Введение к работе
Актуальность. В современном бетоноведении особого внимания заслуживают многофункциональные модифицированные мелкозернистые бетоны Незначительно изменяя их состав и технологию, можно получать высококачественные бетоны и растворы различного назначения, отличительной особенностью которых является тонкозернистость их структуры Специальные воздействия, обеспечивающие диспергацию частиц и пор, способствуют получению более качественной тонкозернистой структуры Чем меньше частицы новообразований и размеры пор между ними, тем выше прочность материала даже при одном и том же В/Ц-отношении При этом, в первую очередь, регулируется топология твердой фазы с учетом ее микро- и макроразмерности и роли поверхностных явлений, протекающих на границе раздела фаз
Поэтому важнейшим фактором становится дисперсность твердой фазы в сочетании с определенным ее влажностным состоянием Причем, влияние дисперсности сказывается на всех этапах структурообразования, начиная от приготовления формовочной массы и заканчивая образующейся при твердении структурой цементного камня и строительного композита в целом
Современные достижения в области механики дисперсньпс систем создали дополнительные возможности управления начальной структурой бетонов Ключевым моментом этой стороны управления является избыточная поверхностная энергия, участвующая в процессах структурообразования, которая проявляется в виде внутренних сил дисперсной или дисперсно-зернистой системы
В современном материаловедении действию внутренних сил отводится очень важная роль Их влияние многогранно они регулируют взаимное расположение фаз в объеме, определяют условия влагопереноса, величины межфазных поверхностей, распределение пленочного и капиллярного давлений Область межфазных границ, обладающая избытком поверхностной энергии, рассматривается как отдельная форма существования материала с особыми физико-химическими характеристиками
Это дало основание рассматривать фактор внутренних сил одним из основополагающих в управлении процессами технологии бетонов вообще, и формованием в частности, так как именно здесь осуществляется создание ранней структуры бетона, определяющей в дальнейшем его основные свойства
Недостаточно разработанным на сегодня в научном и практическом плане является вопрос о зависимости межфазных взаимодействий от дисперсности частиц, входящих в структуру бетона, особенно от так называемой микрогетерогенной составляющей, с крупностью зерен в диапазоне 0,1-10 мкм, также практически не исследован вопрос о влиянии степени дисперсности твердой фазы на энергетику процессов формования В связи с этим представляется необходимым более глубокое рассмотрение процессов раннего структурообразования с учетом именно фактора дисперсности
Цель и задачи исследований. Целью работы является получить количественные оценки величины внутренних межфазных сил в дисперсной системе, вклада их энергетического потенциала в общую энергетику пресс-формования из-
делий, обосновать и реализовать предложения по повышению качества прессованных изделий
В соответствии с целью работы определены следующие задачи
обосновать основные факторы управления структурой мелкозернистого бетона на ранней стадии ее формирования,
систематизировать применительно к поставленной цели представления о механизмах самоорганизации структуры влажных дисперсных материалов, в том числе — в условиях внешних силовых воздействий,
разработать методические приемы, позволяющие оценить величину внутренних межфазных (пленочных и капиллярных) сил в зависимости от степени дисперсности твердой фазы, величины В/Т-отношения,
выполнить экспериментальные исследования, раскрывающие влияние фактора дисперсности, при заданной пористости формуемого сырца, на величину прессового давления, на его прочность, на водопотребность формовочной смеси, на качественные показатели готовой продукции,
разработать расчетные модели, позволяющие оценить общие и удельные энергетические затраты на пресс-формование изделий и участие внутренних межфазных сил в общей энергетике процесса в зависимости от степени дисперсности твердой фазы,
дать экономическую оценку эффективности использования тонкодисперсной добавки в составе мелкозернистого бетона,
предложить с целью практического использования расчетные модели для априорной оценки прессуемости и свойств намеченных к производству изделий из мелкозернистого бетона.
Научная новизна.
