Регулювання контактних взаємодій для підвищення стійкості в умовах експлуатації матеріалів на основі мінеральних в’яжучих

Abstract

UA: Дисертаційна робота присвячена розробленню теоретичних основ отримання композиційних матеріалів з підвищеними експлуатаційними властивостями на основі мінеральних в’яжучих за рахунок спрямованого регулювання контактних взаємодій. Розвинуто основні положення колоїдної хімії та фізико-хімічної механіки, зокрема, удосконалено класифікації структур і контактів у композиційних матеріалах на основі мінеральних в’яжучих. Максимальні показники фізико-механічних і гідрофізичних (водостійкість) властивостей композитів досягаються у випадку балансу активних площ поверхонь дисперсних частинок, що мають негативний і позитивний поверхневі заряди. Регулювання площ поверхонь можливе за рахунок уведення комплексних хімічних добавок, що сприяє синтезу додаткових кристалогідратів із заданими поверхневими властивостями, та мінеральних і органічних волокон, мікронаповнювачів. Розроблено та впроваджено нові склади композиційних матеріалів із заданими фізико-механічними і гідрофізичними характеристиками різного функціонального призначення. Економічний ефект від впровадження результатів досліджень обумовлений зниженням енергоресурсовитрат на виробництво залізобетонних конструкцій, збільшенням довговічності виробів і конструкцій, міжремонтних термінів будівель та споруд.

EN: The dissertation is devoted to the development of theoretical foundations for obtaining composite materials with improved operational properties based on mineral binders. Due to the directed regulation of contact interactions in composites, it is possible to increase the durability of structures. In the process of forming the structure of an artificial stone during the hydration of mineral binders, a significant role is played by the electric charges of the surface of binders’ particles, products of their hydration, filler grains. The influence of the crystal structure and formation conditions on the surface properties of minerals has been investigated. It has been established that crystal hydrates of anisometric morphology can be characterized by a significant difference in the electrosurface potential of different faces, up to opposite values. The electrosurface potentials of minerals, which are the products of hydration of mineral binders with an anisometric shape, have been calculated. It has been established that the electrosurface properties of carbonate materials depend on their genesis. Organogenic carbonates, in particular chalk, have a negative surface charge due to the presence of silicic acid on the surface, in contrast to chemogenic calcite, the surface of which is characterized by a positive potential. The main provisions of colloidal chemistry and physicochemical mechanics of mineral binders and composite materials based on them have been developed. Classification of structures and contacts in materials based on mineral binders have been improved. Using the example of a cement stone, the interaction energy was calculated for each type of contact. The energies per chain between potential-determining ions are calculated. The interaction energy increases from coagulation contacts to condensation contacts as the contribution to the total interaction energy of ion-dipole and ion-ion interactions increases. The specific interaction energy per unit contact area is determined by the surface density of individual contacts between potential-determining ions and the fraction of the contact area in the total cross section of the material. It has been established that the strength of an artificial stone depends on the ratio of oppositely charged surfaces in it. The regulation of the physicomechanical and hydrophysical properties of an artificial stone based on mineral binders is possible provided that the required balance of active areas of the surface of dispersed particles with negative and positive surface charges is ensured.