Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.23.05 – будівельні матеріали та вироби. – Українська державна академія залізничного транспорту Міністерства транспорту та зв'язку України, Харків, 2007 р.
Дисертація присвячена вирішенню актуальної задачі підвищення якості бетонних та залізобетонних виробів, а також енерго- та ресурсозбереження на основі теоретичного й експериментального обґрунтування способу активації цементних бетонів, що містять у своєму складі мінеральні добавки з магнітними властивостями, та встановлення закономірностей впливу обертового електромагнітного поля на формування структури і властивостей цементного каменя і бетону.
Встановлено, що мінеральні добавки бетонів з відходів металургійної та паливно-енергетичної промисловості, що містять в своєму складі значну кількість оксидів заліза, у зовнішньому магнітному полі здатні намагнічуватися як типові феромагнетики. З досліджених добавок найбільшу намагніченість насичення мають колошниковий пил Макіївського металургійного комбінату (G = 12 Гссм3/г) та зола-винесення Вуглегорської ТЕС (G = 7,4 Гссм3/г). Показано, що обертове електромагнітне поле впливає на процеси структуроутворення мінеральних дисперсій та цементних паст, що приводить до посилення міжчасткових взаємодій в системі, її ущільненню і підвищенню міцності. При оптимальних складах бетонних сумішей і режимах обробки в ЕМП межа міцності при стиску бетону підвищується на 25...32 %. Ця тенденція зберігається як на ранніх стадіях тверднення бетону, так і в проектному віці, в т.ч. після ТВО.
Випуск дослідно-промислової партії виробів (ФЕМ) з дрібнозернистого бетону, що містить як заповнювач золо-шлакову суміш Вуглегорської ТЕС, здійснено на заводі ЗБВ ЗАТ "Бетон-Нова", смт. Миронівський. Досягнуто зниження собівартості 1 м3 бетонної суміші за рахунок економії цементу на 9 %.
Теоретично й експериментально обґрунтовано спосіб одержання дрібнозернистих цементних бетонів з підвищеними фізико-механічними та експлуатаційними властивостями на основі встановлення механізму активації бетонних сумішей в обертовому електромагнітному полі, який полягає у прискоренні гідратації в'яжучого та структуроутворення бетону в результаті більш рівномірного розподілу рідини та інтенсифікації масообмінних процесів в системі, що твердне.
Встановлено, що мінеральні добавки бетонів з відходів металургійної та паливно-енергетичної промисловості, що містять в своєму складі оксиди заліза, в зовнішньому магнітному полі здатні намагнічуватися як типові феромагнетики. З досліджених добавок найбільшу питому намагніченість насичення мають колошниковий пил Макіївського металургійного комбінату (G = 12 Гссм3/г) і зола-винесення Вуглегорської ТЕС (G = 7,4 Гссм3/г).
Показано, що обертове електромагнітне поле впливає на процеси структуроутворення мінеральних дисперсій і цементних паст, що призводить до посилення міжчасткових взаємодій в дисперсній системі, її ущільненню і підвищенню міцності. При оптимальних складах бетонних сумішей і режимах обробки в ЕМП межа міцності при стиску бетону в проектному віці підвищується на 25...32 %. Ця тенденція зберігається також як на ранніх стадіях тверднення бетону, так і після ТВО.
За результатами диференційного термогравіметричного і рентгенофазового аналізу, а також інфрачервоної спектроскопії встановлено позитивний вплив активації цементних паст в обертовому електромагнітному полі на процеси гідратації та формування складу новоутворень цементного каменю: підвищується ступінь гідратації цементу, інтенсифікується гідросилікатоутворення. Ці процеси виявляються в більш значній мірі, коли у складі цементних паст містяться мінеральні добавки, що характеризуються магнітними властивостями.
Встановлено, що при дії обертового електромагнітного поля на пластичні бетонні суміші (П2-П4) підвищується на 10...15 % їх рухливість, що пов'язано зі зміною структури води замішування та структури сольватних оболонок на поверхні дисперсних частинок, а також інтенсивним сукупним мікроколиванням феромагнітних частинок в цементній пасті, що призводить до її тиксотропного розрідження.
