CC BY
48
УДК 691.32
DOI: 10.15587/2313-8416.2016.85576
АНАЛИЗ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ВЫСОКОДИСПЕРСНОГО МЕЛА КАК МИНЕРАЛЬНОЙ ДОБАВКИ В СОСТАВЕ МЕЛКОЗЕРНИСТЫХ БЕТОНОВ
© С. Н. Чепурная, Т. В. Жидкова
ANALYSIS OF FINE-DISPERSED CHALK USAGE AS MINERAL ADDITIVE IN THE COMPOSITION OF SAND AGGRERATE CONCRETE
© S. Chepurna, T. Zidkova
Приведены результаты исследования добавки высокодисперсного мела на физико-механические свойства цементного камня и бетонов. Установлено, что введение высокодисперсного мела в состав вяжущего увеличивает содержание мельчайших частиц. Частицы мела заполняют поровое пространство между частицами цемента, увеличивая при этом плотность упаковки, что ведет к увеличению плотности, что соответственно приводит к улучшению физико-механических свойств бетонов: водонепроницаемости, морозостойкости, коррозионной стойкости, трещиностойкости и других свойств Ключевые слова: бетон, мел, добавка, плотность, гидрокарбоалюминат кальция, цемент, новообразования
The research results of fine-disperse chalk addition on physical and mechanical properties of the cement stone and concrete are shown. It is determined that fine-disperse chalk addition in the binder composition increases the content of ultrafine particles. The chalk particles fill the pore space between the cement particles, increasing the packing density, which leads to a density increase, which consequently leads to improved physical and mechanical properties of the concrete: water tightness, cold resistance, corrosion resistance, crack resistance and other properties
Keywords: concrete, chalk, addition, density, calcium hydrocarboaluminate, cement, new composition
1. Введение
В настоящее время большое внимание в современном материаловедении уделяют производству новых композиционных материалов, которые обладают высокими эксплуатационными и технологическими свойствами. При получении таких материалов решаются вопросы экономии исходных материалов, энергосбережения и охраны окружающей среды. Однако в настоящее время в Украине при производстве цементов общестроительного назначения в качестве добавки мел не используется ни одним цементным предприятием.
Мел достаточно широко распространен в природе и в большинстве месторождений выходит на поверхность земли. Поэтому его добыча не представляет серьезных проблем [1]. Мел является литологи-ческой разновидностью известняков и представляет собой мягкую рыхлую, слабосцементированную тонкозернистую породу на 98 % состоящую из карбоната кальция, а также содержит катионы, которые входят в состав большинства клинкерных минералов [2]. Он отличается значительной изменчивостью механических свойств при изменении влажности и нарушении структуры, а глинистые примеси, входящие в состав мела, способствуют повышению гидрофиль-ности, плотности и прочности мела, но при увлажнении наличие этих примесей дает более значительное снижение прочности.
2. Анализ литературных данных и постановка проблемы
О возможности применения мела в качестве добавки к цементу рассматривал Будников П. П. еще в
прошлом веке [3]. По его мнению, мел в бетоне выполняет функции «уплотнителя и адсорбента». В присутствии мела наблюдается ускорение процесса гидратации клинкерных частиц цементного вяжущего, так как при этом увеличивается водоцементное отношение в системе и осуществляется отвод продуктов растворения из зоны реакции к поверхности частиц мела. Частицы гидрофобного мела, распределяясь в порах, создают гидрофобные участки и препятствуют продвижению воды вовнутрь составов. По мнению Михеенкова М. А. [4], Кореньковой С. Ф. [5] мел выполняет роль пластифицирующей добавки в цементной системе, уменьшая водопотребность вяжущего. Согласно исследованиям Жидковой Т. В. [6], Leo G и другие [7] цементные композиции, включающие мел, образуют комплексные соединения - гидрокарбонаты, которые обладают высокой морозостойкостью и приводят к повышению сульфатостойкости бетона и устранению высолов на его поверхности. Мел, выполняя роль пластифицирующей добавки в цементной системе, уменьшает водопотребность вяжущего.
