Реализация региональной комплексной научно-технической целевой программы «Бетон»: тез. докл. областной конференции, Харьков, 1983 -с.49-52.

6. Евдокимов В.А., Смирнов O.B., Юдина А.Ф. Активация составляющих бетонной смеси. // Технология возведения зданий и сооружений: межвуз. тема-тич. сб. тр. // ЛИСИ, 1984 с. 5-12.

7. Юдина А.Ф. Механизм явлений, происходящих при затворении бетонных смесей на электрообработанной воде. //Современная технология возведения зданий и сооружений: Л., 1985 с. 35-38.

8. Кесли Э.О., Буяльская В.З. Влияние активированной воды на свойства бетонов автоклавного твердения. // Конструкции из ячеистых бетонов для жилых домов и технология их изготовления. Сб.тр. Л., 1985 с. 53-58.

9. Афанасьева В.Ф. Магнитная обработка воды в производстве сборного железобетона. // Промышленное и гражданское строительство. 1993, №8 с.25-26.

10. Калниня А.А., Скогорева Л.Г. и др. Активация твердения вяжущих веществ способом магнитной обработки воды затворения. // Технологическая механика бетона. Межвуз. сб. науч. тр. Рига, 1980 с. 119-122.

11. Калниня А.А., Клявиня А.П., Лауманис И.Я. Влияние омагниченной воды на технические свойства в системе CaS04-0,5H20 Н20. Технологическая механика бетона. Межвуз. сб. науч. тр. Рига, 1981, вып.6 - с. 101-105.

12. Помазкин В.А., Макаев А.А. Об использовании магнитоактивированной воды для затворения бетонных смесей. // Бетон и железобетон. 1998 №3, с.26-28.

13. Ромащенко Н.М., Гаврилов Г.Н. Получение бетонов с применением высоковольтного электрического разряда и их свойства. // Современные проблемы строительного материаловедения. Казань, 1996 с. 43-45.

14. Кащук И.В. Особенности подготовки бетонных смесей на продукте электроимпульсного дробления. // Создание и исследование новых строительных материалов. Томск, 1986 с. 53-56.

15. Верещагин В.И., Сафронов В.Н. и др. Улучшение свойств искусственных строительных конгломератов путем электроимпульсной активации компонентов. // Известия вузов. Строительство и архитектура. 1988, №8 с.56-60.

16. Бабушкин В.И., Кошмай А.С., Пономарев И.Ф. и др. Влияние физико-химических свойств цементного камня на долговечность бетона. // Цемент. 1986, №9 с. 8-10.

17. Мчедлов Петросян О.П., Степаненко М.Г. Электрохимическая активация цементов.//Докл. АН СССР. 1961, т. 141 - с. 172-175.

18. Верещагин В.И., Сафронов В.Н., Силкина О.В. Исследование реологических характеристик цементных паст и растворных смесей при активации цемента высоковольтным коронным разрядом. // Томск, 1998 с. 134-135.

19. Верещагин В.И., Силкина О.В. Влияние высоковольтного коронного разряда на гидратацию клинкерных минералов. // Цемент. 1992, №1 с. 4-8.

20. Бабушкин В.И., Матвиенко В.А., Васюкевич С.Г., Лагунов Ю.А. Гидратация цемента, активированного током высокого напряжения. // Известия вузов. Строительство. 1993, №2 с. 47-50.

21. Абба А., Матвиенко В.А. Суспензионный эффект поляризованного кварцевого порошка. // Компьютерное материаловедение и обеспечение качества. // Международная конференция. Одесса. 1997 с. 105-106.

22. Абалакин В.А., Булат А.Д. Научно практические вопросы структурообразования бетона в электрическом поле. // Современные проблемы строительного материаловедения. // Международная конференция РААСН, Казань, 1996 -с. 45-47.

23. Сычев М.М., Комохов П.Г. и др. Энергетические воздействия на вяжущие системы. // Физико-химическая механика дисперсных систем и материалов. Киев, "Наукова думка", 1980 с. 303.

24. Матвиенко В.А., Черешня О.Ф. Кристаллизация эттрингита в электростатическом поле. // Цемент. 1992, №3 с. 38-41.

25. Матвиенко В.А. Влияние напряженности электрического поля на прочность цемента. // Журнал прикладной химии. 1991, Т.64, №9 с. 1857-1861.

26. Бирюков А.И., Плугин А.Н., Чулков И.А. Повышение долговечности бетона с помощью электрического поля критической частоты. // Повышение долговечности бетона транспортных сооружений. Межвуз. сб. науч. тр. М., 1982, вып. 714-с. 57-61.

