Анотація до роботи:

Щербина Л.В. Генезис структури і властивостей шлаколужних цементів і бетонів в умовах циклічних змін вологості і температури. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.23.05 – Будівельні матеріали і вироби. – Київський національний університет будівництва й архітектури. Київ 2006.

Дисертація присвячена вирішенню проблеми підвищення стабільності бетонів до впливу температурно– і вологоперемінних навантажень за рахунок направленого формування структури цементуючої матриці в напрямку підвищення її щільності та міцності, забезпечених синтезом у продуктах гідратації і тверднення шлаколужного в'яжучого, поряд з дрібнокристалічними гідросилікатами кальцію, цеолітних сполук з високим ступенем упорядкованості структури й формуванням дрібнопористої, рівномірно розподіленої структури порового простору. Така направленість процесів структуроутворення обумовлена особливістю композиційної побудови шлаколужної в'яжучої системи, за рахунок введення комплексної органо-мінеральної добавки складу “термоактивований цеоліт + эмульсія петролатуму”. Розроблено і оптимізовано склади шлаколужних вяжучих і досліджено фізико-механічні та деформаційні властивості важких бетонів в різних температурно-вологісних умовах тверднення, у тому числі циклічно повторюваних. Розроблено основи технології виготовлення розроблених матеріалів. Результати роботи реалізовано в умовах виробництва.

1. Теоретично обґрунтована і практично підтверджена можливість одержання шлаколужних бетонів з підвищеною стабільністю властивостей у змінних температурно-вологісних умовах навколишнього середовища за рахунок формування мікроструктури матеріалу в напрямку оптимізації співвідношення гідратних фаз гідросилікатного й алюмосилікатного складу і ступеня упорядкування їх структури, а також оптимізації характеру і розміру пор у поровому просторі штучного каменю, що твердне, шляхом введення у в'яжучу систему органо-мінеральної добавки на основі термоактивованого цеоліту і петролатуму.

2. Вивчено закономірності впливу добавки термоактивованої цеолітової породи на формування фазового складу і структури шлаколужних в'яжучих. Встановлено, що процеси структуроутворення в такій системі, на відміну від бездобавочних в'яжучих, обумовлені формуванням на початкових стадіях тверднення поряд з низькоосновними гідросилікатами кальцію, гідроалюмосилікатів цеолітового ряду з підвищеним ступенем закристалізованості структури. Це забезпечує формування штучного каменю з щільною регулярно розподіленною кристалоподібною структурою та підвищення міцності штучного каменю і зниження власних деформацій.

3. Досліджено взаємозв'язок структури і властивостей штучного каменю, що формується на основі шлаколужного в'яжучого з добавкою емульсії петролатуму. Відзначено, що за наявності органічної добавки підвищується питома поверхня структуроутворюючих гідратних фаз і має місце перерозподіл пор за розмірами у поровому просторі штучного каменю. Так, у складі порового простору штучного каменю на основі в'яжучого з добавкою емульсії петролатуму, на відміну від бездобавочних систем і систем, модифікованих добавкою цеолітового ряду, переважають гелеві пори з ефективним радіусом менше 1 нм. Це забезпечує синтез штучного каменю з підвищеною щільністю і стабільними показниками власних деформацій (усадки-набухання) при поперемінному зволоженні і висушуванні.

4. Встановлено основні принципи композиційної побудови шлаколужних в'яжучих зі стабільними деформаційними характеристиками в умовах змінної вологості і температури шляхом їх модифікації комплексною добавкою складу “термоактивований цеоліт + петролатум”. Такий склад в'яжучої композиції забезпечує формування мікроструктури цементуючої матриці з підвищеною щільністю і однорідністю, що визначає високі експлуатаційні характеристики бетонів, у тому числі й стабільність деформацій у повітряно-вологісних умовах, що змінюються. При цьому фазовий склад продуктів тверднення в таких системах представлений анальцимом, натролітом і змішаними натрієво-кальцієвими гідроалюмосилікатами складу (Na₂,Ca)Al₂Si₄O₁₂6H₂O з високим ступенем питомої поверхні й упорядкування структури, карбонатом кальцію зі структурою ватеріту, гідросилікатними сполуками тоберморитового ряду і СSH(II), а поровий простір характеризується перевагою ромбоедричних пор з ефективним радіусом 2-11 нм і високою регулярністю їх розподілу.