Уточнены и дополнены представления о механизме самоорганизации структуры влажных дисперсно-зернистых материалов с учетом фактора дисперсности на раннем этапе формирования структуры строительного композита
Систематизированы и дополнены теоретические представления о процессах пресс-формования, отражающие количественную сторону этого процесса и учитывающие двоякую роль воды, заключающуюся в проявлении при определенном влажностном состоянии эффектов самоуплотнения или саморазуплотнения системы
Обоснованы методологические и методические подходы к количественной оценке внутренних сил при формовании, позволяющие компенсировать значительную часть энергии в виде прессового давления
Определены с учетом потенциала внутренних сил оптимальные параметры пресс-формования мелкозернистого бетона (при использовании заполнителя с различной степенью дисперсности), при которых реализуются условия создания наиболее совершенной его структуры
Получены математические модели для расчета ожидаемых показателей основных свойств мелкозернистого бетона и энергетических затрат на прессование изделий в зависимости от общей дисперсности смеси и В/Т-отношения
Достоверность полученных результатов обеспечена методически обоснованным комплексом исследований влияния фактора дисперсности на раннем эта-
пе структурообразования с применением вероятностно-статистических методов обработки результатов и метрологически поверенного контрольно-измерительного оборудования
Практическое значение работы определяется тем, что полученные в результате исследований количественные оценки технологических параметров позволили оптимизировать пресс-формование и выявить возможности снижения рабочего давления при изготовлении прессованных изделий за счет применения рациональных значений влажности формовочной смеси и подбора оптимального зернового состава заполнителя и, тем самым, повысить качество получаемых изделий
Внедрение результатов. Результаты диссертационных исследований по оптимизации составов сухих смесей со стабильными показателями качества для ремонтно-восстановительных работ внедрены на ЗАО «Хохольский песчаный карьер» Методические разработки и результаты исследований использованы в учебном процессе по специальности 270106 - «Производство строительных изделий, материалов и конструкций» при постановке курсового проекта по дисциплине «Основы научных исследований и технического творчества»
Апробация работы. Основные положения работы доложены и обсуждены на 4-й Международной конференции молодых ученых и студентов «Актуальные проблемы современной науки» (Самара, 2003), Международной конференции «Современные технологии в промышленности строительных материалов и строй-индустрии» (БГТУ, 2005), а также на ежегодных научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава Воронежского ГАСУ (1997-2006)
Публикации. Основные положения и результаты диссертационной работы отражены в 7 опубликованных работах, в том числе одна статья опубликована в журнале из перечня ведущих рецензируемых научных журналов и изданий, определенных ВАК РФ
Личный вклад автора в основных работах, опубликованных в соавторстве, состоит в следующем в работе (Шмитько Е И , Титова М В Управление структурой дисперсно-зернистых материалов с учетом дисперсности и внутренних сил // Строительные материалы - 2007 — № 8 - С 72-73 ) автору принадлежит методика расчета удельных энергетических затрат на прессование образцов, в работе (Разживина (Титова) М В , Головинский П А Роль дисперсности в управлении процессами раннего структурообразования композиционных материалов // Передовые технологии в промышленности и строительстве на пороге XXI Сб докл Междунар научно-практическая конф -шк -сем молодых ученых и асп 4 2-Белгород изд БелГТАСМ, 1998 - С 347-350 ) автором получены экспериментальные данные, показывающие положительный эффект от стягивающего воздействия капиллярных сил, в работе (Шмитько Е И , Перцев В Т , Крылова А В , Разживина (Титова) М В, Карпов Ю С , Эктова Н М Эффективные растворные смеси с химическими добавками // III Всероссийская научно-техн конф «Новые химические технологии производство и применение» Сб материалов Пенза, 2000 -С 68-71 ) автору принадлежат разработки по оптимизации составов сухих смесей с улучшенной гранулометрией заполнителя для гидроизоляционных работ
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав,
