№ 12 (2024)

Бетонные и железобетонные конструкции подвержены негативному воздействию бактерий, мицелиальных грибов, актиномицет. Разработка составов цементных вяжущих с активными минеральными добавками для создания биоцидных бетонов является целью настоящих исследований. Для изготовления биоцидных цементов с активной добавкой использовались портландцементный клинкер производства АО «Мордовцемент», двуводный гипс Порецкого месторождения, зола-уноса Красноярской ТЭЦ-3 и биоцидные препараты: сернокислый натрий, фтористый натрий. Биоцидные цементы получали совместным помолом минеральных компонентов и биоцидных добавок, затем добавляли активную минеральную добавку. Физико-химические, физико-механические и технологические свойства цементов с активной минеральной добавкой и композитов на их основе определялись в соответствии с действующими нормативными документами. В работе использованы рентгенофазовый анализ, термогравиметрический анализ, дифференциальная термогравиметрия, калориметрия и другие методы. Выявлены особенности фазовых превращений в цементном камне в зависимости от вида и содержания биоцидных препаратов, активной минеральной добавки и времени гидратации. Установлены отсутствие образования эттрингита при гидратации цементов, модифицированных фтористым натрием, и наличие новой гидроалюминатной фазы. Кривые ТГ, ДТГ и ДТА для гидратированного биоцидного цемента с добавкой золы-уноса, модифицированного сернокислым натрием, практически идентичны кривым гидратированного рядового цемента. Наибольшее количество C-S-H-геля (40 мас. %) зафиксировано у составов с активной минеральной добавкой. По результатам исследования нормальной густоты и сроков схватывания цементного теста, прочности образцов биоцидного цементного камня при сжатии и при изгибе получены уравнения регрессии, построены графические зависимости и определены оптимальные составы биоцидных цементов. Получены составы биоцидных цементов, превосходящие по физико-механическим свойствам рядовые портландцементы, которые рекомендуются для изготовления биостойких строительных изделий.

Исследования, связанные с разработкой критериев оптимизации состава строительных смесей на основе минеральных порошков, в настоящее время не теряют своей актуальности и являются одним из приоритетных вопросов отрасли. Исходя из факта преимущественного использования процессов дезинтеграции сырьевого материала горных пород при подготовке к его дальнейшему технологическому переделу, в данной работе предлагается для оценки процесса механоактивации при дроблении материала использовать параметр активности поверхности получаемой порошковой системы, а для оптимизации состава смеси, исходя из принципов максимального дисперсионного взаимодействия частиц дисперсий, использовать аналоговую величину постоянной Гамакера. На примере горных пород различных генетических групп природного и техногенного происхождения (базальт, кварцевый и полиминеральный кремнеземсодержащий пески, сапонитсодержащий отход процесса обогащения кимберлитовых руд) показан алгоритм расчета вышеупомянутых характеристик. Установлено, что при одинаковой продолжительности помола (и сравнимых значениях размерных характеристик получаемых порошков) активность поверхности возрастает в ряду: полиминеральный песок, кварцевый песок, сапонитсодержащий материал. Максимальным дисперсионным взаимодействием частиц исследуемых минеральных порошков (базальт, сапонитсодержащий отход, серпентин), оцениваемым по значениям аналоговой постоянной Гамакера, характеризуется дисперсия, полученная путем механического помола серпентина.

Многокомпонентный состав сырьевой смеси и гетерогенность структуры высокофункциональных бетонов на различных масштабных уровнях обеспечивают возможность эффективного управления формированием показателей его демпфирующих свойств за счет рецептурно-технологических факторов. Экспериментальные составы включали портландцемент, песок кварцевый, гранитный отсев, микрокремнезем, метакаолин, кварцевую муку, микрокальцит, компенсаторы усадки, гиперпластификатор и армирующую микрофибру. Вибродинамические свойства исследовались методами свободных и вынужденных колебаний. Разработан лабораторный комплекс вибродинамических испытаний, обеспечивающий автоматизированную обработку амплитуд изгибных затухающих колебаний первой моды бетонных образцов для вычисления динамического модуля упругости и логарифмического декремента затухания. Высокая точность получаемых результатов позволила выявить характер влияния различных рецептурных факторов (расход цемента, пуццолановых добавок, микрофибры, компенсаторов усадки) на показатели динамического модуля упругости и демпфирования бетона. Установлен рост величины демпфирования бетона (в 1,22 раза) при увеличении расхода цемента с 300 до 734 кг/м³. Введение компенсаторов усадки, различающихся по механизму воздействия, позволило получить безусадочные литьевые композиции и благоприятно влияет на вибродинамические показатели, коррелирующие с величиной общей неоднородности микроструктуры бетона. Результаты исследований апробированы при изготовлении прототипов бетонных и железобетонных станин металлорежущего (малогабаритный фрезерный станок), а также лабораторного испытательного оборудования.

Приведены результаты исследования зависимости упругопрочностных свойств ненаполненных эпоксидных полимеров от влагосодержания на примере 18 различных составов. Проанализированы возможные эффекты, связанные с изменением содержания свободной влаги в структуре полимерной матрицы, в том числе изменение характера поведения под нагрузкой с хрупкого на вязкотекучий с кратным увеличением относительной деформации при разрыве, а также квазиохрупчивание, проявляющееся в устранении или уменьшении на кривой деформирования участка вынужденных высокоэластических деформаций. Помимо формы, соответствующей близкой к линейной зависимости изменения предела прочности, и модуля упругости при растяжении от влагосодержания с максимальным уровнем в области W~0%, выявлены другие формы взаимосвязи рассматриваемых показателей: с локальным максимумом значений в области оптимального влагосодержания, отличным от W~0%; c участками плато в окрестностях обоих предельных влажностных состояний. Продемонстрирована схожесть эффектов, возникающих в областях влагосодержания W~0% для образцов эпоксидных полимеров, как в контрольном состоянии, так и после длительного климатического старения. Сформулирована гипотеза, касающаяся существования общего для эпоксидных полимеров паттерна изменения характера зависимости механической прочности от влагосодержания в процессе натурного климатического старения. На основе совместного анализа кривых зависимости упругопрочностных показателей от влагосодержания выполнен отбор наиболее представительных составов эпоксидных полимеров для проведения натурных исследований с целью формирования обучающих наборов данных для модели машинного обучения, прогнозирующей изменение упругопрочностных свойств полимерных материалов под действием факторов окружающей среды.

Проведена стандартная оценка глинистого сырья Нефтегорского месторождения Самарской области. Установлено, что глина по всем показателям, кроме содержания СаО, соответствует требованиям ГОСТа к сырью для производства керамзитового гравия. Определена группа глинистого сырья как слабо вспучивающаяся глина. Исследовано влияние температуры обжига, содержания органических и железосодержащих добавок на степень вспучивания. Проведена нестандартная оценка глины расчетным методом по химическому составу. Теоретически обоснованы виды и количество необходимых добавок для направленной корректировки состава с целью получения максимального вспучивания. Разработан состав комплексной добавки для повышения вспучиваемости глинистого сырья Нефтегорского месторождения, включающий опоку, пиритные огарки, шлам щелочного травления алюминия и соляровое масло.