Анотація до роботи:

Шинкевич О.С. Розвиток наукових основ отримання вапняно-кремнеземистих будівельних композитів неавтоклавного твердіння. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук зі спеціальності 05.23.05 – Будівельні матеріали та вироби. – Одеська державна академія будівництва та архітектури, Одеса, 2008.

В дисертаційній роботі теоретично обґрунтована й практично підтверджена можливість реалізації комплексу технологічних рішень по використанню резервів будови мінеральних речовин у виробництві вапняно-кремнеземистих композитів неавтоклавного твердіння й стінових виробів на їхній основі. Розроблено модель кінетики процесів гідратації вапняно-кремнеземистого в'яжучого, активованого разом із дрібнозернистим заповнювачем, що всебічно описує процеси гідратації й містить сім рівнянь. Проаналізовано механізм і побудовані допоміжні математичні моделі кристалізації на зернах в'яжучого аморфної (трепел) і кристалічної (кварц) структури. Розроблено кінетичну модель процесів гідратації в часі, що дозволяє аналізувати зміну міцності в тривалі періоди часу. Розроблено оптимальні склади й режими твердіння, які забезпечують одержання вапняно-кремнеземистих композитів різного призначення з рівнем необхідних властивостей із застосуванням багатокритеріальної оптимізації. Впровадження цих виробів дозволить знизити витрати на виробництво на більш ніж 25% і на будівництво будинків більш ніж на 20%.

1. Розроблено наукові основи виробництва вапняно-кремнеземистих композитів неавтоклавного твердіння, теоретично обґрунтована й експериментально підтверджена можливість отримання умовно-ефективних виробів різних видів по ресурсо- і енергозберігаючій технології.

2. Експериментально-теоретичні дослідження показали, що об'єднання наступних способів активації високорухомої силікатобетонної суміші, включаючи дрібнозернистий заповнювач: механохімічної – у водному середовищі змішувача-активатора, хімічної – за рахунок введення мінеральної добавки, що містить аморфний кремнезем, хемоактивації за рахунок підвищених значень рН середовища і термоактивації – за рахунок застосування негашеного меленого вапна, забезпечує перехід від автоклавної обробки до тепловологісної при Т=85С і отримання вапняно-кремнеземистих композитів, які відрізняються наявністю активних реліктів в'яжучої речовини, здатних гідратуватися тривалий час на стадії експлуатації.

3. Розроблено модель кінетики процесів гідратації вапняно-кремнеземистої в'яжучої речовини, активованого разом із дрібнозернистим заповнювачем. Модель всебічно описує процес гідратації, що представлений послідовним переходом елементарних процесів, описаних із застосуванням фундаментальних законів. Описано зміну водовмісту суміші внаслідок адсорбції вологи, змочування поверхні часток і зв'язування її в результаті хімічних реакцій. Диференціальні рівняння другого порядку, що входять у модель, описують швидкість зміни концентрації гідроксиду кальцію, кремнієвої кислоти і утворення гідросилікатів кальцію з урахуванням елементарних стадій: розчинення, кристалізації, адсорбції і кінетики хімічних реакцій. Вибрані і обґрунтовані основні параметри процесів гідратації, які визначають перехід від однієї стадії до іншої. У модель також входять рівняння зміни питомої поверхні кожного з компонентів в'яжучої речовини в процесі гідратації.

4. На підставі двох додаткових моделей механізму кристалізації ГСК у зерні трепелу й на активованій поверхні зерна кварцу показано, що утворення гідросилікатів кальцію може проходити по скрізь розчинному та топохімічному механізму. Ріст кристалів гідросилікатів кальцію відбувається по активній поверхні зерен трепелу усередину зерна в процесі гетерогенної реакції. У випадку гомогенної реакції центрами кристалізації є кристали гідроксиду кальцію, які утворюють епітаксіальний шар на активованій поверхні зерен кварцу. Ці моделі також дозволяють розрахувати час повної кристалізації гідросилікатів кальцію на аморфізованій у процесі активації поверхні кварцу і час повної кристалізації зерна трепелу, що пропорційно квадрату його радіуса та скорочується з підвищенням концентрації розчину гідроксиду кальцію і температури.

