CC BY
25
Наука та прогрес транспорту. Вкник Дншропетровського нацюнального ушверситету залiзничного транспорту, 2016, № 4 (64)
УДК 691.32: 69.032.22
Д. В. РУДЕНКО1*
1 Каф. «Мгське буд1вництво та господарство», Запорiзька державна шженерна академш, пр. Соборний, 226, Запорiжжя, Укра!на, 69006, тел. + 38 (098) 214 04 85, +38 (098) 214 04 85, ел. пошта [email protected], ОЯСГО 0000-0003-0827-042Х
БЕТОН НА ОСНОВ1 ДИСПЕРСНО МОДИФ1КОВАНО1 ЦЕМЕНТНО1 СИСТЕМИ
Мета. В науковш статгi потрiбно розглянути визначення тишв зв'язк1в, що утворюються в модифшова-нiй цементнiй матрицi бетону, та ощнку якостi цих зв'язкiв у неоднородному матерiалi для визначення гео-метричних i фiзичних спiввiдношень мгж структурою модифiкаторiв i цементно! матрищ. Методика. Для досягнення поставлено! мети проведет дослщження мiкроструктури дисперсно модифшовано! цементно! матрицi бетону та мехашзму структуроутворення модифiковано!' цементно! системи бетону природного тве-рднення. Визначенi методи надшно! оцiнки мiцностi бетону. Результати. Автором запропонована модель просторово! структури цементно! матрицi бетону, модифiковано!' шляхом дисперсного армування кристало-пдратами. Вихвдним об'ектом дослвдження е сукупнiсть елементарних об'eмiв (чарунок) цементно! матрицi та система просторового розподiлу в цих об'емах армуючих кристалогiдратiв. Встановлено, що найбшьш небезпечнi дефекти у виглядi трiщин в об'емi бетону при твердненш формуються в результатi виникнення внутрiшнiх напружень, головним чином, у зош контакту цементна матриця - заповнювач, або в областi, що межуе з найбiльш крупними порами бетону. Наукова новизна. Встановлений мехашзм розви-тку процесу формування початково! мiцностi та жорсткостi модифiковано! цементно! матрищ за рахунок швидкого росту кристалогвдрапв у просторi мiж частинками дисперсного армуючого модифiкатора. Осшль-ки вiльному росту кристалiв перешкоджае брак простору, кристали взаемно проростають, утворюючи щшь-ну структуру, яка обумовлюе зростання мiцностi. Практична значимiсть. Дисперсне модифiкування цементно! матрицi дозволяе одержати довговiчнi бетони спецiального призначення з проектними експлуатацш-ними властивостями. Розроблена технолопя дисперсного модифiкування в'яжучо! речовини, встановленi особливостi механiзму структуроутворення модифшовано! цементно! системи, а також використання принципу конгруентностi комплексу технолопчних впливiв фiзико-хiмiчним процесам пдратацп клiнкерних мь нералiв дозволили розробити технолопчш основи бетонiв спецiального призначення.
Ключовi слова: цементна матриця; дисперсне модиф^вання; структуроутворення; бетон
Вступ
Вщповщно до вщомих уявлень бетон роз-глядають як гетерогенне середовище з «уродженими дефектами», яю мютяться у ньому з явно вираженою неоднорщною i не-упорядкованою структурою з порушеннями суцiльностi у виглядi неоднорщного порового простору i можливих трщин усадки. На пове-дiнку бетону шд час навантаження визначально впливають неоднорiдностi, що належать до верхнього рiвня структури матерiалу. Верхнiй рiвень структури (макроструктура) визначае значною мiрою кiнетику формування i розвитку критичних трщин, яю вiдповiдальнi за руйну-вання матерiалу пiд час експлуатаци [4, 7]. У зв'язку з цим можна вважати, що ефективним рiвням дисперсного модифшування цементно! матрищ повинн вiдповiдати такi параметри !! структури, за яких могло б найбшьшою мiрою
проявлятися гальмування (блокування) зростання трщин, що формуються на рiвнi макро-структури бетону.