27. Бирюков А.И., Плугин А.Н. Особенности электроповерхностных явлений в цементно-водных системах. // Реализация региональной комплексной научно-технической целевой программы «Бетон»: тез. докл. обл. конф. Харьков, 1983 -с. 56-60.

28. Бердов Г.И., Линник С.И. Воздействие высокочастотного электрического поля на гидратационное твердение цемента. // Известия вузов. Строительство и архитектура. 1983, №7 с. 68-71.

29. Бирюков А.И., Плугин А.Н. и др. Интенсификация гидратации вяжущих с помощью электровоздействия. // Физико-химическая механика дисперсных систем и материалов. Киев: "Наукова думка", 1980 с. 328-329.

30. Гаврилов Г.Н., Петров К.В. Использование электрического заряда для получения бетонов повышенной прочности. // Бетон и железобетон. 1995 с. 6-8.

31. Петров К.В. Теоретические вопросы и результаты экспериментальных исследований электроразрядной обработки строительных смесей. // Известия вузов. Строительство. 1996, №11 с. 53-58.

32. Гаврилов Г.Н., Кадушкин Б.В., Ромащенко Н.М. Применение электрического заряда для улучшения физико-механических характеристик цементов и бетонов: тр. IV Всес. конф. Николаев, 1988 с. 27-29.

33. Кудяков А.И., Душенин Н.П. Исследование цементного камня на активированной электрическими импульсами суспензии. // Известия вузов. Строительство и архитектура. 1987, №10 с. 63-65.

34. Круглицкий Н.Н. Физико-химическая механика дисперсных систем в сильных импульсных полях. Киев, "Наукова думка", 1982 154 с.

35. Страхов Ю.М., Майборода Т.И., Рясный Б.Г. Использование искровых разрядов для активации растворных и бетонных смесей. // Бетон и железобетон. -1993, №3-с. 9-11.

36. Ахвердов И.Н. Основы физики бетона. М., 1981 464 с.

37. Мазуренок Г.В., Плющ Б.А. Акустическая активация бетонных смесей. // Вопросы строительства и архитектуры: Респ. межвед. сб. Минск, 1982, вып. 12-с. 110-114.

38. Душенин М.П. Бетон на электроактивированной цементной суспензии и смеси заполнителей с малой пустотностью: автореф. дисс. к.т.н. JL, 1990.

39. Михановский Д.С., Арадовский Я.Л., Леус Э.Л. Пластификация бетонной смеси магнитной обработкой воды затворения на домостроительных заводах. М., 1970.

40. Павлова Г.А., Кузнецов А.Н. Влияние электрического разряда на структу-рообразование вяжущих систем // Современное состояние и перспектива развития строительного материаловедения. Самара, 2004 с. 393-396.

41. Булат А.Д. Электрофизические методы управления гидратационной активностью цементов и реологическими свойствами дисперсий // Современное состояние и перспектива развития строительного материаловедения. Самара, 2004-с. 91-92.

42. Булат А.Д., Данилова Ю.С. Оценка влияния внешнего электрического поля на цементные композиты // Современное состояние и перспектива развития строительного материаловедения. Самара, 2004 с. 94-96.

43. Булат А.Д. Электрофизическая активация цементных вяжущих. М.: Изд-во Российской инженерной академии, 2002 - 227 с.

44. Сватовская Л.Б., Сычев М.М. Активированное твердение цемента. Л.: Химия, 1983- 132 с.

45. Хейфиц Л.И., Неймарк А.В. Многофазные процессы в пористых средах. М., Химия. 1982-319 с.

46. Перцев В.Т., Шмитько Е.И. Влияние влажностного фактора на формирование структуры дисперсных материалов при вибрационных воздействиях. Известия вузов. Строительство, 1997, №6 с. 45-49.

47. Шмитько Е.И., Головинский П.А., Перцев В.Т. Энергетическая модель процесса формирования структуры бетона. // Компьютерное материаловедение и обеспечение качества. Международный семинар. Одесса, 1997 с. 31-32.

48. Mandelbrot В. // Les Objets Fractal. France, Flammarion, 1995.

49. Гук И.П. Формализм Лагранжа для частиц, движущихся в пространстве фрактальной размерности. // ЖТФ. 1998, Т.68, № 4 с. 7-11.

50. Бобрышев А.Н., Козомазов В.Н., Бабин Л.О., Соломатов В.И. Синергетика композиционных материалов. Липецк, НПО ОРИУС, 1994 153 с.

