Анотація до роботи:

Костенко Юрій Олексійович. Дрібнозернисті дорожні бетони для виробів, що отримуються методом гіперпресування. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.23.05 – будівельні матеріали і вироби. - Українська державна академія залізничного транспорту, Харків, 2005.

Дисертація присвячена теоретичному і експериментальному обґрунтуванню підвищення довговічності малорозмірних елементів дорожнього будівництва за рахунок збільшення щільності і міцності бетонів шляхом застосування гіперпресування в комплексі з оптимальною кількістю суперпластифікаторів при раціональному підборі складу дрібнозернистих бетонів.

Встановлено й експериментально підтверджено, що гіперпресування найбільш ефективне у діапазоні стискувальних напружень 70-90 МПа, а тривалість процесу ущільнення при гіперпресуванні – 8-12 секунд.

Встановлено, що міцність на стиск гіперпресованих бетонів на 68 % вища, ніж у пресованих. Оптимальна кількість добавки СП-7М для гіперпресованих бетонів складає 0,3 %, а для пресованих – 0,4% (від маси цементу). Дослідження показали, що загальна величина водопоглинання для гіперпресованих бетонів менша, ніж для пресованих, на 35%. Дослідження експлуатаційних властивостей гіперпресованих бетонів показало, що стирання таких бетонів знижується на 20-45%, морозостійкість зростає на марку, сульфатостійкість підвищується на 30% у порівнянні з властивостями бетонних виробів, що формуються звичайним пресуванням. Розроблено методику підбору складу бетону на дрібнозернистих заповнювачах, що ущільнюється гіперпресуванням.

Результати роботи реалізовані шляхом випуску дослідної партії гіперпресованих тротуарних плит на ЦБЗ ТОВ «Геомакс».

1. Найперспективнішим способом ущільнення є гіперпресування. Необхідною умовою пресування є досягнення максимально щільного укладання твердих частинок, що важко при використовуванні місцевих одно- і двофракційних дрібних заповнювачів. Існуючі методи підбору складу дрібнозернистого бетону не забезпечують необхідної щільності, тому необхідний новий підхід до підбору складу бетону з урахуванням монофракційності гранулометричного складу суміші і особливостей методу ущільнення.

2. Було розроблено фізичну модель трифазної полідисперсної системи, яка ущільнюється. Її аналіз дозволив встановити, що в процесі ущільнення змінюється товщина водних плівок, знак і величина сил взаємодії між твердими частинками і рідкою фазою. У діапазоні тиску пресування від 20 до 140 МПа встановлено існування трьох зон, у яких міцність бетону змінюється по-різному, а найбільший приріст спостерігається в інтервалі від 70 до 90 МПа. Експериментально було визначено необхідний і достатній час пресування – 8–12 секунд.

3. Було розроблено нову методику підбору складу дрібнозернистих гіперпресованих бетонів, яка основана на переривчастій гранулометрії. Було отримано оптимальне відношення діаметрів фракцій заповнювача, I_d = 4–6, при якому забезпечуються максимальна щільність і міцність бетону. При цьому збільшення вмісту пилуватих частинок до 35% не позначається на міцності цементного каменю на ранніх строках твердіння.

4. Встановлено, що застосування гіперпресування дозволяє зменшити кількість води зачинення на 12,5 %, збільшити в 4,3 рази міцність після формування порівняно з пресованими сумішами. Прискорення набору міцності в початковий період дозволяє скоротити загальну тривалість ТВО, час попередньої витримки перед ТВО до 1 години і знизити температуру ізотермії.

5. Експериментально встановлено залежність приросту міцності під час гіперпресування для витрат цементу від 200 до 400 кг/м³. Вона представлена відношенням «приріст міцності / збільшення витрати цементу» і складає 0,099 МПа/кг, що вище у порівнянні з пресованими бетонами (0,071 МПа/кг). Коефіцієнт однорідності структури знижується з 5,85 для пресованих до 5,36 для гіперпресованих бетонів, що свідчить про підвищення її якості.

6. На підставі проведених фізико–хімічних методів дослідження встановлено, що склад новоутворень гіперпресованого цементного каменю аналогічний складу пресованого. Його пористість в інтервалі радіусів пор 0,075–0,025 нм менше в 3 рази у порівнянні з пресованими. Експериментально було підтверджено зниження водопоглинання гіперпресованих бетонів на 49% у порівнянні з пресованими.

7. Встановлено, що кількість суперпластифікатора СП–7М в гіперпресованих бетонах, для поліпшення їх властивостей, повинна бути зменшена в 1,7 рази у порівнянні з дозуваннями, що рекомендуються для пресованих бетонів. Введення прискорювача СаCl₂ дозволяє збільшити міцність гіперпресованих бетонів на 8%.

8. Встановлено, що з гіперпресованих виробів при твердінні випаровується у 2,5 рази менше вологи, ніж з пресованих. У випадку значних вологовтрат наявність резерву негідратованих частинок в’яжучого забезпечує умови повної регенерації властивостей таких бетонів при подальшому їх твердінні у вологих умовах. Стираність таких бетонів знижується на
   20–45%, морозостійкість зростає на марку, сульфатостійкість – на 30% по відношенню до властивостей пресованих бетонів.