Для стереолопчного уявлення структурно! моделi модифшовано! цементно! матрицi бетону введемо поняття - елементарний об'ем (елементарна чарунка). Будемо вважати, що елементарним е такий мшмальний об'ем цементно! матрищ бетону, який мае ус основш вла-стивосп (у тому числi щшьшсть) i мiстить усi рiвнi структури матерiалу. При цьому в об'емi кожно! елементарно! чарунки видiлимо неод-норiдностi («дефекти»), вiдповiднi верхньому рiвню структури бетону, а «дефекти» нижщх рiвнiв, якi вiдносять до мезо-, мiкро- i субмш-роструктури, будемо вважати розподшеними по всьому об'ему, тобто матерiал чарунок мiж «дефектами» макроструктури подаемо квазюд-норiдним.
Наука та прогрес транспорту. Вкник Дншропетровського нацюнального ушверситету залiзничного транспорту, 2016, № 4 (64)
Мета
Визначення тишв зв'язюв, що утворюються у модифiкованiй цементнш матрицi бетону, та оцiнка якост цих зв'язкiв у неоднорiдному ма-терiалi для визначення геометричних i фiзич-них спiввiдношень мiж структурою модифша-торiв i цементно! матрищ.
Методика
Для досягнення поставлено! мети виконаш дослiдження мiкроструктури дисперсно моди-фшовано! цементно! матрицi бетону, мехашзму структуроутворення модифiковано! цементно! системи бетону природного тверднення; визна-ченi методи надшно! оцiнки мiцностi бетону.
Результати
Модельш дослiдження структури бетонiв виконувалися багатьма авторами [1, 5, 6]. Роз-виваються рiзнi уявлення, що моделюють структуру бетону у вигляда капiлярно-пористого середовища, пронизаного паралельними цилш-дричними каналами, або системи послщовно розташованих капiлярiв рiзно! довжини i рiзно-го дiаметра, а також у вигщщ простору, запов-неного однаковими кулями з кубiчною або гексагональною упаковками, або такою, що мю-тить контактуючi мiж собою октаедри зi зрiза-ними вершинами [3, 8, 9, 12].
Вщомо модельне вiдображення [10], що по-дае бетон у виглядi квазiоднорiдного вихiдного середовища, пронизаного системою дефекпв (трiщинами, порами, катлярами). Трiщини по-дiляють бетон на iзольованi об'еми, умовно на-зваш зернами, причому перешийки мiж зернами, прийнят умовно сферично! форми, утво-рюють «зв'язки», якi формують у просторi ор-тогональну систему, що сприймае напруження розтягу у бетош [2, 11]. Така модель дозволяе встановити закономiрностi крихкого i псевдокрихкого руйнування бетону з ураху-ванням впливу на цi процеси масштабного фактора [14, 15]. Масштабний фактор набувае штатного значення при моделюванш структури бетону на модифшованш цементнiй системi [13].
Викликае iнтерес модель просторово! структури цементно! матрицi бетону, модифшовано! шляхом дисперсного армування кристалопдра-тами. При цьому, напевно, слщ йти
не вщ геометричного «образу» просторово! мо-делi до структури модифiкування, а вщ аналiзу структури цементно! матрищ до геометричного «образу» моделi модифшованого матерiалу.
У запропонованiй моделi структури модиф> кованого матерiалу вихiдним об'ектом досл> дження е сукупнiсть елементарних об'емiв (ча-рунок) цементно! матрищ та система просторо-вого розподшу у цих об'емах армуючих крис-талогiдратiв. Вочевидь, найбiльш небезпечнi дефекти у виглядi трiщин в об'емi бетону при його твердненнi формуються у результатi ви-никнення внутршшх напружень, головним чином, у зош контакту цементна матриця - запо-внювач або в обласп, що межуе з найбiльш крупними порами бетону. Можна вважати, що контакты трiщини при !х виникненнi мають розмiри, спiвмiрнi з розмiрами макроскошчних неоднорiдностей цементно! матрицi. На межi з неоднорiдностями при силових впливах фор-муеться, як правило, найбшьш iнтенсивне поле напружень, здатне до нестшкого поширення трiщин в об'емi бетону вiд одного неоднорщно-го включення до шшого. Завдання полягае у блокуванш зростання, перш за все, контакт-них трiщин.
