Введение к работе
Актуальность темы. Полимербетоны нашли широкое распространение в строительной индустрии и других отраслях промышленности. К настоящему времени накоплено большое количество опытных данных по изучению их структуры и свойств. Тем не менее, наблюдается недостаточная изученность универсальных закономерностей, с помощью которых можно производить оценку оптимальных рецептур и свойств вновь проектируемых композитов. Поэтому установление таких закономерностей является весьма актуальной задачей.
Полимербетоны представляют собой разновидность строительных полимерных композитных материалов. В современном представлении полимерные композиты это достаточно сложная иерархическая система, формирующаяся в результате физико-химических взаимодействий между ее структурными компонентами.
Главным признаком композитов является их способность образовывать специфические структуры, ответственные за приобретение композитом не аддитивных, иногда уникальных свойств. К таким структурам могут быть отнесены, прежде всего, фрактальные, кластерные и решеточные структуры, анализу которых в современном строительном материаловедении уделяется все больше внимания. Причем такой анализ целесообразно производить, используя подходы синергетики - научной дисциплины, занимающейся изучением различных самоорганизующихся упорядоченных временных и пространственных структур в сложных неравновесных системах различной природы. Свойства полимербетонов на уровне микроструктуры определяются явлениями, протекающими в контакте жидкой и твердой фаз, т.е. зависят от . количества наполнителя, его дисперсности, физико-химической активности.
Для композитов не существует универсального оптимального содержания наполнителя. В зависимости от условий применения полимербетонов эта величина может принимать различные значения. Обычно оптимальным счи-
тается такое содержание наполнителя, которое обеспечивает наивысшие эксплуатационные показатели полимербетонов. В этой связи эффективным является использование наполнителей с прерывистой гранулометрией. Изучение влияния заполнителей и их роли в структурообразовании полимербетонов выделяется в отдельное направление в полиструктурной теории строительных композитов.
Цель работы - прогнозирование механических свойств полимербетонов, на основе научно-обоснованного метода подбора составов полимербе-тонных смесей, учитывающего роль заполнителей и полимерных связующих в формировании структуры и прогнозируемых свойств полимербетонов.
Реализация поставленной цели потребовала решения следующих задач:
провести анализ структуры полимербетонов;
исследовать влияние заполнителей и полимерного связующего на образование контактного слоя между ними. Разработать, с учетом этого, рекомендации по применению различных заполнителей в полимербетонах;
разработать способ определения прочности зерен заполнителей в объеме полимербетона;
установить закономерности формирования микро- и макроструктуры полимербетонов с учетом влияния структурных факторов и определить основные функциональные зависимости, обеспечивающие прогнозирование механических свойств полимербетонов;
- установить зависимость плотности смеси заполнителей в
виброуплотненном состоянии от ее гранулометрического состава;
- разработать базу данных и компьютерную программу подбора соста
вов, позволяющую прогнозировать механических свойств полимербетонов.
Научная новизна работы. Установлено, что в зависимости от содержания заполнителей в полимербетоне различаются три типа макроструктуры полимербетонов: "плавающий", "переходный" и "контактный". Выявлены структурные факторы, влияющие на свойства полимербетонов при различ-
ных типах макроструктуры. Найдены количественные зависимости прочностных и реологических свойств полимербетонных смесей при «контакт-ном»типе макроструктуры полимербетонов от структурных факторов, позволяющие производить оптимизацию и расчёт составов полимербетонов с заданным комплексом свойств. Установлено, что при "контактном" типе макроструктуры полимербетонов прочность и модуль упругости нолимербетона являются характеристиками аналогичных свойств зерен заполнителей. Найдены зависимости на основании которых разработаны методы определения указанных свойств заполнителей при испытании их в теле полимербетона с использованием современных компьютерных технологий.
Практическое значение работы. С целью практического применения результатов исследований создан программный продукт, реализующий разработанный математический алгоритм подбора состава полимербетона при заданных материалах и проектных свойствах получаемой смеси. Программа, позволяет по исходным данным свойств компонентов и проектных свойств смеси, рассчитывать величины весового содержания каждого компонента и его фракции, при необходимости производить оперативные корректировки.
Реализация работы. Разработанные составы полимербетонов, информационные базы данных и программный комплекс используются на ряде строительных и промышленных предприятий, что подтверждается соответствующими актами практического применения.
Апробация работы. По результатам работы были сделаны доклады и сообщения на Всероссийской конференции «Проблемы строительного материаловедения» в ТГАСУ (г. Томск, 1998) и на шестых академических чтениях РААСН «Современные проблемы строительного материаловедения» (г. Иваново, 2000).
Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано 6 научных работ.
Объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, общих выводов, списка использованных литературных источников и приложения. Работа содержит 137 страниц машинописного текста, 19 рисунков, 27 таблиц.
