Материал: Физико-химические проблемы и высокие технологии строительства. Рудаков О.Б., Перцев В.Т

Научный Вестник Воронежского государственного архитектурно-строительного университета

Сходимость расчетных и экспериментальных величинvдля различных тонкодисперсных материалов подтверждает правомерность топологической оптимизации цементных композитов методами теории протекания.

Вместе с тем в реальных условиях задача оптимизации структур усложняется анизотропией поверхности частиц микронаполнителя, шероховатостью, формой поверхности на различных масштабных уровнях, размером частиц и др. [9,10].

Как показали исследования на различных масштабных уровнях (рис. 8,9), отдельные частицы микронаполнителя имеют различные структурные показатели (табл.), которые в конечном итоге влияют на формирование структуры обводненных дисперсных систем и прочность цементного камня (см. рис.7).

Рис. 8. Изображение поверхности (а) и «разрезов» поверхности (б) частиц твердой фазы (на нано- и микроуровне), полученное методом атомно-силовой микроскопии; единицы измерений:

по оси X и Y – мкм, по оси Z – нм

Таблица.

Структурные показатели дисперсных систем (Sуд = 500 м2/кг) и отдельных частиц твердой фазы

D* - фрактальность частиц твердой фазы на мезоуровне;

D** - фрактальность частиц твердой фазы на микро- и наноуровне

26

Серия «Физико-химические проблемы и высокие технологии строительного материаловедения» Выпуск № 1(10), 2015

Рис. 9. Вид проекции молотых частиц (на мезоуровне): а) цемента; б) песка; в) известняка; г) шлака; д) золы; увеличение в 400 раз; Sуд = 500 м2/кг

Заключение. Представленный теоретический подход позволил проанализировать процессы формирования структуры цементного камня, оптимизировать количество микронаполнителей в зависимости от их природы. Установлена возможность регулирования микроструктуры цементного камня путем направленного формирования первичного каркаса (кластера) определенного топологического строения, за счет применения микронаполнителей различной природы. Представленные теоретические и практические результаты исследований можно рассматривать как базовые при выборе методологических подходов, при разработке новых композиционных материалов с улучшенными свойствами.

Список литературы

1.Управление процессами раннего структурообразования бетонов: монография / В.Т. Перцев; Воронеж. гос. арх. - строит. ун-т. Воронеж, 2006. 234 с.

2.Бобрышев А.Н. Синергетика композиционных материалов /А.Н. Бобрышев, В.Н. Козомазов, Л.О. Бабин, В.И. Соломатов. - Липецк: НПО ОРИУС, 1994. 153 с.

3.Бобрышев А.Н. Явление самоорганизации в твердеющих цементных системах / А.Н. Бобрышев, Н.И. Макридин, В.И. Соломатов. Пенза, 1989. 34 с.

4.Урьев Н.Б. Структурированные дисперсные системы // Соровский образовательный журнал. 1998. № 6. С. 42 – 47.

5.Структурно-реологические свойства дисперсно-зернистых систем: монография / Е.В. Алексеева [и др.]; под общ. ред. В.Т. Перцева; Воронеж. гос. арх.-строит. ун-т. Воронеж, 2010. 196 с.

27

Серия «Физико-химические проблемы и высокие технологии строительного материаловедения» Выпуск № 1(10), 2015

УДК 691.32.001.4

А.И. Макеев

МЕТОДОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВАНИЯ ТЕОРИИ КОНСТРУИРОВАНИЯ И СИНТЕЗА ОПТИМАЛЬНЫХ СТРУКТУР КОНГЛОМЕРАТНЫХ СТРОИТЕЛЬНЫХ КОМПОЗИТОВ

В публикации раскрываются основные положения системно-структурного подхода, интегративного механо-физико-химического подхода, однородно/неоднородностного подхода, составляющие методологическую основу развиваемой теории конструирования и синтеза оптимальных структур конгломератных строительных композитов (термин предложен академиком РААСН Чернышовым Е.М.).

Ключевые слова: строительные композиты, управление сопротивлением разрушению, конструирование структур, синтез структур, однородность (неоднородность) строения.

A.I. Makeev

METHODOLOGICAL BASIS OF THE THEORY OF DESIGNING AND SYNTHESIS OF OPTIMAL STRUCTURE OF CONGLOMERATE CONSTRUCTION COMPOSITES

The article reveals the basic provisions of system-structural approach, integrative mechanical and physic-chemical approach, homogeneous/inhomogeneous approach, constituting a methodological basis of the theory of design and synthesis of optimal structures conglomerate building composites (a term coined by Academician RAABS Chernyshov EM).

Keywords: building composites, breaking strength management, engineering structures, the synthesis of structures, homogeneity (heterogeneity) structure.

Введение. Побудительным мотивом разработки, выдвижения теории конструирования и синтеза оптимальных структур является низкая эффективность управления свойствами современных строительных материалов, главная причина которого кроется в их более сложном строении по сравнению с другими конструкционными материалами. Под управлением свойствами здесь понимается упорядоченное множество макроскопических внешних воздействий на систему, которое способствует протеканию внутренних процессов самоорганизации в системе в направлении формирования структуры, обладающей заданными свойствами на всех этапах жизнедеятельности материала (определение научной школы В.В. Кафарова).

В такой постановке, предметной областью теории синтеза и конструирования структур являются проблемы и направления управления свойствами конгломератных строительных композитов на основе изучения закономерностей взаимосвязи в системе «рецептурно-технологические факторы состав, структура, состояние материала свойства материала».

В соответствии с этим, цель развития теории соотносится с разработкой принципов эффективного управления свойствами строительных материалов путем направленного формирования их структуры в процедурах ее конструирования и синтеза.

Главной задачей такого управления выступает обеспечение заданной работоспособности и надежности строительных конструкций при минимизации производственных затрат, поэтому ключевым свойством строительных материалов, рассматриваемым в теории конструирования и синтеза оптимальных структур, является их прочность (сопротивление разрушению).

________________________________________________________________________________

© Макеев А.И., 2015

29

Научный Вестник Воронежского государственного архитектурно-строительного университета

Основная часть. Подавляющее большинство строительных материалов по своей структуре относятся к конгломератным композитам – многоуровневым иерархически организованным системам, каждый масштабный уровень которых представляет собой двухкомпонентное образование из пространственно непрерывной матрицы и детерминированно-стохастически распределенных в ней дискретных включений. Такое сложное строение и обуславливает низкую эффективность управления свойствами современных строительных материалов по сравнению с другими конструкционными материалами.

В соответствие с этим, одна из рабочих идей теории конструирования и синтеза оптимальных структур заключается в возможности повышения эффективности материала путем целенаправленного формирования такой его структуры (системы связей), которая обеспечивала бы максимально полное использование прочностного потенциала этих связей в его работе в процессе эксплуатации.

Главной методологической основой разработки принципов управления сопротивлением разрушению в теории конструирования и синтеза оптимальных структур строительных композитов является системно-структурный подход, представленный на рис. 1.

Рис. 1. Системно-структурный подход (по Е.М. Чернышову [1])

Основные положения системно-структурного подхода к управлению качеством материала можно сформулировать следующим образом:

1)Свойства материала есть функция его состава, структуры и состояния, которые целенаправленно формируются под действием рецептурно-технологических факторов на всех этапах технологии;

2)В то же время, свойства материала должны отвечать его функции в строительной конструкции, изделии при определенных условиях эксплуатации этой конструкции;

3)Состав, структура, состояние материала должны отвечать требованиям обеспечения задаваемых свойств;

30