Диссертация на соискание ученой степени кандидата
физико-математических наук
Специальность 01.04.07 - физика конденсированого состояния,
Архангельск: 2011. - 197 с.
Получение бетонов с микронаполнителями - минеральными добавками,
вводимыми взамен части цемента, обусловлено необходимостью развития
природоохранных технологий и получения бетонов со специальными
свойствами. Начало исследованию свойств бетонов с наполнителями
(бетонов на композиционных цементах) положено в работах научных
школ отечественных ученых И.П.Александрина, Н.А.Белелюбского,
В.А.Кинда, Б.Г.Скрамтаева, В.Н.Юнга и продолжено в фундаментальных
работах Ю.М.Баженова, П.ИБоженова, В.В.Бабкова, В.Н.Вырового,
П.Г.Комохова, О.В.Кунцевича, О.С.Поповой, А.В.Саталкина,
Л.Б.Сватовской, В.И.Соломатова, М.М.Сычева, З.Б.Энтина, Б.Э.Юдовича
и ДР
Труднорастворимые минеральные добавки высокой дисперсности отличаются развитой поверхностью и вместе с заполнителями могут занимать до 80 % объема бетона, поэтому явления, протекающие на поверхности наполнителей и заполнителей, при равных прочих условиях, могут играть решающую роль в формировании свойств бетона на основе наполненного цементного камня.
На основании литературных данных сделан вывод о том, что сопровождающие образование камня на основе неорганических вяжущих гетерогенные реакции, протекающие как в объеме фаз, так и на поверхности их раздела, во многом определяются физико-химическим состоянием границы раздела фаз.
В случае использования труднорастворимых минеральных Наполнителей и заполнителей первостепенное значение приобретают реакции с участием функциональных групп (активных центров) поверхности, которые выступают инициаторами реакций твердое-твердое, твердое-газ и твердое-жидкость. При этом известные способы регулирования процессов, происходящих на границах заполнителей и наполнителей бетона - методы физического воздействия: изменение удельной поверхности, термообработка, облучение различного рода, а также химического влияния: модифицирование, использование добавок и т.д., -направлены на изменение энергетического состояния активных поверхностных центров.
Система современных знаний о природе поверхности затрагивает разные уровни оценки - энергетический, электронный, ионный, природу химической связи, её дефектность и т.д. Эти знания в итоге характеризуют кислотно-основную и окислительно-восстановительную природу поверхности, носителями которой, в соответствии с современными представлениями, являются активные центры (функциональные группы) поверхности. Однако, в настоящее время нет достоверных данных о состоянии поверхности труднорастворимых минеральных фаз, используемых в качестве наполнителей и заполнителей бетона. Отсутствуют также конкретные сведения о влиянии отличающихся по свойствам функциональных групп на те или иные свойства бетонной смеси и бетона.
Цель диссертационного исследования - прогнозирование физико-механических свойств и получение бетонов с новыми свойствами с учетом современных представлений о природе поверхности наполнителей и заполнителей бетона.
Рабочая гипотеза автора состоит в том, что существует взаимосвязь донорно-акцепторых и энергетических свойств поверхности с гидратационной активностью цемента, структурой и эксплуатационными свойствами бетонной смеси и бетона - подвижностью, прочностью, морозостойкостью, тепло- и электропроводностью, поскольку поверхность способна каталитически воздействовать на кислотно-основные и окислительно-восстановительные равновесия в системе, изменяя рН и г концентрацию свободной воды за счет диссоциативной адсорбции и, следовательно, все процессы, связанные с состоянием воды при приготовлении и использовании бетона.
Для достижения поставленной цели были определены следующие задачи исследования:
1. Выбрать современные критерии оценки поверхности твердого тела, представляющие максимально возможную информацию о её физико-химическом состоянии и активности.
2. Определить взаимосвязи выбранных параметров поверхности с основными свойствами бетонной смеси и бетона: гидратационной активностью, подвижностью, прочностью, морозостойкостью, тепло- и электропроводностью.
3. На основе полученных взаимосвязей разработать составы бетонов, отличающихся прогрессивными и новыми свойствами.
Труднорастворимые минеральные добавки высокой дисперсности отличаются развитой поверхностью и вместе с заполнителями могут занимать до 80 % объема бетона, поэтому явления, протекающие на поверхности наполнителей и заполнителей, при равных прочих условиях, могут играть решающую роль в формировании свойств бетона на основе наполненного цементного камня.
На основании литературных данных сделан вывод о том, что сопровождающие образование камня на основе неорганических вяжущих гетерогенные реакции, протекающие как в объеме фаз, так и на поверхности их раздела, во многом определяются физико-химическим состоянием границы раздела фаз.
В случае использования труднорастворимых минеральных Наполнителей и заполнителей первостепенное значение приобретают реакции с участием функциональных групп (активных центров) поверхности, которые выступают инициаторами реакций твердое-твердое, твердое-газ и твердое-жидкость. При этом известные способы регулирования процессов, происходящих на границах заполнителей и наполнителей бетона - методы физического воздействия: изменение удельной поверхности, термообработка, облучение различного рода, а также химического влияния: модифицирование, использование добавок и т.д., -направлены на изменение энергетического состояния активных поверхностных центров.
Система современных знаний о природе поверхности затрагивает разные уровни оценки - энергетический, электронный, ионный, природу химической связи, её дефектность и т.д. Эти знания в итоге характеризуют кислотно-основную и окислительно-восстановительную природу поверхности, носителями которой, в соответствии с современными представлениями, являются активные центры (функциональные группы) поверхности. Однако, в настоящее время нет достоверных данных о состоянии поверхности труднорастворимых минеральных фаз, используемых в качестве наполнителей и заполнителей бетона. Отсутствуют также конкретные сведения о влиянии отличающихся по свойствам функциональных групп на те или иные свойства бетонной смеси и бетона.
Цель диссертационного исследования - прогнозирование физико-механических свойств и получение бетонов с новыми свойствами с учетом современных представлений о природе поверхности наполнителей и заполнителей бетона.
Рабочая гипотеза автора состоит в том, что существует взаимосвязь донорно-акцепторых и энергетических свойств поверхности с гидратационной активностью цемента, структурой и эксплуатационными свойствами бетонной смеси и бетона - подвижностью, прочностью, морозостойкостью, тепло- и электропроводностью, поскольку поверхность способна каталитически воздействовать на кислотно-основные и окислительно-восстановительные равновесия в системе, изменяя рН и г концентрацию свободной воды за счет диссоциативной адсорбции и, следовательно, все процессы, связанные с состоянием воды при приготовлении и использовании бетона.
Для достижения поставленной цели были определены следующие задачи исследования:
1. Выбрать современные критерии оценки поверхности твердого тела, представляющие максимально возможную информацию о её физико-химическом состоянии и активности.
2. Определить взаимосвязи выбранных параметров поверхности с основными свойствами бетонной смеси и бетона: гидратационной активностью, подвижностью, прочностью, морозостойкостью, тепло- и электропроводностью.
3. На основе полученных взаимосвязей разработать составы бетонов, отличающихся прогрессивными и новыми свойствами.