Активація бетонних сумішей з феромагнітними мінеральними добавками позитивно впливає на формуванні структури бетону – підвищується середня щільність на 30...50 кг/м3; знижується капілярна пористість на 10...12 % (у відносних величинах) і середній розмір пор (акт.=0,75; контр.=0,82), а їх однорідність за розмірами підвищується (aакт.=0,54, aконтр.=0,45). Зміна показників пористості активованих бетонів відбивається на підвищенні морозостійкості бетону (Fакт.=150, Fконтр.=100), зниженню величини усадки бетону при висиханні.
Розроблено і впроваджено (ЗАТ "Бетон-Нова", смт. Миронівський) технологічний регламент виробництва фігурних елементів мощення з дрібнозернистого бетону, який передбачає активацію свіжовідформованих бетонних виробів в обертовому електромагнітному полі. Результати досліджень апробовано при випуску дослідно-промислової партії бетонних фігурних елементів мощення у кількості 823 м2 (28800 шт.). Розрахунковий річний економічний ефект від впровадження технології виробництва ФЕМ за розробленим регламентом при річній продуктивності 21 тис. м2 ФЕМ складає 20,5 тис. грн.
Основні положення дисертації опубліковані у таких роботах:
Дремов В.В., Зайченко Л.Г. Исследование влияния вращающегося электромагнитного поля на структурообразование и прочность цементного камня // Вісник ДонДАБА: Макіївка. – 2003. – Вип. 1 (38). – С. 169-171. (Особистий внесок здобувача – участь у складанні експериментальної установки, проведенні експериментальних досліджень, обробка результатів).
Зайченко Л.Г. Гидратация портландцемента, активированного во вращающемся электромагнитном поле // Ежегодный научно-технический сб. "Современные проблемы строительства". – Донецк: Донецкий ПромстройНИИпроект. – 2003. - № 1(6). – С. 105-109.
Братчун В.И., Зайченко Л.Г. Структурообразование минеральных дисперсий, активированных в вихревом электромагнитном поле // Вісник ОДАБА: Одеса – 2004. – Вип. № 15. – С. 48-53. (Виконано дослідження кінетики седиментації мінеральних дисперсій та структуроутворення цементних паст, обробка результатів).
Братчун В.И., Зайченко Л.Г. Эффективность влияния вращающегося электромагнитного поля на бетонные смеси // Сб. научн. трудов "Строительство, материаловедение, машиностроение". – Днепропетровск: ПГАСА. – 2005. – С. 89-94. (Підготовка матеріалів до хімічного аналізу та визначення намагніченості насичення, дослідження властивостей бетонних сумішей та бетонів, обробка результатів).
Братчун В.И., Зайченко Л.Г. Оптимизация факторов электромагнитной активации бетонных смесей // Вісник ОДАБА: Одеса. – 2005. – Вип. № 20. – С. 40-46. (Участь у проведенні експериментів, розрахунки рівняння регресії).
Братчун В.І., Зайченко Л.Г. Вплив обертового електромагнітного поля на фазовий склад новоутворень цементного каменю з феромагнітними добавками // Зб. наук. праць "Ресурсоекономні матеріали, конструкції, будівлі та споруди": Рівне. – 2006. – Вип. 14. – С. 9-15. (Підготовка матеріалів до фізико-хімічного аналізу, обробка даних).
Зайченко Л.Г. Эксплуатационные свойства мелкозернистых бетонов, активированных во вращающемся электромагнитном поле // Вісник ОДАБА: Одеса. – 2006. – Вип. № 23. – С. 94-99.
Декл. пат. № 69552 А Україна, (51) 7 Е04G21/04. Спосіб активації бетонних сумішей в обертовому електромагнітному полі: Александров В.Д., Дрьомов В.В., Зайченко Л.Г. Заявлено 01.08.2003; Опубл. 15.09.2004. – Бюл. № 9. (Виконання досліджень, патентний пошук, участь у розробці схеми установки для активації).
Зайченко Л.Г., Григоренко Н.В., Бондаренко О.В. Технология активации свежеотформованных бетонных изделий в вихревом электромагнитном поле // Матеріали 30-ї наук. конф. студентів, аспірантів і молодих вчених // Вісник ДонДАБА: Макіївка. – 2004. – Вип. 3 (45) – С. 127-130. (Участь у проведенні експериментальних досліджень, обробка результатів).
Зайченко Л.Г. Інтенсифікація процесів формування структури і властивостей цементних бетонів активацією в обертовому електромагнітному полі // Головні доповіді ІІ науково-технічної конф. "Енергозаощадження у будівництві". – Чернівці. – 2006. – С. 32-34.
