МЕЛКОЗЕРНИСТЫЕ ДОРОЖНЫЕ БЕТОНЫ, АКТИВИРОВАННЫЕ УГЛЕРОДНЫМИ КОЛЛОИДНЫМИ ЧАСТИЦАМИ

Краткое содержание

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтовано актуальність теми дисертації. Сформульована мета та поставлені задачі дослідження, визначено об’єкт і предмет дослідження, наукова новизна і практичне значення отриманих результатів. Відображено наукові положення і результати досліджень, які виносяться на захист. Наведено відомості про структуру дисертації, публікації та апробацію роботи.

У розділі 1 виконано аналітичний огляд впливу різних факторів на процеси структуроутворення в бетоні. Вивченням процесів структуроутворення в бетонах займалися: І.Н. Ахвердов, В.І. Бабушкін, В.М. Вировий, І.Г. Гранковський, І.М. Грушко, Б.В. Гусєв, Л.Й. Дворкін, О.Л. Дворкін, В.І. Классен, М.М. Круглицький, Т.Ю. Любімова, О.П. Мчедлов-Петросян, А.А. Пащенко, А.М. Плугін, А.А. Плугін, М.М. Сичов, С.М. Толмачов, А.В. Ушеров-Маршак. Прискорити процеси структуроутворення в бетоні можливо за допомогою різних активаційних впливів. Показано, що активація компонентів бетонної суміші спрямована на інтенсифікацію в’яжучих властивостей цементу, або на зміну властивостей поверхні зерен заповнювача, або на модифікацію води зачинення. Активаційні впливи можуть бути фізичними, хімічними, фізико-хімічними, фізико-механічними. Дослідженням впливу активаційних впливів в період структуроутворення бетонів займалися: В.І. Бабушкін, Л.О. Бєлова, В.О. Бірюков, І.М. Грушко, Б.В. Гусєв, М.Г. Дюженко, В.І. Классен, П.Г. Комохов, Т.В. Кузнецова, В.А. Матвієнко, А.Ф. Міхайлов, О.П. Мчедлов-Петросян, В.П. Сізов, С.Є. Солдатенко, В.І. Соломатов, А.Д. Циремпілов, В.В. Чістяков, Л.Г. Шпинова, в тому числі хімічної активацією – В.Г. Батраков, В.Б. Ратінов. Загальними недоліками усіх фізичних методів активації води зачинення є складність визначення оптимальних параметрів активації і її тривалості у виробничих умовах, необхідність оснащення технологічних ліній додатковим спеціальним устаткуванням для активації води і наявності кваліфікованого персоналу.

Протягом кількох десятиліть в технології важких бетонів для підвищення
експлуатаційних характеристик готових виробів в якості модифікаторів структури застосовують тонкоподрібнені мікронаповнювачі. Дослідженнями по застосуванню мікронаповнювачів займалися такі вчені, як Ю.М. Баженов, Г.І. Бєрдов, В.М. Вировий, Л.Й. Дворкін, О.Л. Дворкін, О.Г. Ольгінський, В.І. Соломатов, Е.Д. Щукін та їхні учні. Є великий практичний досвід застосування в якості дисперсних мінеральних наповнювачів (мікронаповнювачів) золи-винесення, шлаків,
мікрокремнезема та ін. Мікронаповнювачі, які застосовуються в технології бетонів, отримують шляхом механічного подрібнення в кульових млинах. Дисперсність, що досягається таким способом подрібнення до рівня 10^{-6 м, є граничною. Частинки такого рівня дисперсності не можуть бути центрами кристалізації, вони лише здатні ущільнювати мікроструктуру, на відміну від колоїдних частинок, що мають більш тонку дисперсність, які можуть сприяти прискоренню процесів кристалізації на субмікро-і мікроструктурних рівнях. Такий вплив ґрунтується на колоїдно-хімічних взаємодіях. Вивченням поверхневих явищ і впливом вуглецевих частинок} займалися О.Г. Ольгінський, А.А. Пащенко, А.М. Плугін, А.А. Плугін, П.А. Ребіндер, В.В. Тімашев, Ю.Г. Фролов, В.М. Шмалько, Е.Д. Щукін. Маловивченою залишається сфера застосування матеріалів попутного видобутку вугледобувних та вуглепереробних промисловостей, в першу чергу коксового пилу. Це пов’язано з тим, що коксовий пил є дрібнодисперсним та його застосування в сухому вигляді досить складно. Тому необхідно вдосконалювати способи введення вуглецевовмісних
дисперсних матеріалів в цементні системи. Одним із способів застосування вугільного пилу в цементних системах може бути ультразвуковий спосіб отримання водного розчину – гідрозолю, що містить вуглецеві колоїдні частинки.

Вугілля і продукти його термічної переробки (продукти коксування), зокрема, коксовий пил, містять дрібнодисперсні частинки. Одним із способів підвищення дисперсності вуглецевих частинок є ультразвукове диспергування. Для виділення високодисперсних вуглецевих частинок, зокрема, з коксового пилу, готували водні розчини шляхом ультразвукового диспергування коксового пилу у воді. Такий спосіб виділення дрібнодисперсних частинок з коксового пилу дозволяє отримувати стабільні колоїдні водні розчини – гідрозолі, концентрація яких складає 0,9 г/літр. Фізико-хімічні дослідження водних розчинів вуглецевих частинок показали, що такі частинки являють собою колоїдні системи розміром 10^-6 – 10^{-8 м.}

Однак, оскільки до теперішнього часу не сформульовано теоретичні передумови, що дозволяють розкрити механізм впливу ВКЧ на цементні системи, одним із завдань даної роботи є розробка таких теоретичних передумов з точки зору основних законів фізичної хімії та фізико-хімічної механіки дисперсних систем.

У розділі 2 проводиться аналіз існуючих даних про властивості коксового пилу і розвиток уявлень про його вплив на процеси твердіння цементно-водних сумішей, розчинів і бетонів. Коксовий пил має практично такий же мінеральний і хімічний склад, що і кам’яне вугілля і кокс. Як продукт деструкції коксу частинки коксового пилу являють собою структурні елементи його зерен. Тому, для правильного уявлення частинок коксового пилу як структурних елементів цементного каменю, проведені дослідження геометричних характеристик і електроповерхневих властивостей вугілля і коксу.

У вугіллі за аналогією з бетонами розрізняють мікро- і макроструктуру. За макроструктурою всі вугілля поділяють на однорідні або смугасті (рис. 1). При більш детальному вивченні структури кам’яного вугілля спостерігаються світлі глобули - близькі до сферичних частинки, розміром 5 – 6 мкм (рис. 2, а). Фібрилярні структурні елементи утворені з глобул по 3 – 5 штук у вигляді ланцюжків товщиною в одну глобулу (рис. 2, б). Дослідження фрагменту спечених коксових зерен показали, що макроструктура коксу в точності відповідає макроструктурі кам’яного вугілля, тобто представлена флокулами і фібрами таких же розмірів.