5. Методом математичного планування експерименту оптимізовано склади модифікованих в'яжучих систем. Встановлено, що максимальні міцнісні характеристики в'яжучих композицій відповідають складам, що включають 10% від маси шлакового компонента термоактивованої при t = 750C цеолітової породи і 2% емульсії петролатуму від маси шлаку. Такі композиції, залежно від виду лужного компоненту, характеризуються міцністю при стиску 80-110 МПа, міцністю на розтяг при згині 7,5-11,5 МПа, власними деформаціями усадки 0,4-0,72 мм/м.

6. Розроблено й оптимізовано склади і технологію одержання важких бетонів на основі модифікованих комплексною добавкою шлаколужних в'яжучих із застосуванням як лужного компоненту дисилікату натрію. Отримані бетони характеризуються міцністю при стиску 90-102 МПа, призмовою міцністю 76,3-89,2 МПа, початковим модулем пружності (Е_b^.10^-3) 31,7-37,0 МПа, вологісною усадкою (_sh10⁵) 25,25-30,48 відн. од. і високою однорідністю (коефіцієнт варіації - 7,5%).

7. Встановлено, що динаміка зміни міцності при стиску важкого бетону на основі модифікованого шлаколужного цементу при експлуатації в різних повітряно-вологісних умовах не супроводжується спадами міцності у часі. Відзначено, що в період 1-360 діб такі бетони характеризуються підвищенням міцності при стиску на 17–20% , яка після 360 діб твердіння бетонів становить 117–120 МПа.

8. Досліджено вплив температурно-вологісного режиму експлуатації та циклічності його впливу на стабільність міцнісних характеристик, деформації усадки-набухання і повзучості бетонів. Показано, що розроблені склади бетонів, на відміну від бездобавочних складів, характеризуються стабільністю властивостей при циклічній дії температурно-вологісних умов. Так, міцність при стиску розроблених бетонів незалежно від умов тверднення (вода, повітряно-сухі умови) не має спадів у період 28-360 діб спостереження, величина спадів міцності на розтяг при згині при поперемінному зволоженні й висушуванні бетонних зразків на основі модифікованих бетонів зменшується в 2,5-4 рази. При цьому відзначено, що величина деформації набухання при вологісному (W = 90-100%) зберіганні зразків модифікованих складів характеризується значеннями (3-4)10^–5 відн.од. і стабілізацією цього процесу на 20 добу твердіння, у той час як набухання немодифікованих бетонів досягає значення 1010^–5 відн.од, а процес стабілізації фіксується тільки після 60-ї доби твердіння у вологих умовах. Розвиток повзучості бетонів, модифікованих і немодифікованих складів, розвивається аналогічно характеристиці набухання.

9. Розроблені шлаколужні бетони пройшли виробничу й експлуатаційну перевірку при виробництві бетонних станин гнучкого технологічного модуля для обробки прецизійних поверхонь і верстатів для прецизійного різання, що експлуатувалися в НДІЕПМ КНПО «Маяк», а також виготовленні елементів зміцнення конуса шафової стінки підвалини при проведенні ремонтно-відбудовних робіт на об'єкті «Арковий металевий міст» (р. Старий Дніпро, м.Запоріжжя) та ділянки підпірної стіни при реконструкції вул. Космічної в м.Запоріжжі. Отримані у виробничих умовах бетони характеризувалися міцністю при стиску 98,0 МПа, призмовою міцністю 90,6 МПа, міцністю на розтяг при згині 7,8 МПа і модулем пружності 36,910³ МПа відразу після ТВО (пропарювання). Після 2-х років спостереження характеристики зразків, що зберігалися в умовах роботи конструкцій, показали наступні зміни властивостей: міцність при стиску 110,2 МПа, призмова міцність 93,8 МПа, міцність на розтяг при згині 7,3МПа і модуль пружності 37,8 10³МПа. Економічний ефект від впровадження розробки, з урахуванням подовження терміну служби до першого капітального ремонту за рахунок поліпшення експлуатаційних показників, склав 181,29 грн. на 1м³ виробів.