Припустимо, що неоднорiдностi у бетонi знаходяться практично в щеальному безладi. У такш системi з достатньо великою кшьюстю неоднорiдних включень макроскопiчний безлад повинен задовольняти вимогам постiйно! щшь-ностi розподiлу, тобто можна уявити, що кшь-кiсть неоднорiдностей зерен заповнювача, пор, що приходяться на кожну елементарну одини-цю об'ему цементно! матрищ бетону, буде при-близно однаковою ^ отже, будь-який обмеже-ний об'ем бетону, що мютить певну кiлькiсть макроскопiчних неоднорiдностей, можна без небезпечних наслщюв замiнити аналопчним об'емом, узятим з будь-яко! шшо! частини зра-зка. Така ситуащя дозволяе надати системi з неупорядкованим ансамблем неоднорщностей певну регулярнiсть у виглядi моделi з елемен-тами структури, що мають статистичну однор> дшсть.
Якщо уявити макроскопiчнi неоднорщносп бетону у виглядi куль, що хаотично, але однор> дно заповнюють простiр, i провести вектори, що з'еднують центр кожно! неоднорiдностi з центрами найближчих сусiдiв, а по^м через середи-ни векторiв перпендикулярно !м провести пло-
Наука та прогрес транспорту. Вкник Дншропетровського нацюнального ушверситету зашзничного транспорту, 2016, № 4 (64)
щини, то об'еми, обмежеш цими площинами, будуть являти собою деяку багатогранну ф^уру на кшталт пол1едра, характерного для систем з невпорядкованою оргашзащею структури.
Отриманий багатогранник подамо у вигляд1 елементарно! чарунки макроструктури бетону. У реальних бетонах (нав1ть у одному склад1) не можна отримати абсолютно щентичн один одному елементарн чарунки макрооб'ем1в. Але, оскшьки у кожному з цих об'ем1в у вщповщно-ст з прийнятим допущенням е макроскошчна неоднорщшсть, отримана елементарна чарунка не може ютотно в1др1знятися вщ симетричних i конгруентних об'емних фщур, усереднених у реальному матер1ал1.
Можна уявити р!зш вар1анти геометричного вщображення елементарних чарунок структури бетону i !х просторового розподшу в об'ем1 ма-тер1алу: вщ найбшьш щшьних упаковок, на-приклад, у вигляд1 ромб1чних додекаедр1в, до найпростших просторових реш1ток з куб1чним розподшом. Характер просторового розподшу i вид елементарних чарунок визначають важли-в1 геометричш параметри структури, зокрема фшсують вщсташ м1ж неоднорщностями у пе-перетинах матер!алу, що моделюеться. Якщо в1дом1 д!аметри макроскошчних неоднорщнос-тей, можна визначити кшьюсть матер!алу, що припадае на кожну неоднорщшсть. Ця кшьюсть буде вщповщати усередненш величин! об'ему елементарно! чарунки макроскошчно! неоднородности об'емному вмюту неоднорiдностей на р1вн1 макроструктури бетону та дiаметра неод-норщних включень.
Також можна прогнозувати р!зш варiанти розподшу модифшуючих армуючих кристало-гiдратiв в об'емi елементарних чарунок цементно! матрищ.
