Анотація до роботи:

Коробко О.О. Підвищення тріщиностійкості цементних композицій для ремонту будівельних конструкцій. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.23.05 – Будівельні матеріали та вироби. Одеська державна академія будівництва та архітектури. Одеса-2002.

Дисертація присвячена питанням підвищення тріщиностійкості та фізико-механічних характеристик цементних композицій за рахунок регулювання їх об’ємними зміненнями під час твердіння. Показана можливість керування початковими об’ємними деформаціями та властивостями цементного каменю шляхом введення у склад в’яжучого кварцового наповнювача різних кількості і питомої поверхні. Запропоновано механізми початкової організації структури цементних композицій залежно від складу їх вихідних часток. Визначені кількісні значення і кінетика виявлення об’ємних змінень твердіючих клінкерних мінералів, штучно синтезованих на їх основі полімінеральних систем різних складів та цементних композицій. Вивчено вплив кількості і питомої поверхні кварцового наповнювача на початкові об’ємні деформації, в’язкість руйнування та міцність цементного каменю. Проаналізована кореляційна залежність між зниженням об’ємних змінень твердіючих цементних композицій та підвищенням їх кінцевих властивостей. Визначені оптимальні склади цементного в’яжучого, які сприяють одержанню матеріалів з підвищеною тріщиностійкістю та зниженою матеріалоємкістю.

1. Проведені дослідження показали, що регулювання початковими об’ємними зміненнями цементних композицій дозволяє підвищити їх тріщиностійкість та фізико-механічні властивості. Керувати DV можна введенням до складу в’яжучого наповнювачів різних кількості і питомої поверхні.

2. Запропоновано та проаналізовано можливі механізми початкового структуроутворення цементних композицій залежно від складу часток дисперсної фази. Руйнування гранул клінкеру під час помелу по дефектам структури складаючих їх клінкерних фаз і міжфазним границям розподілу зумовлює співіснування в портландцементі мономінеральних частинок різного мінералогічного виду та полімінеральних часток з індивідуальним сполученням мономінералів клінкеру в їх об’ємі. Організація початкової структури цементних композицій здійснюється внаслідок формування однорідних та змішаних дискретних блоків у результаті взаємодії моно- і полімінеральних зерен як з собі подібними по складу частками, так і з частками іншої хімічної природи. Утворення структурних агрегатів супроводжується орієнтуванням цементних часток одна відносно одної активними центрами або ділянками поверхні однакового мінералогічного складу.

3. Визначено кількісні значення і кінетику початкових об’ємних змінень індивідуальних клінкерних мінералів та цементних композицій. Об’ємні деформації твердіючих мономінералів клінкеру відрізняються по величині, інтенсивності і тривалості їх виявлення. Максимальні DV властиві трьох- та двохкальцієвому силікатам. За перші 9 годин гідратації та структуроутворення величина об’ємних змінень C₃S склала 0.91%, C₂S - 0.98%. Об’ємні деформації трьохкальцієвого алюмінату C₃A та чотирьохкальцієвого алюмоферіту C₄AF в середньому в 2.3 рази менше, ніж DV мінералів-силікатів. Цементні композиції характеризуються такою ж кінетикою розвитку об’ємних змінень, що і клінкерні мономінерали. При цьому кількісні значення їх DV перевищують об’ємні деформації трьох- та двохкальцієвого силікатів в середньому на 40%, C₃A та C₄AF – в середньому в 4 рази.

4. Початкові об’ємні змінення індивідуальних мономінералів цементного клінкеру та штучно синтезованих на їх основі полімінеральних систем відрізняються по величині та швидкості виявлення. Величина об’ємних деформацій двокомпонентних систем різних складів відрізняється від DV трьох- та двохкальцієвого силікатів в середньому на 39%, трьохкальцієвого алюмінату і чотирьохкальцієвого алюмоферіту - в середньому на 18%. Початкові об’ємні змінення чотирьохкомпонентної системи C₃S(45%)+C₂S (30%)+C₃A(10%)+C₄AF(15%) перевищують DV мінералів-силікатів в середньому в 2 рази, C₃A та C₄AF – в середньому в 5 разів. Зменшення та збільшення кількості C₃S і C₂S у складі чотирьохкомпонентної системи викликає зміну її початкових об’ємних деформацій в середньому на 30%, кількості C₃A та C₄AF - в середньому в 2.5 рази.

5. Експериментальні дослідження показали, що величина і кінетика об’ємних деформацій твердіючих клінкерних мінералів та цементних композицій залежать від кількості води замішування та геометричних параметрів датчика змінення об’єму V_м. Підвищення водов’яжучого відношення з В/В=0.32 до В/В=0.35 призводить до зміни DV трьох- та двохкальцієвого силікатів в середньому на 19%, відповідно, C₃A та C₄AF - в середньому на 15% і 41%, відповідно. Об’ємні деформації цементних композицій в цьому випадку знижуються в середньому на 20%. При збільшенні V_м=19см³ до V_м=26см³ відбувається зміна DV мінералів-силікатів в середньому на 37%, алюмінату і алюмоферіту - в середньому на 24%, цементних композицій - в середньому в 2 рази.

