МЕТОДОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И РЕГУЛИРО-ВАНИЯ МИКРОСТРУКТУРЫ ЦЕМЕНТНОГО КАМНЯ В БЕТОНЕ :

Краткое содержание

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтовано актуальність роботи, сформульовані мета і задачі досліджень, представлені ​​наукова новизна і практичне значення роботи.

У першому розділі наведено огляд стану і показана проблематика вивчення мікроструктури цементного каменю, обґрунтовано напрямок і розроблена загальна гіпотеза досліджень. Установлено роль мікроструктури цементного каменю у формуванні основних властивостей бетону.

Залежно від розгляду на різних рівнях – від атомно-молекулярного до макроскопічного термін «структура» включає широкий спектр понять. Показано, що структура цементного каменю і бетону відноситься до динамічних структур, формування та зміна яких відбувається протягом усього часу їхнього існування за рахунок протікання гідратаційних і корозійних процесів, впливу технологічних та кліматичних факторів. При цьому для бетону характерна відносна стабільність структури і зовнішньої форми, що обумовлено певними зв'язками і відносинами між твердими, рідкими і газоподібними складовими структурних елементів, а форми змін і переходів їх станів проявляються в неминучих тепло- і масообмінних явищах, що протікають у порах цементного каменю.

Показана необхідність поділу структури бетону на рівні, яка обумовлена різним ступенем дисперсності структурних компонентів і енергетичними показниками (І.М. Грушко, В.Б. Ратинов, А.Є. Шейкін, F.-J. UIm). Кожному рівню відповідає характерна морфологія (Дж.Дж. Вербек, H.M. Jennings, П.Г. Черемський) і механічні властивості елементів (В.В. Бабков, Г.І. Горчаков, Л.Е. Коупленд), що визначаються процесами гідратації і структуроутворення, які детерміновані за своєю природою (F.H. Wittmann, Kuo-Yu Liaoa, К. Maekawa,       T.C. Powers, В. Рамачандран, Л.Г. Шпинова).

Накопичена інформація, незважаючи на значний обсяг, відрізняється певною фрагментарністю, зумовленою вузькими областями діапазонів розмірів пор, мінералогією та зовнішніми чинниками досліджуваних структурних складових. Порова структура відображає характер їх взаємодії і щільність упаковки частинок твердої фази (E.J. Garboczi, D.P. Bentz). Тому, необхідна систематизація існуючих уявлень і розробка загальних теоретичних підходів до питання регулювання структуроутворення бетонів із позицій генезису пористості цементного каменю.

Загалом, мікроструктуру цементного каменю можна представити твердою фазою і порами, з певною часткою заповненими рідкою фазою і парогазовою сумішшю. Частка капілярних пор при цьому становить 1/3 частину загального об’єму цементного каменю, що за інших рівних умов визначає основні технологічні властивості бетону. Складність вивчення структури цементного каменю обумовлена ​​морфологічною різноманітністю частинок новоутворень, широким діапазоном розмірів пор і наявністю взаємодіючих твердої, рідкої і газоподібної фаз.

Для аналізу мікроструктури цементного каменю необхідно розглянути умови формування капілярно-пористих тіл з точки зору характеру міжфазних зв'язків і з урахуванням масштабного фактору.

Аналіз останніх досліджень в області гідратаційного структуроутворення показує, що аморфні колоїдні структури гідросилікатів кальцію C-S-H організовані в глобули, що складаються з елементарних твердотільних блоків і внутрішньоглобульних пор (H.M. Jennings). Була запропонована модель самоподібності, згідно з якою найдрібніші частинки C-S-H об'єднуються в більші глобули, подальша агрегація яких відбувається на більш грубих рівнях дисперсності (W.Shen). З точки зору поромеханіки (O.Coussy) глобули гелю C-S-H, в яких укладено 18 відсотків внутрішніх нанопор, заповнених структурної водою, є «елементарною твердою фазою» (ЕТФ) будь-якого матеріалу на основі цементу. Ця тверда фаза має характеристичні розміри порядку 5,6 ×10^-9 м і відповідальна за всі поропружні властивості. Таким чином, властивості матриці цементного каменю, що має наногранулярний характер (F.-J. Ulm), визначатимуться щільністю упаковки глобул або мікропористістю.

У роботі розглянуті фізико-хімічні особливості твердіння цементів і морфологія продуктів гідратації, визначені роль гідросилікатів кальцію, теоретичні принципи генезису пористості, типологія пор, форми зв'язку води. Проаналізовано взаємозв'язок параметрів мікропористості (об’єм, розмір, форма і розподіл за розмірами) з властивостями цементного каменю і бетону.

Як структурно неоднорідний матеріал, цементний камінь складається з декількох ізотропних і анізотропних фазових складових, що розмежовані поверхнями розділу і відрізняються своєю просторовою орієнтацією, формою, фізико-механічними властивостями (рис. 1). Поведінка і властивості мікронеоднорідних складових обумовлені складною взаємодією великої кількості елементів, що утворюють структуру. Тому необхідне дослідження процесів структуроутворення цементного каменю в кінетичному аспекті і з урахуванням характеру зміни всіх складових її компонентів.

Показано, що одним з напрямків вивчення структуроутворення цементного каменю є імітаційно-статистичне моделювання (D.P. Bentz, J.J. Beaudoin, K. van Bruegel, G. Ye, H.M. Jennings, J.R. Clifton, В.І. Кондращенко, J.M. Pommersheim, R.F. Feldman, A.M. Харитонов та ін.). Моделювання цементвмісних матеріалів ускладнено їх багаторівневою, ієрархічною структурою, що зумовлює комплексний підхід з чітко виділеним критерієм оцінки найважливіших властивостей, що визначають їх міцність і довговічність. Критерієм може служити пористість цементного каменю, відповідальна за основні експлуатаційні властивості бетону.

В основному, неоднорідності мікроструктури цементного каменю обумовлені наявністю капілярної пористості (до 30% об’єму). Гелева пористість унаслідок малості елементів неоднорідності і статистичного характеру їх розподілу в цементному камені належить деяким об’ємам гідросилікатів кальцію ГСК, властивості яких однакові і відповідають характеристикам усього матеріалу на макрорівні.