3. Цель и задачи исследования
Главной целью проведения исследований является изучить возможность применения высокодисперсного мела как минеральной добавки, влияние ее на структурообразования бетона и формирование структуры такого композита, что обеспечит улучшение физико-механические свойства бетонов и повышения эксплуатации бетонных конструкций.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
1. Определить роль высокодисперсного мела в структуре цементного камня.
2. Исследовать влияние высокодисперсного мела в зависимости от процентного содержания в составе вяжущего на физико-механические свойства бетонов.
4. Материалы и методы исследования
Для проведения экспериментальных исследований использовался портландцемент ПЦ 1-500Н произ-
водства ОАО «Балцемент» следующего минералогического состава: Сэ8 - 63,7 %; С2$ - 14,8; С3А - 6,0; С4АF - 12,5. В качестве минеральной добавки использовался мел Славянского месторождения, который представляет собой частицы сферической формы со средним диаметром до 3 мкм, а также сегрегированные конгломераты. Мел вводили в бетонную смесь взамен части цемента в различном процентном соотношении от 10 % до 40 %. Составы, используемые в исследованиях, представлены в табл. 1.
Таблица 1
Составы бетонных образцов
Марка цемента № образцов Расход материала, % В/Ц
Цемент Мел
ПЦ 1-500Н 1.1 100 - 0,466
1.2 90 10 0,460
1.3 80 20 0,462
1.4 70 30 0,468
1.5 60 40 0,472
5. Результаты исследования
Исследования показали, что бетоны, в составе которых содержится высокодисперсный мел, изменяли показатели поровой структуры и фазового состава новообразований [8, 9].
Высокими показателями водонепроницаемости, морозостойкости, коррозионной стойкости обладают образцы в составе вяжущего, которого содержится 10 % высокодисперсного мела [10-12]. Это объясняется тем, что частицы высокодисперсного мела, распределяясь в капиллярных порах, кольмати-рует их и препятствует продвижению воды вовнутрь составов, уплотняя зону «цементный камень -наполнитель». При этом происходит «зарастание» пор продуктами гидратации цемента.
Продукты гидратации, представленные гекса-тональными пластинчатыми кристаллами гидрокар-боалюмината кальция 3Са0хА1203хСаС03х30Н20, заполняют пустоты между частицами цемента, увеличивая при этом плотность упаковки. Гидрокар-боалюминат кальция образуется на зернах С3А в виде экранизирующей пленки, срастаясь между собой и с поверхностью высокодисперсного мела, образуют плотный кристаллический конгломерат, что ведет к образованию плотной структуры и повышая прочность цементного камня. Результаты исследование показали, что образцы с добавкой 10 % мела обладают высокими показателями прочности (рис. 1) и морозостойкости (рис. 2).
Несмотря на высокие показатели водонепроницаемости и морозостойкости образцов с добавками 20 %, 30 %, 40 %, следует отметить для данных образцов значительное снижение прочностных характеристик. Это связано с тем, что увеличение процентного содержание мела в составе вяжущего ведет к уменьшению количества гидрокарбоалюмината кальция. При этом увеличивается количество кубического гидроалюмината С3АН6, который образуется в результате перекристаллизации гидроалюминатов кальция типа С4АН13-19, а также образование гидросиликатов, преимущественно типа СSН, это делает
структуру более рыхлой, увеличивает количество пор и ведет к снижению прочности.
Рис. 2. Зависимость коэффициента морозостойкости (Кмор) от % содержания мела
Рис. 1. Зависимость прочности на сжатие и водонепроницаемости
6. Выводы
В результате проведенных исследований установлено:
1. Высокодисперсный мел участвует в струк-турообразовании цементного камня, увеличивается объем кристаллической фазы, изменяется характер пористости, образуются моногидрокарбоалюминаты кальция и твердые растворы гидрокарбоалюмината и гидроксида кальция.