6. Залежно від кількості двоводного гіпсу об’ємні деформації твердіючих цементних композицій можуть змінюватися в середньому від 8% до 23%.

Введення 10% кварцового наповнювача з S_уд=200м²/кг викликає зниження DV цементної композиції на 20%, з S_уд=400м²/кг - на 35%, з S_уд=600м²/кг - на 44%. При збільшенні кількості наповнювача до 30% об’ємні змінення зменшуються на 27%, 43% та в 2 рази, відповідно. Збільшення питомої поверхні молотого кварцового піску призводить до зниження об’ємних деформацій цементної композиції в середньому на 11%.

При 10% кварцового наповнювача тріщиностійкість та міцність цементного каменю зростають. В’язкість руйнування підвищується на 13-37%, міцність при стиску – в середньому на 10%, міцність на розтяг при вигині – в середньому на 15%. Рівень властивостей цементного каменю залежить як від кількості наповнювача, так і від його питомої поверхні.

Аналіз кореляційної залежності між об’ємними деформаціями твердіючих систем та їх кінцевими властивостями показав, що зниження початкових DV веде до підвищення тріщиностійкості та міцності затверділих цементних композицій. Коефіцієнти кореляції склали: для К_1с^з – 0.83, для К_1с^р – 0.85, для R - 0.768, для R_bt - 0.77.

7. По результатам досліджень визначено оптимальні по кількості двоводного гіпсу та кварцового наповнювача різної питомої поверхні склади цементного в’яжучого, які дозволяють отримувати матеріали з підвищеними в’язкістю руйнування і фізико-механічними характеристиками, а також матеріали із заданою міцністю при стиску (R=60МПа) при зниженні витрачання портландцементу на 30%, котрі рекомендовано для ремонтних, захисних та відбудовчих робіт.

Основні положення дисертації викладено у працях:

1. Коробко О.А., Выровой В.Н. Объемные изменения моно- и полиминеральных вяжущих в начальные периоды схватывания и твердения // Вісник Одеської державної академії будівництва та архітектури. – Одеса: ВМК “МІСТО МАЙСТРІВ”. - 2001. – № 3. – С.113-117.

Внесок здобувача – визначення кінетики і кількісних значень початкових об’ємних деформацій моно- та полімінеральних систем, а також викладення отриманих результатів.

2. Коробко О.А., Выровой В.Н., Закорчемный Ю.О. Анализ механизмов структурообразования наполненных цементных композиций // Ресурсоекономні матеріали, конструкції, будівлі та споруди. – Рівне: РДТУ. - 2001. – № 6. – С.55-62.

Внесок здобувача – запропоновано та проаналізовано можливі механізми початкової організації структури моно- та полімінеральних систем залежно від складу часток дисперсної фази.

3. Коробко О.О., Виноградський В.М., Макарова С.С. Взаємозв’язок між вихідним складом, початковими об’ємними деформаціями та тріщиностійкістю цементних композицій // Ресурсоекономні матеріали, конструкції, будівлі та споруди. – Рівне: РДТУ. – 2001. – № 7. - С.50-56.

Внесок здобувача – обґрунтування мети та задач досліджень, виконання експериментальних робіт, математична обробка одержаних результатів, аналіз впливу складу в’яжучого на об’ємні деформації та кінцеві властивості твердіючих цементних композицій, розрахунок кореляційної залежності між початковими об’ємними зміненнями та тріщиностійкістю і міцністю цементного каменю, визначення оптимальних по кількості та питомої поверхні кварцового наповнювача складів цементного в’яжучого, що сприяють підвищенню в’язкості руйнування і фізико-механічних властивостей матеріалів на основі портландцементу, а також зниженню їх матеріалоємкості.

4. Коробко О.А., Закорчемный Ю.О. Влияние состава на начальные объемные изменения и механические свойства цементных композиций // Совершенствование методов проектирования составов бетона. - Ровно: Изд-во гос. центра научно-технической и экономической информации. - 2001. – С.99-104.

Внесок здобувача – проведення експериментів, вивчення впливу кількості двоводного гіпсу та кварцового наповнювача різної питомої поверхні на початкові об’ємні змінення, тріщиностійкість та фізико-механічні характеристики цементного каменю, розрахунок математичних моделей, побудова багатофакторних діаграм.

5. Коробко О.А. Влияние состава на начальные объемные деформации твердеющего цемента // Вісник Одеської державної академії будівництва та архітектури. – Одеса: ВМК “МІСТО МАЙСТРІВ”. - 2000. – № 1. – С.100-103.

6. Коробко О.А. Влияние минералогического состава цементного клинкера на его объемные изменения в период твердения // Моделирование в материаловедении. – Одесса: “Астропринт”. - 1998. – С.186-187.