Публікації автора:

1. Кривенко П.В., Константиновский Б.Я., Щербина Л.В. Шлакощелочные бетоны модифицированные полимерами // Труды 3-й Всесоюз. науч.-практ.-конф. “Шлакощелочные цементы, бетоны и конструкции”. - Том 2. – К.: КИСИ. - 1989. - С. 39–40.

Досліджено можливість використання полімерів (олігомерів) для просочення шлаколужних бетонів з метою підвищення стабільності його властивостей.

2. Кривенко П.В., Щербина Л.В. Повышение стабильности свойств шлакощелочного цементного камня при циклическом воздействии влаги // Труды XXII Междунар. конф. в области бетона и железобетона (Иркутск-90). – М. : Стройиздат. – 1990. – С. 80–81.

Встановлено і досліджено ефект стабілізації характеристик міцності і деформування шлаколужних в'яжучих модифікованих, органічними добавками (емульсією петролатуму).

3. Кривенко П.В., Щербина Л.В. Работоспособность шлакощелочных бетонов под действием переменных факторов // Работоспособность строительных материалов на основе и с применением местного сырья и отходов промышленности. – Казань. – 1991. – С. 100–105.

Приведено результати досліджень підвищення довговічності шлаколужних бетонів шляхом введення добавки термоактивованого цеоліту і петролатуму.

4. Кривенко П.В., Щербина Л.В. Шлакощелочные бетоны для корпусных деталей станков // Труды XXIII Междунар. конф. в области бетона и железобетона (Волг-Балт-91). – М. : Стройиздат. – 1991. – С. 97–98.

На підставі аналізу кінетики зміни характеристик міцності і деформування шлаколужних в'яжучих, модифікованих емульсією петролатуму, розглянута можливість їхнього використання для виготовлення корпусних деталей верстатів.

5. Кривенко П.В., Пушкарева Е.К., Щербина Л.В. Повышение стабильности физико-механических характеристик шлакощелочных вяжущих в условиях попеременного увлажнения и высушивания // Цемент. – 1991. – № 11-12. – С. 9–16.

Досліджено можливість комплексного використання цеолітової породи й емульсії петролатуму як добавки до шлаколужної в'яжучої речовини з метою підвищення стабільності фізико-механічних характеристик штучного каменю в умовах циклічного впливу вологи.

6. Кривенко П.В., Константиновский Б.Я., Ракша В.А., Клименко В.А., Щербина Л.В. Шлакощелочные вяжущие и бетоны для корпусных деталей станков // Цемент. – 1991. – № 11-12. – С. 34–39.

Експериментально підтверджена можливість використання модифікованих шлаколужних в'яжучих і бетонів для виготовлення корпусних деталей верстатів.

7. Кривенко П.В., Константиновский Б.Я., Щербина Л.В. Физико-технические свойства шлакощелочных бетонов модифицированных полимерами // Комплексное использование минерального сырья и попутных продуктов при производстве строительных материалов: Сб. науч. тр. – Киев.: УМЛ ВО, 1991. – С. 18-27.

Досліджено взаємозв'язок між видом і кількістю органічної добавки у складі шлаколужних в'яжучих і бетонів і фізико-технічними властивостями отриманих модифікованих матеріалів.

8. Ракша В.А., Щербина Л.В. Повышение стабильности свойств композиционных материалов на основе шлакощелочного вяжущего // Труды 6-й национальной конф. “Механика и технология композиционных материалов”. – София. – 1991. – С. 294–297.