Введемо положення про необхщшсть чергу-вання з певним кроком макроскошчних неод-норщностей i геометричних центрiв модифшу-ючих кристалогiдратiв по найкоротших з мож-ливих вiдстаней м1ж ними, тому що найбшьш ймов1рж поширення трщини вщ однiе! неод-норщност до шшо! мае протiкати в напрямку найменшо! вiдстанi м1ж ними, що вщповщае мшмуму енергетичних витрат, необхщних у цшому для руйнування матерiалу. Цей перiод чергування (трансляцi!) визначае у значнш м1р1 рiвень дисперсносп модифшуючих кристалоп-дратiв.
Грунтуючись на цьому положеннi, розмю-тимо центри кристалогiдратiв у цен^ кожно! гранi багатогранних ф^ур, що обмежують об'еми елементарних чарунок бетону. Лши (ве-ктори), що з'еднують центр кожно! неоднорщ-ност з центрами найближчих сусадв, прохо-дять через центр кожного з кристалопдрапв. Якщо замiнити багатогранник елементарно! чарунки сукупшстю лшш (векторiв), що вихо-дять з центру кожно! неоднорщносп до вщпо-вщного перетину з центрами кристалопдрапв, отримаемо просторове вщображення моделi у вигляд1 полярного комплексу. Рiвень диспер-сност модифшуючого армування кристалогщ-рату цементно! матрищ бетону у запропонова-нш моделi вiдповiдае р1вню дисперсного розподшу макроскопiчних неоднорiдностей в об'е-м1 матерiалу. Подiбна модель розташування цен^в кристалогiдратiв оптимальна з точки зору створення перешкод для розвитку трщин м1ж неоднорщностями в об'емi бетону.
Мшроструктура новоутворень дисперсно модифiковано! цементно! системи дослщжува-лася на зразках, приготовлених з теоретично розрахованою кшьюстю води, необхщною для проектного ступеня гщратаци. Спостереження за допомогою скануючого електронного мшро-скопа виконанi на поверхнях зламiв, отриманих при розрив1 висушених зразкiв, покритих шаром сплаву, що складаеться з 60 % Аи i 40 % Р^ Результати дослiджень дозволили висунути таку гшотезу розвитку мшроструктури модиф> ковано! цементно! системи. Кристалогiдрати швидко ростуть у простор! м1ж частинками дисперсного армуючого модифшатора. Механiчне зчеплення, що виникае в результат цього, зу-мовлюе розвиток початково! мщносп i жорст-косп. Оскшьки вшьному росту кристалiв пере-шкоджае брак простору, кристали взаемно про-ростають, утворюючи щшьну структуру, яка зумовлюе зростання мщносп. Утворення гол-частих кристатв не розглядаеться як безумовна вимога для затвердшня.
Мщшсть залежить вщ утворення продукпв реакцi!, що заповнюють вшьний просир. Це призводить до формування щшьно! мшростру-ктури з мшмальною пористютю. Вочевидь, сприяе цьому характерне зростання голчастих i ниткопод16них кристалiв. Наростання мщнос-т модифiковано! цементно! системи наведено на рис. 1.
Наука та прогрес транспорту. Вкник Дншропетровського нацюнального ушверситету залiзничного транспорту, 2016, № 4 (64)
Рис. 1. Кшетика змши мiцностi при стиску цементно! матриц бетону Fig. 1. Kinetics of changes in the compressive strength of cement concrete matrix
У дослщженнях використаний портландцемент М 500. Рiзниця в наростанш мщносп очевидна. Оскшьки немае помпно! змiни у мшро-структурi, зменшення мiцностi зразкiв модиф> ковано! цементно! системи, яке тимчасово вщ-бувалося у вiцi 1 доби, можна пояснити напруженням при розтягу, викликаним усадкою, що спостертаеться через 1 добу тверд-нення. Ранне наростання мщносп зразкiв мо-дифшовано! цементно! системи у першi 24 год знаходиться у вщповщносн до спостережень, виконаних за допомогою скануючого електро-нного мiкроскопа. Появу перших голчастих кристалiв виявлено через 2 год тсля приготу-вання модифшовано! цементно! системи, перш нiж система почала набирати мщшсть. До 4 год рют кристалiв значно збшьшився. Надалi мш-роструктура не показала змш, за винятком по-ступового зменшення пористость
Наукова новизна та практична значимкть
Встановлений мехашзм розвитку процесу формування початково! мiцностi i жорсткостi модифiковано! цементно! матрицi за рахунок
швидкого росту кристалогiдратiв у просторi мiж частинками дисперсного армуючого моди-фiкатора. Оскiльки вiльному росту кристатв перешкоджае брак простору, кристали взаемно проростають, утворюючи щiльну структуру, яка зумовлюе зростання мiцностi.