2. Добавка высокодисперсного мела в количестве 10 % положительно влияет на водонепроницаемость, морозостойкость и прочностные показатели бетонов.
3. Добавка мела в пределах 20-40 % от массы цемента снижает прочностные характеристики, при этом характеризуется повышенными показателями водонепроницаемости и морозостойкости.
Литература
1. Паус, К. Ф. Химия и технология мела [Текст] / К. Ф. Паус, И. С. Евтушенко. - М.: Стройиздат, 1977. - 137 с.
2. Полуэктова, В. А. Коллоидно-химические свойства водных дисперсий мела и мрамора [Текст] / В. А. Полуэктова, В. А. Ломаченко, З. В. Столярова, С. М. Лома-ченко, В. М. Малиновкер // Фундаментальные исследования. Технические науки. - 2014. - № 9. - С. 1205-1209.
3. Будников, П. П. К вопросу о роли высокодисперсных карбонатных добавок в формировании структуры и состава новообразований, возникающих в гидратирую-щем цементном камне [Текст] / П. П. Будников, В. М. Кол-басов // Тр. VI совещание по экспериментальной и технической минералогии и петрографии АН СССР. - 1962. -С. 189-196.
4. Михеенков, М. А. Влияние карбонатного наполнителя на свойства бетонов [Текст] / М. А. Михеенков, С. А. Мамаев, И. С. Анаскин // Технологии бетонов. -2011. - № 11-12. - С. 41-45.
5. Коренькова, С. Ф. Структура и свойства цементного бетона с добавкой микродисперсного карбоната кальция [Текст] / С. Ф. Коренькова, В. Г. Зимина, Л. Н. Безгина, Е. В. Ренкас // Известия вузов. Строительство. - 2008. -№ 6. - С. 34-37.
6. Жидкова, Т. В. Исследование коррозионной стойкости вяжущих композиций, содержащих мел и суглинок [Текст] / Т. В. Жидкова // Реконструкция и капитальный ремонт зданий и сооружений. - 1989. - С. 7-10.
7. Leo, G. Adding limestone fines as cementitious paste replacement to improve tensile strength, stiffness and durability of concrete [Text] / G. Li. Leo, A. K. H. Kwan // Cement and Concrete Composites. - 2015. - Vol. 60. - P. 17-24. doi: 10.1016/ j.cemconcomp.2015.02.006
8. Donatello, S. Comparison of test methods to assess poz-zolanic activity [ТеХ] / S. Donatello, M. Tyrer, C. R. Cheeseman // Cement and Concrete Composites. - 2010. - Vol. 32, Issue 2. -P. 121-127. doi: 10.1016/j.cemconcomp.2009.10.008
9. Тараканов, В. А. Формирование микроструктуры наполненных цементных материалов [Текст] / В. А. Тараканов, Е. О. Тараканова // Инженерно-строительный журнал. - 2009. - № 8. - С. 13-16.
10. Чепурная, С. Н. Морозостойкость бетона на основе вяжущего компонента, содержащего карбонат кальция (мел) [Текст] / С. Н. Чепурная, М. С. Золотов // Науко-вий вюник будiвництва. - 2009. - № 54. - С. 66-70.
11. Chepurna, S. Modified properties of concrete of fine-disperse chalk [Text] / S. Chepurna, T. Zhydkova // Scientific letters of Academic Society of Michal Baludansky. -2016. - Vol. 1, Issue 4. - P. 59-62.
12. Чепурна, С. М. Шдвищення водонепроникносп бетошв з добавкою високодисперсно! крейди [Текст]: зб. наук. пр. / С. М. Чепурна, Т. В. Жидкова, М. £. Чепурна // Сучаст технологи та методи розрахункгв у будiв-ництш. - 2016. - № 5. - С. 85-91.