5. Розроблено кінетичну модель процесів гідратації в часі, яка дозволяє аналізувати зміну вмісту кристалічної фази в тривалі періоди часу. Для сформованої капілярно-пористої структури композиту підтверджено положення про те, що швидкість збільшення об’єму кристалічної фази пропорційна логарифму часу. Ця залежність є теоретичним підтвердженням логарифмічного росту міцності. Приріст міцності через 1 і 3 роки склав 68 і 85% на S_тр1=350, 89 і 110% на S_тр2=425, 180 і 210% на S_тр3=500м²/кг відповідно. Регулюючи кінетику процесів гідратації і структуроутворення, у структурі композитів створюється резерв інгредієнтів вапняно-кремнеземистої в'яжучої речовини для участі в реакціях гідратації в часі.

6. На основі аналізу впливу складів і режимів твердіння на модифікацію структури і властивості встановлено, що зміна міцності рівною мірою залежить від трьох груп факторів (режимів твердіння, різної питомої поверхні трепелу і вмісту добавки гіпсу), змінюючись під впливом кожної групи факторів більш ніж в 2 рази. На морозостійкість зміна величини питомої поверхні робить в 2.5 рази більший вплив ніж режими твердіння при оптимальному вмісті гіпсу, на теплопровідність в - в 1.6 рази більше впливає зміна величини питомої поверхні і в 2 рази більше режими твердіння, чим вміст добавки гіпсу Вплив складу, зокрема питомої поверхні мінеральної добавки, і режимів твердіння на різні властивості в кількісному вираженні неоднозначно. Оптимальні значення рівнів різних властивостей досягнуті за рахунок розходжень у складах, питомій поверхні та режимах твердіння і визначаються модифікацією структури.

7. Аналіз зміни зв'язків між характеристиками структури і властивостями в процесі структуроутворення з використанням методів комп'ютерного матеріалознавства дозволив описати ряд явищ, пов'язаних з модифікацією структури: внесок різних характеристик структури в процес формування властивостей змінюється в часі, спричиняючи зміну величини зв'язків між характеристиками структури і властивостями і просторово-часовий характер структуроутворення; кінетика процесів гідратації і структуроутворення може регулюватися питомою поверхнею мінеральної добавки, визначаючи індивідуальні рівні властивостей. Так, максимальні значення міцності при стиску забезпечуються оптимальним співвідношенням ГСК до кристалічної і частково закристалізованої форми. Мінімум теплопровідності забезпечений збереженням у твердій фазі аморфного кремнезему за рахунок незавершеності процесу гідратації. Максимальні значення по морозостійкості отримані в умовах повного розчинення аморфного кремнезему з наступною його кристалізацією.

8. Багатокритеріальна оптимізація за комплексами різних показників якості забезпечила отримання стінових виробів різного призначення. В результаті оптимізації розроблені склади і режими твердіння для одержання наступних видів стінових виробів: ефективних стінових блоків густиною =1200-1400кг/м³ і коефіцієнтом теплопровідності <0.40 Вт/мК; умовно-ефективних стінових рядових блоків класів В5-В10 з морозостійкістю F15 і F25, коефіцієнтом теплопровідності =0.43-0.45 Вт/мК і густиною =1450-1500 кг/м³; стінових лицьових блоків класів В15 и В17.5 з морозостійкістю F35, коефіцієнтом теплопровідності =0.56-0.78 Вт/мК, густиною =1550-1600 кг/м³ і коефіцієнтом водостійкості k_p>0.9; стінових рядових умовно-ефективних блоків класів В12.5-В17.5 з морозостійкістю F15 і F25, коефіцієнтом теплопровідності =0.46-0.56 Вт/мК, густиною =1500-1660 кг/м³ і коефіцієнтом водостійкості k_p>0.9.

Результати оптимізації складів і режимів твердіння впроваджені на ВАТ "Силікат" і на підприємстві "Профбудкомплект" при випуску дослідно-промислових партій стінових блоків на основі вапняно-кремнеземистих композитів обсягом 170 і 300 м³ відповідно. Техніко-економічний розрахунок показав, що перехід від автоклавної обробки виробів, отриманих методом пресування до тепловологісної обробки виробів, отриманих по литтєвій технології, скорочує витрати на виробництво більш ніж на 25%, а впровадження цих виробів дозволяє скоротити витрата тепла через огороджувальні конструкції на 30% або знизити витрати на будівництво будинків більш ніж на 20% при необхідному термічному опорі огороджувальних конструкцій. Результати впроваджені в навчальному процесі на кафедрі будівельних матеріалів ОДАБА.