Дисперсне модифшування цементно! мат-рицi дозволяе одержати довговiчнi бетони спе-щального призначення з проектними експлуа-тацшними властивостями. Розроблена техноло-гiя дисперсного модифшування в'яжучо! речо-вини, встановлеш особливостi механiзму структуроутворення модифiковано! цементно! системи, а також використання принципу кон-груентносн комплексу технологiчних впливiв фiзико-хiмiчних процесiв гiдратацi! клiнкерних мiнералiв дозволили розробити технолопчш основи бетонiв спещального призначення. Це сприяе розширенню напрямюв використання модифiкованих бетонiв у рiзних видах будiве-льного виробництва, наприклад пiдвищення в'яжучого потенцiалу цементу у високомщних бетонах, використання модифiкованих цемент-них систем в особливих умовах тдводного бе-тонування i ремонту рiзних споруд, торкрету-вання та ш. У перспективi дисперсне модиф>
Наука та прогрес транспорту. Вкник Дншропетровського нащонального ушверситету з^зничного транспорту, 2016, № 4 (64)
кування дозволяе розробити принципово нову пневмоструминну технолопю бетонних та ар-мобетонних виробiв, при якш використовуеться кiнетична енергiя маси, що рухаеться, виклю-чаеться процес приготування бетонно! сумiшi i з'являеться можливють формування виробiв складно! конфiгурацi!.
Висновки
1. Запропоновано модель просторово! струк-тури модифiкування цементно! матрицi бетону шляхом дисперсного армування кристалопдра-тами. Вихщним об'ектом дослiдження е сукуп-нiсть елементарних об'емiв (чарунок) цементно! матрищ та система просторового розподшу в цих об'емах армуючих кристалогiдратiв. Встановлено, що найбiльш небезпечш дефекти у виглядi трiщин в об'емi бетону при тверднен-ш формуються у результатi виникнення внут-рiшнiх напружень, головним чином, у зош контакту цементна матриця - заповнювач або в обласп, що межуе з найбiльш крупними порами бетону.
2. Рiвень дисперсностi модифшуючого армування кристалогiдратами цементно! матрищ бетону у запропонованш моделi вщповщае рiв-ню дисперсного розподiлу макроскошчних не-однорiдностей в об'емi матерiалу. Подiбна модель розташування центрiв кристалогiдратiв оптимальна з точки зору створення перешкод для розвитку трiщин мiж неоднорiдностями в об'емi бетону.
СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ
1. Дейнега, Ю. Ф. Дисперсные системы в электрических полях / Ю. Ф. Дейнега // Укр. хим. журн. - 2001. - Т. 67, № 3. - С. 13-18.
2. Иванова, А. П. Анализ и перспективы применения эффективных ресурсосберегающих технологий в производстве бетона / А. П. Иванова, О. И. Труфанова // Наука та прогрес транспорту. - 2014. - № 5 (53). - С. 150-156. аог 10.15802^2014/30453.
3. Особенности структурообразования высокопрочного цементного камня в условиях длительного твердения / В. В. Бабков, Р. Р. Сахибга-реев, А. Е. Чуйкин [и др.] // Строит. материалы. - 2003. - № 10. - С. 42-43.
