РАЗДЕЛ 2
МАТЕРИАЛЫ, МЕТОДИКИ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
2.1. Основные положения исследования
известково-кремнеземистых систем
На основе экспериментально-теоретических исследований установлена возможность
практической реализации неавтоклавной технологии получения силикатных
материалов, которая основывается на следующих предпосылках. Гидратация
известково-кремнеземистого вяжущего реализуется при высоких значениях pH,
повышенной температуре и нормальном давлении в сочетании с использованием в
качестве вяжущего негашеной извести, молотой совместно с кварцевым песком, и
химически активного аморфного кремнезема с оптимальной удельной поверхностью.
Технологией предусматривается умеренный разогрев смеси в формах на стадии
предварительного выдерживания за счет применения негашеной молотой извести и
совместная активация всех компонентов силикатобетонной смеси, включая
мелкозернистый заполнитель и ТВО при Т=85°С. Отличительной особенностью
является в практическом плане повышенное (по сравнению с автоклавной
технологией) содержание извести, которое обеспечивает необходимое значение рН
среды в процессе изготовления и эксплуатации изделий. При ТВО растворимость
Са(ОН)2 снижается и избыток его переходит в кристаллическое состояние. Причем,
кристаллы Са(ОН)2 являются дополнительными центрами кристаллизации и
одновременно потенциальными источниками щелочного компонента в период вторичной
(поздней) гидратации на стадии функционирования изделий.
Наличие кристаллов гидроксида кальция в ионной форме, наряду с присутствием в
вяжущей составляющей активных, способных гидратироваться длительное время
кремнистых соединений (пуццоланы, в данном случае, представленной зернами
трепела) обеспечивает возможность реализации структурно-функциональной
адаптивности изделий на стадии их эксплуатации.
Для разработки технологии неавтоклавного изготовления изделий из силикатного
бетона необходимо проведение экспериментально-теоретических исследований,
которые связаны, в конечном счете, с установлением механизма гидратации
известково-кремнеземистого вяжущего и адекватным его описанием. А для
регулирования качества полученного материала необходим анализ связи свойств со
структурой, составом и режимами твердения. Для оптимизации свойств силикатных
неавтоклавных материалов с учетом кинетики гидратации и структурообразования
используют модели разной генерации [299, 303].
Известны частные зависимости для описания кинетики гидратации цементных вяжущих
(Б.В Ерофеев [102], А.Н. Колмогоров [120], Альфани [148]) и процессов
кристаллизации (Фольмер).
В последние годы в практике строительного материаловедения получили развитие
так называемые имитационные компьютерные модели структуры цементных композиций,
основанные на использовании вычислительных алгоритмов, которые дают возможность
относительно точно установить параметры физико-механических свойств исследуемой
структуры [121]. Предложенная численная модель бетона [364], отображающая
каждое зерно заполнителя, расположенного в матрице цементного камня, в виде
конечной элементной, сделала возможным вычисление распределения механических
напряжений. Для описания изменения капиллярно-порового пространства в процессе
гидратации рассматриваются частицы цемента сферической формы, окруженные водной
оболочкой растворенных веществ. На основе сформулированного принципа
непрерывности структуры рассматривается уменьшение толщины водной оболочки по
мере протекания процессов гидратации [361]. В работе [373], сформулированы
основные принципы построения моделей гидратации цементных вяжущих с описанием
непрерывной структуры материалов. Позднее были сформулированы основные
положения дискретной численной модели для структуры композиционных материалов
[368]. В работе [340] проведено пространственное компьютерное моделирование
процессов, имитирующих растворение, диффузию при взаимодействии минералов
цемента с водой. Таким способом моделируется процесс гидратации с получением
структуры цементных композиций в зависимости от исходного состава и
первоначального положения зерен цемента во времени.
В последние годы в различных областях научных исследований находят применение
так называемые развитые физико-математические модели процессов, в которых для
описания элементарных процессов используются фундаментальные законы. Особенно
очевидны их достоинства в тех случаях, когда удается получить аналитические
решения, обеспечивающие общность и простоту анализа. В первую очередь,
указанное касается особенностей протекания процессов во времени.
Особенно важна возможность анализа динамики поведения системы во времени, что
затруднительно в ЭС моделях (ЭС модели сложно описывают влияние времени).
Кинетико-математические модели не только описывают кинетические изменения во
времени, но и реагируют на внешние (Т, n, мин-1) и внутренние (рН и д(t))
воздействия. В кинетико-математической модели параметры процессов гидратации
сгруппированы особым образом в соответствующих процессу формулах и обоснован
физический смысл входящих в них величин, в том числе констант.
Кинетико-математические модели отличаются тем, что позволяют отслеживать
взаимодействия элементарных процессов.
В рассматриваемом случае определенный недостаток КМ моделей связан с
необходимостью экспериментального определения значительного количества
констант, причем, методики определения части из них (коэффициента диффузии,
скорости растворения, кристаллизации, химических реакций и т.д.) ещё следует
разработать.
Среди экспериментальных моделей в первую очередь следует выделить ЭС модели,
позволяющие наиболее
- Київ+380960830922