9. Техніко–економічний аналіз ефективності застосування гіперпресування при виготовленні виробів з дрібнозернистого бетону був проведений за допомогою узагальнюючого показника якості продукції. Показано, що питома собівартість гіперпресованих виробів в 1,5 рази менше пресованих, а економічний ефект для споживача складає 3,83 грн на 1 м² покриття. Погоджений із замовником бізнес–план щодо впровадження технології гіперпресування забезпечує повну окупність капітальних вкладень за 2,3 роки.

Основні положення дисертаційної роботи викладені в таких публікаціях:

1. Костенко Ю.А., Грушко И.М., Бирюков В.А., Толмачев С.Н. Цементные бетоны, уплотняемые катками // Автошляховик України. –1996. – №2. –С.34–37.

Особистий внесок автора – запропоновано методику визначення кількості води для ущільнення жорсткої бетонної суміші пресуванням.

2. Толмачев С.Н., Костенко Ю.А., Маракина Л.Д. Механизм структурообразования в цементном камне уплотненном различными способами // Вестник НТУ “ХПИ” / Сб. научн. тр. / Тематический выпуск “Химия, химическая технология и экология” – Харків: НТУ “ХПІ”. –2001. –№23. –Том.1. –С. 30–33.

Особистий внесок автора – досліджено особливості структуроутворення цементного каменю ущільненого гіперпресуваннм.

3. Костенко Ю.О., Толмачов С.М., Близнюк А.О., Кондратьєва І.Г. Гіперпресовані бетони // Автошляховик України. –2002. – №3. –С. 35–37.

Особистий внесок автора – вивчено кінетику набору міцності гіперпресованих бетонів, показано, що твердіння таких бетонів відбувається швидше, ніж у бетонів, ущільнених за традиційними технологіями.

4. Костенко Ю.А., Толмачев С.Н., Кондратьева И.Г. Взаимосвязь уровня прессования и свойств цементобетонных изделий // Вестник ХНАДУ / Сб. научн. тр. –Харьков: изд-во ХНАДУ. – 2002. –Вып.19. –С. 118–121.

Особистий внесок автора – досліджені особливості ущільнення жорстких цементобетонних сумішей гіперпресуванням, виявлені залежності між рівнем тиску ущільнення і властивостями отриманих бетонів.

5. Костенко Ю.А., Толмачев С.Н., Маракина Л.Д., Сопов В.П. Формирование микропористости цементного камня при воздействии вибрации и давления // Науковий вісник будівництва. –Харків: ХДТУБА, ХОТВ АБУ. –2003. – Вип.21.–С.224–229.

Особистий внесок автора – досліджено мікропористість цементного каменю, ущільненого гіперпресуванням, виявлено особливості її формування.

6. Толмачев С.Н., Кондратьева И.Г., Костенко Ю.А., Маракина Л.Д. Взаимосвязь технологических особенностей изготовления и свойств малоразмерных дорожных бетонных изделий // Науковий вісник будівництва. –Харків: ХДТУБА, ХОТВ АБУ. –2003. – Вип.24. –С.63–68.

Особистий внесок автора – вивчено закономірності процесу випаровування вологи у період твердіння гіперпресованих бетонів, виявлено взаємозв’язок умов твердіння та експлуатаційних властивостей таких бетонів.

7. Костенко Ю.А. Технологические и эксплуатационные свойства гиперпрессованных бетонов // Науковий вісник будівництва. –Харків: ХДТУБА, ХОТВ АБУ. –2004. – Вип.26. –С.201–205.

8. Грушко И.М., Костенко Ю.А. Исследование влияния химических добавок на свойства бетонных смесей и бетонов, уплотненных катками // Труды международного семинара "Теория и практика строительства и строительных материалов". – Сумы: ССХИ. –1994. –С.27.

Особистий внесок автора – досліджено вплив хімічних добавок на властивості бетонів, ущільнених пресуванням, встановлено, що оптимальна кількість пластифікуючих добавок підвищує міцність таких бетонів.

9. Толмачев С.Н., Кондратьева И.Г., Костенко Ю.А., Маракина Л.Д., Гринченко Р.А. Некоторые особенности состава бетонов по методу прерывистой гранулометрии // Матеріали міжнародної конференції "Ресурс і безпека експлуатації конструкцій, будівель і споруд". –Харків: ХДТУБА, ХОТВ АБУ. –2003. – Вип.23. –С.251–254.

Особистий внесок автора – проведено дослідження з вивчення впливу гранулометричного складу заповнювачів на властивості бетону, запропоновано методику підбору складу бетону за методом переривчастій гранулометрії.

10. Толмачев С.Н., Абазов Х.В., Костенко Ю.А. Применение добавки “Релаксол 2.1” в бетонах дорожно-транспортного назначения // Докл. VI международной научно-практической конференции «Дни современного бетона». –Запорожье: “Поліграф”. – 2004. –С.81–83.

Особистий внесок автора – досліджено вплив пластифікаторів типу “Релаксол 2.1” на бетони дорожньо – транспортного призначення, встановлено, що вони підвищують міцність бетонів, ущільнених пресуванням, у меншій мірі, ніж для віброущільнених.

11. Костенко Ю.А., Толмачев С.Н. Малоразмерные дорожные изделия из гиперпрессованных бетонов // Матеріали VІІ міжнародної науково-практичної конференції "Наука і освіта `2004". –Том 71. Будівництво і архітектура. – Дніпропетровськ: Наука і освіта. –2004. –С42–43.

Особистий внесок автора – визначено основні переваги гіперпресованих бетонів і виробів на їх основі.