4. Пирадов, К. А. Механика разрушения железобетона / К. А. Пирадов, Е. А. Гузеев. - Москва : Новый век, 1998. - 190 с.
5. Рабинович, Ф. Н. Композиты на основе диспе-рсноармированных бетонов. Вопросы теории и проектирования, технология, конструкции / Ф. Н. Рабинович. - Москва : АСВ, 2004. -560 с.
6. Руденко, Д. В. Фiзико-хiмiчна модифшащя цементно! системи монолитного бетону // Наука та прогрес транспорту. - 2015. - № 6 (60). -С. 174-182. doi: 10.15802/stp2015/57103.
7. Хердтл, Р. Долговечность бетонов на основе многокомпонентных цементов / Р. Хердтл, М. Дитерманн, К. Шмидт // Цемент и его применение. - 2011. - № 1. - С. 76-80.
8. Хорошун, Л. П. Нелинейные свойства композитных материалов стохастической структуры / Л. П. Хорошун, Б. П. Маслов. - Киев : Наук. думка, 1992. - 132 с.
9. Collepardi, M. Innovative Concretes for Civil Engineering Structures: SCC, HPC and RPC / M. Collepardi // Workshop on New Technologies and Materials in Civil Engineering : Proceedings. - Milan, 2003. - P. 1-8.
10. Lee, C. Y. Strength and micro structural characteristics of chemically activated fly ash-cement systems / C. Y. Lee, H. K. Lee, K. M. Lee // Cement and Concrete Research. - 2003. -Vol. 33, № 3. - P. 425-431. doi: 10.1016/S0008-8846(02)-00973-0.
11. Mehta, P. K. High-Performance, High-Volume Fly Ash Concrete for Sustainable Development / P. K. Mehta // The Intern. Workshop on Sustainable Development and Concrete Technology : Proc. (20.05-21.05.2004). - Beijing, 2004. - P. 3-13.
12. Middendorf, B. Nanoscience and nanotechno-logy in cementitious materials / B. Middendorf, N. B. Singh // Cement Intern. - 2006. - № 4. -P. 80-86.
13. Rudenko, D. Properties of the phase components of the modified cement system / D. Rudenko // TEKA Komisji Motoryzacji i Energetyki Rolnictwa. - 2013. - Vol. 13, № 4. - P. 218-224.
14. Rudenko, N. The Development of Conception of New Generation Concretes / N. Rudenko // TEKA Komisji Motoryzacji i Energetyki Rolnictwa. -2010. - Vol. 10B. - P. 128-133.
15. Rudenko, N. Technology of shotcreting based on activated binder / N. Rudenko // TEKA Komisji Motoryzacji i Energetyki Rolnictwa. - 2014. -Vol. 14, № 1. - P. 222-228.
Наука та прогрес транспорту. Вкник Дншропетровського нацюнального ушверситету залiзничного транспорту, 2016, № 4 (64)
ТРАНСПОРТНЕ БУД1ВНИЦТВО
Д. В. РУДЕНКО1*
1 Каф. «Городское строительство и хозяйство», Запорожская государственная инженерная академия, пр. Соборный, 226, Запорожье, Украина, 69006, тел. +38 (098) 214 04 85, эл. почта [email protected], ORCID 0000-0003-0827-042X
БЕТОН НА ОСНОВЕ ДИСПЕРСНОЙ МОДИФИЦИРОВАННОЙ ЦЕМЕНТНОЙ СИСТЕМЫ
Цель. В научной статье необходимо рассмотреть определение типов связей, возникающих в модифицированной цементной матрице бетона, и оценку качества этих связей в неоднородном материале для определения геометрических и физических соотношений между структурой модификаторов и цементной матрицы. Методика. Для достижения поставленной цели проведены исследования микроструктуры дисперсно модифицированной цементной матрицы бетона и механизма структурообразования модифицированной цементной системы бетона естественного твердения. Определены методы надежной оценки прочности бетона. Результаты. Авторами предложена модель пространственной структуры цементной матрицы бетона, модифицированной путем дисперсного армирования кристаллогидратами. Исходным объектом исследования является совокупность элементарных объемов (ячеек) цементной матрицы и система пространственного распределения в этих объемах армирующих кристаллогидратов. Установлено, что наиболее опасные дефекты в виде трещин в объеме бетона при твердении формируются в результате возникновения внутренних напряжений, главным образом, в зоне контакта цементная матрица - наполнитель, или в области, граничащей с наиболее крупными порами бетона. Научная