51. Головинский П.А., Золототрубов Д.Ю., Золототрубов Ю.С., Перцев В.Т. Исследование распространения ультразвукового импульса в дисперсной фрактальной среде. // Письма в ЖТФ. 1999, том 25, вып.11 с. 14-18.

52. Tricot. Courb et Dimension Fractale. Paris: Springier, 1993 329c.

53. Bak P., Chao Tang, Wiensenfeld K. // Phys. Rev. A. V.38. P. 364 374.

54. Нигматулин Р.И. Основы механики гетерогенных сред. М.: Наука, 1978-336 с.

55. Нигматуллин P.P. Дробный интеграл и его физическая интерпретация. ТМФ, 1992, том.90, N°3-c.354.

56. Золототрубов Д.Ю. Исследование скорости распространения ультразвука в дисперсной среде на примере кварцевого песка. Материалы 52-й научно-технической конференции. Воронеж, 2000 с. 27-29.

57. Сибиряков Е.Б., Куликов В.А., Егоров Г.В. Распространение сейсмических волн в песчаных отложениях // Физическая мезомеханика. 2003 с. 13-22.

58. Мейланов Р.П. К теории фильтрации в пористых средах с фрактальной структурой. // Письма в ЖТФ. 1996, Т.22, В. 23 с. 40-42.

59. Mainardi F., Tomirotti M.// Transforms and Special functions.Proceedings of International Workshop, Sofia, 1994-P. 171-183.

60. Tsuneyoshi Nakayama, Kousuke Yakubo.// Rev. Mod. Phys. 1994. V.66. No. 2 -P. 381-443.

61. Шмитько Е.И. Управление процессами твердения и структурообразования бетонов: Автореф. дис. д-ра техн. наук. Воронеж, 1995.

62. Русанов. Фазовые равновесия и поверхностные явления. JL: Химия, 1967 -388 с.

63. Фортье А. Механика суспензий. М.: Мир, 1971 - 264 с.

64. Boddy P.J. Electroanal. Chem.,10,1965, V.50, P. 199.

65. Дж. В. Гиббс. Термодинамика. Статистическая механика. М.: Наука, 1982-584с.

66. Коноров П.П., Яфясов A.M., Божевольнов В.Б. Межфазная граница как самоорганизующаяся система. //Нелинейные процессы и проблемы самоорганизации в современном материаловедении. Воронеж:, ВГУ, 1999 с. 14.

67. Лыков А.В. Тепломассообмен. М.: Энергия, 1978 480 с.

68. Урьев Н.Б. Структурированные дисперсные системы // Соросовский образовательный журнал. 1998, №6 с. 42-47.

69. Воюцкий С.С. Курс коллоидной химии. М.: Химия, 1975 - 512 с.

70. Курс физической химии. Под ред. Герасимова Я.И., т.1, М., 1969 592 с.

71. Электрокинетические свойства капиллярных систем. Под ред. Жукова И.И. М.-Л., АН СССР, 1956 352 с.

72. Духин С.С. Электропроводность и электрокинетические свойства дисперсных систем. Киев: Наукова думка, 1975 - 248 с.

73. Егоров М.Н. Природа поверхности силикатов. // Современные представления о связанной воде в породах //. М. АН СССР. 1963 с. 5-16.

74. Федер Е.// Фракталы. М.: Мир, 1991.

75. Перцев В.Т., Головинский П.А., Золототрубов Д.Ю. Изучение формирования структуры дисперсно-зернистых материалов при действии влажности. //

76. Современные проблемы строительного материаловедения. Белгород, 2001 -с. 430-433.

77. Фридрихсберг Д.А. Курс коллоидной химии. С-П.: Химия, 1995 - 400 с.

78. Фролов Ю.Г. Курс коллоидной химии. Поверхностные явления и дисперсные системы. М.; 1989 464 с.

79. Ребиндер П.А. Физико-химическая механика (Новая область науки). М.: Знание, 1958-64 с.

80. Дерягин Б.В, Ландау Л.Д. Теория устойчивости сильно заряженных лио-фобных золей и слипания сильно заряженных частиц в растворах электролитов. Собрание трудов Л Д Ландау. М.: Наука, 1969 с. 386.

81. Рахматулин Х.А. Основы гидродинамики взаимопроникающих сред. Прикладная математика и механика. 1956, т.20, вып.2 с. 184-185.

82. Sahimi. // Flow Phenomena in Rocks; from Continuum Models to Fractals Percolation, Cellular Automata, and Simulated Annealing // Rev. Mod. Phys. V65, No4, 1993-p. 1393-1534.