Основні положення дисертації викладені в роботах:

1. Шинкевич Е.С. Моделирование и оптимизация модифицированных силикатных композитов//Моделирование и оптимизация в материаловедении: доклад к 42 межд. сем. – Одесса: 2003. – 24с.

2. Шинкевич Е.С. Прогнозирование свойств силикатных композитов на основе анализа процесса структурообразования с применением методов компьютерного материаловедения//Вісник ОДАБА. – Одеса, 2003. – Вип. №12. – С. 279-285.

3. Шинкевич Е.С. Связь прочностных показателей со структурой в модифицированных силикатных материалах неавтоклавного твердения//Вісник ОДАБА. – Одеса, 2004. – Вип. №15. – С. 238-252.

4. Шинкевич Е.С. Анализ связи прочности с характеристиками структуры в процессе структурообразования с использованием экспериментально-статистического моделирования//Совершенствование качества строительных материалов и конструкций (модели, составы, свойства, эксплуатационная стойкость): Межд. сб. науч. трудов. – Новосибирск, 2005. – С. 118-122.

5. Шинкевич Е.С. Анализ влияния технологических факторов на свойства силикатных материалов неавтоклавного твердения//Строительные материалы.–2006.–№3.–С. 16-18.

6. Шинкевич Е.С. Особенности процессов гидратации известково-кремнеземистых систем// Вісник ОДАБА. – Одеса, 2007. – Вип. №27. – С. 353-370.

7. Шинкевич Е.С. Кинетико-математическая модель процессов гидратации известково-кремнеземистого вяжущего // Зб. наук. пр. ЛНАУ. Серія: Технічні науки. – Луганск, 2007. – №41(53). – С. 234-255.

8. Роль наполнителей в формировании структуры и свойств грубодисперсных известесодержащих суспензий / Е.С.Шинкевич, В.И.Соломатов, И.В.Барабаш, В.Н.Выровой // Ресурсосберегающие решения в технологии строительных материалов и конструкций: Сб. научн. тр. – Одесса, 1992. – С. 30-41.

9. Шинкевич Е.С., Сидорова Н.В. Структурообразование, прочность и трещиностойкость известесодержащих композиций // Ресурсоекономні матеріали, конструкції, будівлі та споруди: Зб. наук. праць. – Рівне, 2000. – Вип.4. – С.72-75.

10. Шинкевич Е.С., Гнып О.П., Сидорова Н.В. Моделирование и оптимизация кинетических процессов структурообразования в силикатных композиционных материалах // Вісник ОДАБА. – Одеса, 2000. – Вип.1. – С.104-108.

11. Шинкевич Е.С., Сидорова Н.В. Влияние минеральных добавок на свойства силикатных композиций, подвергнутых гидродинамическим воздействиям // Ресурсоекономні матеріали, конструкції, будівлі та споруди: зб. наук. праць. –Рівне, 2000. – Вип.5 – С.109-116.

12. Эффективные механоактивированные силикатные стеновые материалы / Е.С.Шинкевич, В.Я.Керш, Н.В.Сидорова, Е.С.Луцкин // Строительство и техногенная безопасность: Сб. науч. тр. – Симферополь, 2002. – Вип.6. – С.235-237.

13. Корреляционный анализ и оптимизация структуры в исследованиях с использованием экспериментально-статистического моделирования / Е.С.Шинкевич, И.В.Шкрабик, Н.В.Сидорова, Е.С.Луцкин // Ресурсоекономні матеріали, конструкції, будівлі та споруди: Зб. наук. праць. – Рівне, 2002. – Вип. 8. – С.31-36.

14. Особенности оптимизации составов силикатных композиций с минеральными добавками / Е.С.Шинкевич, Н.В.Сидорова, Е.С.Луцкин, О.П.Гнып // Вісник ОДАБА. – Одеса, 2002. – Вип. 6 – С.216-221.

15. Анализ и оптимизация структуры и свойств активированных силикатных материалов безавтоклавного твердения / Е.С.Шинкевич, Н.В.Сидорова, Е.С.Луцкин, О.П.Гнып // Вісник ДонДАБА. Композиційні матеріали для будівництва: Зб. наук. пр. – Макіївка, 2003. – Вип. 2003-1(38). – С.172-178.