новизна. Установлен механизм развития процесса формирования начальной прочности и жесткости модифицированной цементной матрицы за счет быстрого роста кристаллогидратов в пространстве между частицами дисперсного армирующего модификатора. Поскольку свободному росту кристаллов препятствует недостаток пространства, кристаллы взаимно прорастают, образуя плотную структуру, которая обусловливает рост прочности. Практическая значимость. Дисперсное модифицирование цементной матрицы позволяет получить долговечные бетоны специального назначения с проектными эксплуатационными свойствами. Разработанная технология дисперсного модифицирования цементной системы, установленные особенности механизма ее структурообразования, а также использование принципа конгруэнтности комплекса технологических воздействий физико-химическим процессам гидратации клинкерных минералов позволили разработать технологические основы бетонов специального назначения.
Ключевые слова: цементная матрица; дисперсное модифицирование; структурообразование; бетон
D. V. RUDENKO1*
1 Dep. «Urban Construction and Management», Zaporizhzhia State Engineering Academy, Soborny Ave., 226, Zaporizhzhia, Ukraine, 69006, e-mail [email protected], tel. +38 (098) 214 04 85, ORCID 0000-0003-0827-042X
CONCRETE BASED ON MODIFIED DISPERSE CEMENT SYSTEM
Purpose. The article considers definition of the bond types occurring in a modified cement concrete matrix, and the evaluation of the quality of these links in a non-uniform material to determine the geometrical and physical relationships between the structure and the cement matrix modifiers. Methodology. To achieve this purpose the studies covered the microstructure of dispersed modified concrete cement matrix, the structure formation mechanism of the modified cement concrete system of natural hardening; as well as identification of the methods of sound concrete strength assessment. Findings. The author proposed a model of the spatial structure of the concrete cement matrix, modified by particulate reinforcement crystal hydrates. The initial object of study is a set of volume elements (cells) of the cement matrix and the system of the spatial distribution of reinforcing crystallohydrates in these volume elements. It is found that the most dangerous defects such as cracks in the concrete volume during hardening are formed as a result of internal stresses, mainly in the zone of cement matrix-filler contact or in the area bordering with the largest pores of the concrete. Originality. The result of the study is the defined mechanism of the process of formation of the initial strength and stiffness of the modified cement matrix due to the rapid growth of crystallo-hydrates in the space among the dispersed reinforcing modifier particles. Since the lack of space prevents from the free growth of crystals, the latter cross-penetrate, forming a dense structure, which contributes to the growth of
Наука та прогрес транспорту. Вкник Дншропетровського нацюнального ушверситету залiзничного транспорту, 2016, № 4 (64)
strength. Practical value. Dispersed modifying cement matrix provides a durable concrete for special purposes with the design performance characteristics. The developed technology of dispersed cement system modification, the defined features of its structure formation mechanism and the use of congruence principle for the complex of technological impacts of physical and chemical processes of hydration of clinker minerals allowed developing technological bases for special-purpose concrete.
Keywords: cement matrix; disperse modification; structure formation; concrete
REFERENCES
1. Deynega Yu.F. Dispersnyye sistemy v elektricheskikh polyakh [Disperse systems in electric fields]. Ukrainskiy khimicheskiy zhurnal - Ukrainian Chemical Journal, 2001, vol. 67, no. 3, pp. 13-18.