83. Alexandroff. Elementary Concepts of Topology. New York: Dover, 1961.

84. Дубровин Б.А. и др. Современная геометрия. М.: Наука, 1986 509 с.

85. Калинин С.В., Томашевич К.В., Вертигел А.А. Новый критерий для описания пространственных структур и временных последовательностей //Нелинейные процессы и проблемы самоорганизации в современном материаловедении. Воронеж, ВГУ, 1999 с. 34.

86. Духин С.С., Шилов В.Н. Диэлектрические явления и двойной электрический слой в дисперсных системах и полиэлектролитах. Киев: Наукова думка, 1972-167 с.

87. Григоров О.Н. Электрокинетические явления. ЛГУ, 1973 168 с.

88. Ильин Б.В. Природа адсорбционных сил. М.-Л.: Техтсоретиздат, 1952-124 с.

89. Сухов В.Ю., Коренькова С.Ф., Веревкин О.А. Роль электрокинетического потенциала в формировании структуры композиционных строительных материалов. // Пятые академические чтения РААСН, 1999 с. 465-468.

90. Нерпин С.В., Чудновский А.Ф. Физика почвы. М.: Наука, 1967 583 с.

91. Смирнов Б.М. Физика фрактальных кластеров. М:. Наука. 1991 136 с.

92. Головинский П.А., Золототрубов Ю.С., Золототрубов Д.Ю., Перцев В.Т. Процессы формирования структуры дисперсно-зернистых материалов под действием электрического поля // Всероссийская конференция «ФАГРАН-2004», Воронеж, 2004 с. 574-577.

93. Райзер Ю.П. Физика газового разряда. М.: Наука, 1987 590 с.

94. Попильский Р.Я., Пивинский Ю.Е. Прессование порошковых керамических масс. М.: Металлургия, 1983 176 с.

95. Щербань Н.И. Теория и практика прессования порошков. Киев: Наукова думка, 1975-326 с.

96. Перельман В.В. Формование порошковых материалов. М.: Металлургия, 1979-232 с.

97. Хавкин JI.M. Технология силикатного кирпича. М.: Стройиздат, 1982 -384 с.

98. Кузнецова Т.В., Кудряшов И.В., Тимашев В.В. Физическая химия вяжущих материалов. М.: 1989-384 с.

99. Шмитько Е.И., Черкасов С.В. Управление плотностью прессованных материалов путем рационального использования потенциала поверхностных и капиллярных сил // Строительные материалы. 1993, № 6 с. 26-29.

100. Шмитько Е.И., Черкасов СВ., Струкова М.М. Управление процессами структурообразования в дисперсных материалах через влажностный фактор //

101. Междун. конф. «Ресурсосберег. технологии строит, м-лов, изделий и констр.»: тез. докл. Белгород, 1993, ч.2 с .78-79.

102. Шмитько Е.И. О влиянии влажностного фактора на процессы начального структурообразования в цементном тесте // Изв. вузов, стр-во; 1994, № 11 -с. 75-81.

103. Аргунов П.А. К вопросу о физической природе взаимодействия между твердыми частицами, разобщенными слоем жидкости. //Строительное водопонижение, гидромеханика и физика грунтовых вод. М., 1953.

104. Дерягин В.В., Чураев Н.М., Муллер В.М. Поверхностные силы. М.: Наука, 1985-396 с.

105. Вода в дисперсных системах / Дерягин В.В., Чураев Н.М., Овчаренко Ф.Д. М.: Химия, 1989-288 с.

106. Булат А.Д. Электрофизическая активация цементных вяжущих. М.: Изд-во Российской инженерной академии, 2002 227 с.

107. Булат А.Д. Электрофизические методы управления гидратационной активностью цементов и реологическими свойствами дисперсий. // Современное состояние и перспектива развития строительного материаловедения. Самара, 2004-с. 91-92.

108. Павлова Г.А., Кузнецов А.Н. Влияние электрического разряда на струк-турообразование вяжущих систем. // Современное состояние и перспектива развития строительного материаловедения. Самара, 2004 с. 393-396.

109. ОБОРУДОВАНИЕ, ПРИМЕНЯЕМОЕ В РАБОТЕ

110. Рисунок А1 Комплекс приборов для оптических исследований

111. Рисунок А2 Установка для измерения скорости прохождения ультразвуковогоимпульса в различных средах

112. Рисунок A3 Вольтметр-электрометр универсальный В7-30 с измерительной камерой и цилиндрическим конденсатором

113. Рисунок А4 Электроразрядная установка с источником питания и плоскимконденсатором

114. Рисунок А5 Пресс для передачи механического давления обрабатываемым дисперсно-зернистым материалам и испытаний готовых бетонных образцов

115. СОГЛАСОВАНО Проректор по научной и инновационной работе ВГАСУ —^гтГ^^^О.М. Борисов/ » декабря 2006 г.1. ТВЕРЖДАЮ СУ

116. И.С. Суровцев/ декабря 2006 г.

117. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ НА ПРОИЗВОДСТВО ПРЕССОВАННЫХ БЕТОННЫХ ФАСАДНЫХ ПЛИТ1. Разработчикидоктор физ.-мат. наук, проф. П.А. Головинскийдоктор техн. наук, проф. В.Т. Перцевассистент1. Д.Ю. Золототрубовдекабря 2006 г.

118. Рекомендации распространяются на фасадные бетонные плиты, изготовляемые из мелкозернистого бетона, предназначенные для облицовки фасадов зданий.

119. Плиты должны удовлетворять требованиям ГОСТ 6927-24 «Плиты бетонные фасадные. Технические требования».

120. Состав бетона подбирается в соответствии с требованиями ГОСТ 27006.

121. В качестве сырья для приготовления бетонной смеси применяется портландцемент и кварцевый песок.

122. ХАРАКТЕРИСТИКА ИЗГОТАВЛИВАЕМОЙ ПРОДУКЦИИ21. Основные типы и размеры

123. Плиты выпускаются размером 150x150x30 мм. Возможно изготовление плит других размеров с толщиной не менее 30 мм.

124. Плиты могут изготавливаться одно- и двухслойные с толщиной верхнего отделочного слоя не менее 15 мм.22. Характеристики

125. Класс бетона по прочности на сжатие должен быть не менее 30.

126. В суточном возрасте прочность бетона составляет 50 %, а в возрасте трех суток 80 % от требуемой прочности.

127. Значение нормируемой отпускной прочности мелкозернистого бетона фасадных плит составляет 90 % от требуемой прочности на сжатие в любое время года.

128. Марка бетона по морозостойкости изделий составляет F200.

129. Водопоглощение бетона не превышает 4,2 % по массе.

130. ТРЕБОВАНИЯ К СЫРЬЕВЫМ МАТЕРИАЛАМ

131. В качестве сырьевых компонентов для приготовления бетонной смеси используются:

132. ПРИГОТОВЛЕНИЕ БЕТОННОЙ СМЕСИ

133. Мелкозернистый бетон имеет следующий состав, на 1 м3: цемент 550 кг; песок - 1600 кг.

134. Перемешивание компонентов смеси осуществляется в одновальном лопастном смесителе в течение 2-3 минут.5. ФОРМОВАНИЕ ИЗДЕЛИЙ

135. Режимы работы: загрузка формы 10 с, прессование - 20-30 с.

136. Напряженность электрического поля 106 В/м.6. ВЫДЕРЖКА ИЗДЕЛИЙ

137. Тепловая обработка отсутствует.

138. ХРАНЕНИЕ И ТРАНСПОРТИРОВАНИЕ ИЗДЕЛИЙ

139. Хранение и транспортирование изделий осуществляется в соответствие с требованиями ГОСТ 17608-91 и ГОСТ 6665-91.1. СОГЛАСОВАНО.1. Проректор п инновацион1. УТВЕРЖДАЮ

140. Дирекюр OQQ/flUU «Классик» г.

141. Е.Л. Коломыцев/ абря 2006 г.

142. АКГ ВНЕДРЕНИЯ результатов диссертационной работы

143. Представители исполнителя: Ассистент1. Д.Ю. Золоюфубовлс тент /1. Руководитель темы1. П.А. Головинский1.редетаватели заказчика:гЩ>ОСЖШ1 III «Классик» Ц1Ё.Л. Коломыцев1. УТВЕРЖДАЮop ВГАСУ /Ю.Ф. Устинов/ декабря 2006 г.

144. АКТ ВНЕДРЕНИЯ Результатов научно-исследовательской работы в учебный процесс

145. Заказчик: государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Воронежский государственный архитектурно-строительный университет, кафедра технологии строительных изделий и конструкций.

146. Настоящим актом подтверждается, что результаты диссертационных исследований ассистента кафедры физики Золототрубова Д.Ю. внедрены в учебный процесс.

147. Форма внедрения: постановка учебных и научно-исследовательских работ по дисциплине «Технология бетона, строительных материалов, изделий и конструкций».

148. Эффективность практической реализации: повышение качества подготовки специалистов инженеров-технологов в области строительных материалов.

149. Зав. кафедрой технологии строительных изделий и конструкций д-р техн. наук, профессор Е.И. Шмитько