References
1. Paus, K. F., Evtushenko, I. S. (1977). Himiya i tehnologiya mela. Moscow: Stroyizdat, 137.
2. Poluektova, V. A., Lomachenko, V. A., Stolyaro-va, Z. V., Lomachenko, S. M., Malinovker, V. M. (2014). Kolloid-no-himicheskie svoystva vodnyih dispersiy mela i mramora. Fun-damentalnyie issledovaniya. Tehnicheskie nauki, 9, 1205-1209.
3. Budnikov, P. P., Kolbasov, V. M. (1962). K voprosu o roli vyisokodispersnyih karbonatnyih dobavok v formirovanii strukturyi i sostava novoobrazovaniy, voznikayuschih v gid-ratiruyuschem tsementnom kamne. Tr. VI soveschanie po ek-sperimentalnoy i tehnicheskoy mineralogii i petrografii AN SSSR, 189-196.
4. Miheenkov, M. A., Mamaev, S. A., Anaskin, I. S. (2011). Vliyanie karbonatnogo napolnitelya na svoystva betonov. Tehnologii betonov, 11-12, 41-45.
5. Korenkova, S. F., Zimina, V. G., Bezgina, L. N., Renkas, E. V. (2008). Struktura i svoystva tsementnogo betona s dobavkoy mikrodispersnogo karbonata kaltsiya. Izvestiya vuzov. Stroitelstvo, 6, 34-37.
6. Zhidkova, T. V. (1989). Issledovanie korrozionnoy stoykosti vyazhuschih kompozitsiy, soderzhaschih mel i suglinok. Rekonstruktsiya i kapitalnyiy remont zdaniy i sooru-zheniy, 7-10.
7. Li, L. G., Kwan, A. K. H. (2015). Adding limestone fines as cementitious paste replacement to improve tensile strength, stiffness and durability of concrete. Cement and Concrete Composites, 60, 17-24. doi: 10.1016/j.cemconcomp. 2015.02.006
8. Donatello, S., Tyrer, M., Cheeseman, C. R. (2010). Comparison of test methods to assess pozzolanic activity. Cement and Concrete Composites, 32 (2), 121-127. doi: 10.1016/ j.cemconcomp.2009.10.008
9. Tarakanov, V. A., Tarakanova, E. O. (2009). Formi-rovanie mikrostrukturyi napolnennyih tsementnyih materialov. Inzhenerno-stroitelnyiy zhurnal, 8, 13-16.
10. Chepurnaya, S. N., Zolotov, M. S. (2009). Moro-zostoykost betona na osnove vyazhuschego komponenta, soderzhaschego karbonat kaltsiya (mel). Naukoviy visnik budivnitstva, 54, 66-70.
11. Chepurna, S., Zhydkova, T. (2016). Modified properties of concrete of fine-disperse chalk. Scientific letters of Academic Society of Michal Baludansky, 1 (4), 59-62.
12. Chepurna, S. M., Zhidkova, T. V., Chepurna, M. E. (2016). Pidvischennya vodoneproniknosti betoniv z dobavkoyu visokodispersnoyi kreydi. Suchasni tehnologiyi ta metodi roz-rahunkiv u budivnitstvi, 5, 85-91.
Рекомендовано до публгкацИ д-р техн. наук Романенко 1.1.