2. Ivanova A.P., Trufanova O.I. Analiz i perspektivy primeneniya effektivnykh resursosberegayushchikh tekhnologiy v proizvodstve betona [Analysis and application prospects of effective resources-saving technologies in concrete manufacture]. Nauka ta progrès transport - Science and Transport Progress, 2014, no. 5 (53), pp. 150-156. doi: 10.15802/stp2014/30453.
3. Babkov V.V., Sakhibgareyev P.P., Chuykin A.Ye., Anvarov R.A., Komokhov P.G. Osobennosti strukturoobrazovaniya vysokoprochnogo tsementnogo kamnya v usloviyakh dlitelnogo tverdeniya [Features of structure formation of high-strength cement stone in long-term hardening]. Stroitelnyye materialy -Construction Materials, 2003, no. 10, pp. 42-43.
4. Piradov K.A., Guzeyev Ye.A. Mekhanika razrusheniya zhelezobetona [Fracture mechanics of concrete]. Moscow, Novyy vek Publ., 1998. 190 p.
5. Rabinovich F.N. Kompozity na osnove dispersnoarmirovannykh betonov. Voprosy teorii i proyektirovaniya, tekhnologiya, konstruktsii [Composites based on fiber reinforced concrete. Questions of the theory and design, technology, construction]. Moscow, ASV Publ., 2004. 560 p.
6. Rudenko D.V. Fizyko-khimichna modyfikatsiia tsementnoi systemy monolitnoho betonu [Physico-chemical modification of monolithic concrete cement system]. Nauka ta prohres transportu - Science and Transport Progress, 2015, no.6 (60), pp. 174-182. doi: 10.15802/stp2015/57103.
7. Kherdtl R., Ditermann M., Shmidt K. Dolgovechnost betonov na osnove mnogokomponentnykh tsementov [Durability of concrete on the basis of multicomponent cements]. Tsement i yego primeneniye - Cement and its Application, 2011, no. 1, pp. 76-80.
8. Khoroshun L.P., Maslov B.P. Nelineynyye svoystva kompozitnykh materialov stokhasticheskoy struktury [Nonlinear properties of composite materials of stochastic structure]. Kiev, Naukova dumka Publ., 1992. 132 p.
9. Collepardi M. Innovative Concretes for Civil Engineering Structures: SCC, HPC and RPC. Workshop on New Technologies and Materials in Civil Engineering: Proc. Milan, 2003, pp. 1-8.
10. Lee C.Y., Lee H.K., Lee K.M. Strength and micro structural characteristics of chemically activated fly ash-cement systems. Cement and Concrete Research, 2003, vol. 33, no. 3, pp. 425-431. doi: 10.1016/S0008-8846(02)00973-0.
11. Mehta P.K. High-Performance, High-Volume Fly Ash Concrete for Sustainable Development. The Intern. Workshop on Sustainable Development and Concrete Technology: Proc. (20.05-21.05.2004). Beijing, 2004, pp. 3-13.
12. Middendorf B., Singh N.B. Nanoscience and nanotechnology in cementitious materials. Cement International, 2006, no. 4, pp. 80-86.
13. Rudenko D. Properties of the phase components of the modified cement system. TEKA Komisji Motoryzacji i Energetyki Rolnictwa, 2013, vol. 13, no. 4, pp. 218-224.
14. Rudenko N. The Development of Conception of New Generation Concretes. TEKA Komisji Motoryzacji i Energetyki Rolnictwa, 2010, vol. 10B, pp. 128-133.
15. Rudenko N. Technology of shotcreting based on activated binder. TEKA Komisji Motoryzacji i Energetyki Rolnictwa, 2014, vol. 14, no 1, pp. 222-228.
Стаття рекомендована до публ1кацИ' д.т.н., проф. В. А. Банахом (Украта), д.т.н., проф. М. I. Нетесою (Украта)
Надшшла до редколегп: 16.03.2016
Прийнята до друку: 08.06.2016