16. Шинкевич Е.С., Сидорова Н.В., Луцкин Е.С. Анализ корреляционной связи между структурными характеристиками и свойствами модифицированных силикатных композитов // Вісник ОДАБА. – Одеса, 2003. – Вип. №9. – С.194-198.

17. Шинкевич Е.С., Керш В.Я., Хлыцов Н.В. Анализ структурообразования газосиликатных композитов с применением экспериментально-статистических моделей // Вісник академії: Зб. наук. праць. – Дніпропетровськ, 2003. – Вип.3-5. – С.155-161.

18. Моделирование результатов физико-химических исследований при анализе связи состава, структуры и свойств / Е.С.Шинкевич, Н.В.Сидорова, А.В.Манжос, Е.С.Луцкин, С.И.Политкин // Вісник ОДАБА. – Одеса, 2003. – Вип. №12. – С.286-293.

19. Влияние минеральной добавки на структуру и свойства силикатных материалов безавтоклавного твердения / Е.С.Шинкевич, А.В.Манжос, Н.В.Сидорова, Е.С.Луцкин, С.И.Политкин // Коммунальное хозяйство городов. Технические науки и архитектура: Науч.-техн. сб. – Харьков, 2003. – Вып. 53. – С.338-345.

20. Модифицированные силикатные композиционные материалы безавтоклавного твердения / Е.С.Шинкевич, Н.В.Сидорова, Е.С.Луцкин, С.И.Политкин // Будівельні конструкції. Науково-технічні проблем сучасного залізобетону: Зб. наук. пр. – Київ, 2003. – Т.1. – С.553-558.

21. Возможности и особенности корреляционного анализа по ЭС-моделям в рамках компьютерного материаловедения / Е.С.Шинкевич, С.И.Политкин, Е.С.Луцкин, Г.Г.Бондаренко // Сб. наук. пр. ЛНАУ – Луганск, 2004. – №40(52). – С.271-277.

22. Регулирование деформационных свойств модифицированных силикатных материалов неавтоклавного твердения / Е.С.Шинкевич, Е.С.Луцкин, Ю.В.Чесский, Г.Г.Бондаренко, А.А.Койчев, О.М.Швецова // Вісник ОДАБА. – Одеса, 2004. – Вип. №15. – С.253-258.

23. Шинкевич Е.С., Бондаренко Г.Г. Методы компьютерного материаловедения при анализе процесса структурообразования, структуры и свойств силикатных материалов безавтоклавного твердения // Вісник ДонДАБА. Композиційні матеріали для будівництва: Зб. наук. праць. – Макіївка, 2004. – Вип. 2004-1(43). – Т.1. – С.165-170.

24. Механические характеристики силикатных неавтоклавных материалов / Г.Г.Бондаренко, П.М.Довгань, А.А.Койчев, А.Д.Довгань, Ю.В.Доценко, Е.С.Шинкевич //Зб. наук. праць ЛНАУ. Серія:Технічні науки. –Луганськ, 2007.–Вип. №71(94).–С.145-152.

25. Влияние извести на структурно-технологические и прочностные свойства силикатных материалов неавтоклавного твердения / Е.С.Шинкевич, Г.Г.Бондаренко, Е.С.Луцкин, А.А.Койчев, Ю.В.Доценко // Вісник ОДАБА. – Одеса, 2007. – Вип. №27. – С. 347-352.

26. К вопросу о формировании поровой структуры и использовании ее параметров для прогнозирования свойств ячеистых композитов / В.А.Вознесенский, Н.Баровски, В.Н.Выровой, Е.С.Шинкевич // Физико-химическая механика. – София: БАН, 1990. –№17.– С.3-10.

27. Шинкевич Е.С., Выровой В.Н. Анализ структуры и изучение свойств модифицированных ячеистых композитов //Композиционные строительные материалы (структура, свойства, технология): Межвуз. науч. сб. – Саратов, 1993. – С.7-12.

28. Управление технологией приготовления бетонной смеси на высоконаполненной известесодержащей суспензии / И.В.Барабаш, Е.С.Шинкевич, С.Н.Щербина, Н.Н.Пласконь //Строительные материалы и конструкции. – Киев, 1994. –№1. – С.39-40.