Досліджено підвищення стабільності фізико-механічних і гідрофізичних властивостей композиційних матеріалів на основі високоміцних шлаколужних в'яжучих і органічних добавок.

9. Кривенко П.В., Казанский В.М., Клименко В.А., Щербина Л.В. Управление микропоровой структурой высокопрочного шлакощелочного вяжущего // Труды научн.–техн. конф. “Прогрессивные строительные материалы и изделия на основе использования природного и техногенного сырья”. – Ленинград. – 1992. – С. 22–24.

Досліджено процеси управління мікропоровою структурою високоміцного шлаколужного в'яжучого шляхом введення до його складу цеолітової породи й органічної добавки петролатуму.

10. Кривенко П.В., Щербина Л.В. Повышение стабильности прочностных и деформативных характеристик шлакощелочных бетонов при влагопеременных условиях эксплуатации // Новейшие технологии диагностики, ремонта и восстановления объектов строительства и транспорта: Сб. науч. тр. – Днепропетровск: ПГАСА, 2003. – № 25. – С. 25–29.

Досліджено ефект стабілізації фізико-механічних і деформаційних характеристик шлаколужних бетонів при їхній експлуатації в різних повітряно-вологісних умовах.

11. Кривенко П.В., Клапченко В.И., Щербина Л.В., Петропавловский О.Н. Влияние поровой структуры на атмосферостойкость высокопрочных шлакощелочных вяжущих и бетонов // Вісник Одеської державної академіі будівництва та архітектури. – Одеса. – 2003. – № 12. – С. 149–154.

Досліджено шляхи зміни порової структури високоміцних шлаколужних в'яжучих і бетонів з метою підвищення атмосферостійкості штучного каменю.

12. Кривенко П.В., Щербина Л.В., Петропавловський О.Н. Влияние процессов структурообразования шлакощелочного цемента на стабильность его свойств // Труды III научн.-практ. семинара “Структура, свойства и состав бетона”. – Ровно. – 2003. – С. 95-102.

Розглянуто процеси гідратаційно-дегідраційного структуроутворення шлаколужних в'яжучих, модифікованих цеолітовою породою й емульсією петролатуму.

13. Щербина Л.В. Повышение стабильности физико-механических характеристик высокопрочных шлакощелочных бетонов при эксплуатации в различных воздушно-влажностных условиях // Новини науки Придніпров'я. – 2004. – № 2. – С. 53–59.

Розглянуто взаємозв'язок між складом важкого шлаколужного бетону на основі модифікованих в'яжучих і кінетикою зміни характеристик міцності та деформування матеріалу при зміні повітряно-вологісних умов експлуатації.

14. Larisa V. Scherbina Serviceability of high strength slag alkaline concretes in variable air – moisture conditions // Proс. First Intern. Conf. “Alkaline Cements and Concretes”. - Vol. 1 - Kyiv (Ukraine). - 1994. – P. 879–889.

З використанням математичних методів планування експерименту проведено оптимізацію складу важкого шлаколужного модифікованого бетону з урахуванням ущільнення заповнювачів і визначення їхнього оптимального співвідношення, що дає мінімальну пустотність.

15. Вяжущее для изготовления бетонных корпусных деталей станков: А. с. 1721034 СССР, МИК⁴ С 04 В 7/153. / П.В. Кривенко, Е.К. Пушкарева, О.А. Бродко, Б.Я. Константиновский, Л.В. Щербина. – № 4721693; Заявл. 17.07. 89; Опубл. 23. 03. 92, Бюл. – № 11. – 18 с.

16. Вяжущее: А. с. № 1733418 СССР, МИК⁴ С 04 В 7/153. / П.В. Кривенко, Е.К. Пушкарева, О.А. Бродко, Б.Я. Константиновский, Л.В. Щербина. – № 4814263; Заявл. 16.04. 90; Опубл. 15. 05. 92, Бюл. – № 18. – 12 с.