Дата надходження рукопису 03.11.2016
Чепурная Светлана Николаевна, асистент, кафедра городского строительства, Харьковский национальный университет городского хазяйства им. А. Н. Бекетова, ул. Революции, 12, г. Харьков, Украина, 61002 E-mail: s.chepurna@mail.ru
Жидкова Татьяна Владимировна, кандидат технических наук, доцент, кафедра городского строительства, Харьковский национальный университет городского хазяйства им. А. Н. Бекетова, ул. Революции, 12, г. Харьков, Украина, 61002
E-mail: tavlz@bk.ru
Chepurna Svitlana, Assistant, Department of Urban Development, O. M. Beketov Kharkiv National University of Urban Economy , Revolution str., 12, Kharkiv, Ukraine, 61002 E-mail: s.chepurna@mail.ru
Zhydkova Tetyana, PhD, Associate Professor, Department of Urban Development, O. M. Beketov Kharkiv National University of Urban Economy , Revolution str., 12, Kharkiv, Ukraine, 61002 E-mail: tavlz@bk.ru
УДК 681.5
DOI: 10.15587/2313-8416.2016.85572
ДОСЛ1ДЖЕННЯ П1ДТРИМКИ ПРИЙНЯТТЯ Р1ШЕНЬ ПРИ КЕРУВАНН1 ОБ'бКТАМИ ПРИРОДОКОРИСТУВАННЯ
© М. А. Шуфнарович
RESEARCH OF DECISION-MAKING SUPPORT IN THE MANAGEMENT OF NATURAL RESOURCES
© M. Shufnarovych
Представлено анализ iснуючих математичних методгв моделювання та прогнозування стану об 'ектгв природокористування тд дieю природних та антропогенних факторiв. Виявлено, що бшьш ефективним е моделювання з використанням методiв штучного Штелекту. Розроблено методи моделювання та прогнозування стану об 'eктiв природокористування, яю базуються на використант теорИ штучних ней-ронних мереж та iдей генетичних алгоритмiв
Ключовi слова: об 'ект природокористування, моделювання, штучний ттелект, штучш нейроннi мере-ж^ генетичнi алгоритми
The analysis of existing mathematical methods of modeling and forecasting of conditions of the natural resources under the influence of natural and anthropogenic factors is shown. It is revealed that the more effective is modeling using artificial intelligence methods. The methods of modeling and forecasting of conditions of the natural resources are developed. They are based on theory of artificial neural networks and ideas of genetic algorithms
Keywords: natural resources, modeling, artificial intelligence, artificial neural networks, genetic algorithms
1. Вступ
Питання математичного моделювання проце-ав, що вщбуваються у природних системах тд впли-вом р1зноманггних фактор1в, та !х подальшого прогнозування е не до шнця вивченим. Причиною е ви-няткова складшсть природних систем, !х !ндивщуа-льна ушкальшстю та динам1чшсть природних проце-ав. До таких складних для моделювання природних процеав вщносяться розповсюдження важких мета-л1в в грунтах, змша р1вня рж та ш. Такими процесами важко керувати, тому проведет дослщження е актуа-льними.
2. Анатз лггературних джерел та постановка проблеми
В основ! емтричного моделювання процеав лежить метод найменших квадрапв (МНК), в якому структуру модел здебшьшого вибирають лшшною ввдносно И параметр1в [1]. Але на практищ, як правило, структура модел1 е невщома 1 це потребуе вибору як вигляду самих функцш модел1, так 1 !х числа. Ем-тричне моделювання привернуло до себе значну
увагу тсля появи робгт акад. О. Г. 1ваненка [2, 3], у яких започаткований ефективний апарат побудови моделей оптимально! складност1 - шдуктивний метод самооргашзаци моделей. Недолжом ще! групи метод1в е !х обмежене застосування у випадку велико! розм1рност1 об'екпв моделювання, якими 1 е об'екти природокористування.
Анал1з юнуючих метод1в показав, що для ефе-ктивного моделювання природних процеав доцшьно залучати методи штучного штелекту [4].
3. Мета та задачi дослiдження
Метою проведених дослщжень е розробка та вдосконалення математичних метод1в моделювання з використанням щей штучного штелекту 1 на цш основ! синтез системи тдтримки прийняття р!шень при керуванн! об'ектами природокористування.
Для досягнення поставлено! мети були вирь шен! наступн! задач!:
1. Розробка метод!в моделювання та прогнозування стану об'екпв природокористування для прийняття ефективних ршень при керуванн! ними;