29. Влияние наполнителей на структурообразование и свойства силикатных бетонов, приготовленных по ИРТ / И.В.Барабаш, Е.С.Шинкевич, В.Н.Мишин, С.Н.Щербина, О.П.Гнып // Строительные материалы, конструкции и инженерные системы: Сб. тр. ОГАСА. – Одесса, 1996. – С.221-235.

30. Способ приготовления бетонной смеси: А.с. 1761731. СССР. МКИ SU 1761731 A1 C 04 B 40/00 / И.В.Барабаш, В.И.Соломатов, Е.С.Шинкевич, Н.М.Пастер, С.Г.Дирикова – № 4896577/33; Заявл 26.12.1990; Опубл. 15.09.1992, Бюл. № 34 – 4с.

31. Декл. пат. 64603 А Украина, МКИ 7 С04В28/20. Сырьевая смесь для получения модифицированных силикатных материалов и способ ее приготовления: Декл. пат. 64603 А Украина, МКИ 7 С04В28/20 Е.С.Шинкевич, Н.В.Сидорова, Е.С.Луцкин, В.И.Сидоров, С.И.Политкин – № 2003076631; Заявл. 15.07.2003; Опубл. 16.02.2004, Бюл. № 2. – 5с.

32. Шинкевич Е.С. Взаимосвязь процессов структурообразования и свойств в силикатных газонаполненных композитах // Механика и технология композиционных материалов: Тез. нац. конф. Болгарской АН. – София: БАН, 1991. – С.250-253.

33. Шинкевич Е.С. Оптимальные технологические решения производства модифицированных силикатных и газосиликатных материалов // Моделирование и оптимизация в материаловедении: мат-лы к 44-му межд. сем. – Одесса, 2005. – С.7-12.

34. Experimental-statistical modeling the effect of multi-fractional fiiler on rheological indices of compositions /T.Lyashenko, I.Barabash, E.Shinkevich, S.Sherbina, V.Voznesensky // Proc. of 5th European Rheology Conference – Darmstad, 1998. – P.104-105.

35. Оптимизация свойств силикатных композиций на основе анализа взаимосвязи между рецептурно-технологическими факторами и кинетикой структурообразования / Е.С.Шинкевич, О.П.Гнып, К.Н.Кушнирчук, Н.В.Сидорова // Рациональный эксперимент в материаловедении: Мат-лы к 39 межд. сем. – Одесса, 2000 – С. 76-77.

36. Шинкевич Е.С., Сидорова Н.В. Особенности структурообразования и твердения активированных известково-кремнеземистых композиций с минеральными добавками // моделирование и оптимизация в материаловедении: Мат-лы к 40 межд. сем. – Одесса, 2001. – С.52-53.

37. Возможности ресурсосбережения на основе анализа связи состава, структуры и теплофизических свойств активированных силикатных композиций неавтоклавного твердения / Е.С.Шинкевич, Н.В. Сидорова, Е.С. Луцкин, Д.Ю. Парамонов // Межрегиональные проблемы экологической безопасности: Сб. трудов конф. – Сумы – С.Петербург, 2002. – Т.2. – С.61-66.

38. Шинкевич Е.С., Ляшенко Т.В., Чесский Ю.В. Моделирование и анализ влияния дисперсности минеральных добавок на свойства активированных силикатных композиций // Прогнозирование в материаловедении: Мат-лы к 41 межд. сем.– Одесса, 2002. – С.12-14.

39. Анализ эколого-экономических и технологических аспектов ресурсосбережения в производстве модифицированных силикатных композитов / Е.С.Шинкевич, Н.В.Сидорова, Е.С.Луцкин, Д.Ю.Парамонов, С.И.Политкин // Межрегиональные проблемы экологической безопасности: Сб. тр. симп.– Сумы, 2003. – С.225-232.

40. Особенности моделирования результатов физико-химических и химических методов анализа / Е.С.Шинкевич, Н.В.Сидорова, А.В.Манжос, Е.С.Луцкин, Г.Я.Шевчук // моделирование и оптимизация в материаловедении: Мат-лы к 42 межд. сем. – Одесса, 2003.– С.70-71.

41. Об исследовании механических свойств активированных силикатных композиций ультразвуковым методом / Е.С.Шинкевич, Ю.В.Чесский, Н.В.Сидорова, А.В.Манжос, Е.С.Луцкин // Акустические измерения. Ультразвук и ультразвуковые технологии: Сб. тр. ХІІІ сессии РАО РАН. – М., 2003. – Т.2. – С.213-217.

42. Решение эколого-технологических задач строительного материаловедения на основе экспериментально-статистического моделирования / Е.С.Шинкевич, В.М.Виноградский, Д.Ю.Парамонов, С.И.Политкин // Межрегиональные проблемы экологической безопасности: Сб. тр. симп. – Сумы, 2004. – С.97-102.

43. Энергосберегающие технологии получения теплоэффективных стеновых и облицовочных материалов / Е.С.Шинкевич, В.М.Виноградский, Е.С.Луцкин, О.П.Гнып, Ю.Г.Дубов // Енергозберігаючі технології в будівництві та архітектурі: Мат-лы науч.-практ. конф. – Київ, 2004. – С.147-148.

44. Шинкевич Е.С., Политкин С.И., Бондаренко Г.Г. Вычислительный эксперимент при анализе влияния составов и режимов твердения на структуру и свойства силикатных материалов безавтоклавного твердения // Моделирование и оптимизация в материаловедении: Мат-лы к 43 межд. сем. – Одесса, 2004.– С.28-30.

45. Эффективные стеновые материалы на основе ресурсо- и энергосберегающих технологий / Е.С.Шинкевич, С.И.Политкин, В.А.Арабинский, В.Я.Керш, Г.Г.Бондаренко // Енергозберігаючі технології в будівництві та архітектурі: Мат-лы. науч.-практ. конф. – Київ, 2004. – С.138-143.

46. Шинкевич Е.С., Луцкин Е.С. Методы компьютерного материаловедения при анализе связи теплофизических свойств со структурой // Моделирование и оптимизация в материаловедении: Мат-лы к 44 межд. сем. – Одесса, 2005. – С.15-17.

47. Modified non-autoclave hardened siliceous materials. Structure, mixture, properties / E.Shinkevich, E.Lutskin, N.Sidorova, V.Vinogradskiy, S.Politkin // Proc. 2nd Intern. Symp. Non-Traditional Cement & Concrete. – Brno, 2005. – Р.141-147.

48. Шинкевич Е.С., Чесский Ю.В., Бондаренко Г.Г. Анализ влияния модификации структуры на деформационные свойства силикатов неавтоклавного твердения // Моделирование и оптимизация в материаловедении: Мат-лы к 44 межд. сем. – Одесса, 2005. – С.37-38.

49. Researches and mathematic modelling structure and properties of cellular silicate composition / E.Shinkevich, E.Lutskin, Yu.Tchesskii, G.Bondarenko // Proc. 2nd Intern. Symp. Non-Traditional Cement & Concrete. – Brno, 2005. – Р.148-153.

50. Исследования структуры ультразвуковым методом силикатных материалов неавтоклавного твердения / Ю.В.Чесский, Е.С.Шинкевич, Е.С.Луцкин, Г.Г.Бондаренко, А.А.Койчев, Ю.В.Доценко // Акустические измерения Ультразвук и ультразвуковые технологии :Сб. тр. XVIII сессии РАО РАН. – М., 2006. – Т.II. – С.122-126.

51. The influence of modification of the structure of silicate materials on their properties after non-autoclaved hardening / E.Shinkevich, E.Lutskin, O.Gnyp, A.Koichev, J.Dotsenko // Proc. Int. Symp. Brittle Matrix Composites 8. – Cambridge and Warsaw, 2006. – P.517-525.

52. Шинкевич Е.С., Бондаренко Г.Г., Шкрабик И.В. Влияние модификации структуры на микротвердость силикатных систем // ЭС модели в компьютерном строительном материаловедении: Мат-лы к 45 межд. сем. – Одесса, 2006. – С.69-71.

53. Shinkevich E., Lutskin E. The Influence of Structure Modification of Silicate Materials after Hardening in Non-autoclave Conditions on Their Coefficient of Heat Conductivity //Proc. 3rd Int. Conf. Alkali Activated Mater. –Research, Production and Utilization. – Prague, 2007.– P. 621-635.