Анотація до роботи:

Коваль С.В. Розвиток наукових основ модифікування бетонів поліфункціональними добавками. – Рукопис.

Дисертація на здобуття ученого ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.23.05 –будівельні матеріали і вироби. – Одеська державна академія будівництва й архітектури, Одеса, 2004.

Метою досліджень є розробка ефективного наукового підходу до проектування модифікованих бетонів, котрий поєднує теоретичні основи модифікування цементних систем і багатофакторне моделювання для пошуку поліфункціональних добавок, що забезпечують задані властивості й довговічність бетону. Розроблена комп'ютерна технологія пошуку оптимальних добавок на базі експериментально-статистичних моделей. Сформульовано принципи, розроблені способи та критерії, які дозволяють підвищити достовірність дослідження впливу добавок. На основі аналізу великої кількості моделей встановлені загальні тенденції i виявлені особливості впливу комплексних добавок (що включають суперпластифікатори, прискорювачі, стабілізатори тощо) на технологічні та експлуатаційні властивості бетону. Показана можливість досягнення гарантованих властивостей бетону при оптимізації складу добавок не тільки за середніми оцінками властивостей, але і за ймовірносними показниками, які характеризують розподіл властивостей. Отримані в ході цих робіт результати з'явилися підставою для впровадження нових добавок, а також ефективних матеріалів на їхній основі: бетонів зниженої материалоємністі для заводської технології та монолітного будівництва, ремонтних розчинів, сталефібробетона, шлаковміщуючого цементу, що швидко твердіє.

1. Запропоновано й реалізовано у науково-дослідній практиці ефективний науковий підхід до проблеми раціонального модифікування бетонів, у якому знання загальних закономірностей структуроутворення й процесів модифікації цементних систем доповнюється багатофакторним моделюванням складів, режимів одержання й експлуатації бетону для пошуку й кількісного обґрунтування добавок, що забезпечують заданий комплекс технологічних й експлуатаційних показників.

2. Запропонований підхід, відображаючи як змістовну, так і формальну сторони процесу пошуку оптимальних модифікаторів, що базується на методах і засобах комп'ютерного матеріалознавства, спрямований на виробіток раціональних технологічних рекомендацій, а також досягнення якісно нового рівня інформації про вплив добавок, що сприяє розвитку наукових основ модифікування бетону.

3. Розроблено методичне забезпечення комп'ютерного пошуку оптимальних модифікаторів із використанням експериментально-статистичних моделей. Для підвищення вірогідності дослідження добавок запропонований ряд відносних, узагальнюючих й імовірнісних критеріїв з метою багатофакторної технологічної оцінки ефективності добавок, для аналізу характеру розподілів й описи просторових полів властивостей модифікованого бетону. На основі ЕС - моделей виявлені особливості й установлені нові закономірності впливу добавок (суперпластифікаторів, прискорювачів, стабілізаторів суміші, мінеральних добавок й ін., а також їхніх комплексів) на технологічні та експлуатаційні властивості бетону, запропоновані раціональні склади модифікаторів для ряду матеріалів (ремонтні розчини, високоміцний бетон, швидкотверднучий шлаковміщуючий цемент й ін.).

4. Моделями описані комплексні ефекти добавок, які полягають, зокрема, в суттєвому зниженні ефективної в'язкості суміші (система суперпластифікатор + електроліт) і підвищенні міцності цементних розчинів (система суперпластифікатор + мікрокремнезем). На основі аналізу імовірнісних показників - характеристик розподілів показано, що модифікатори змінюють не тільки середні оцінки реологічних властивостей, але й розподіл цих властивостей, що при оптимальному складі комплексної добавки (суперпластифікатор і мікрокремнезем) забезпечує гарантовану якість технологічних сумішей.

5. Дослідження, що поєднують методи фізико-хімічного аналізу й ЕС- моделювання, дозволили обґрунтувати ряд перспективних добавок і дати пояснення виявленим модифікуючим ефектам. Введення на стадії помелу в'яжучого оптимальної комплексної добавки (що складається з лігносульфоната, тіосульфата й роданіда натрію) поліпшує зерновий склад цементу, інтенсифікує процеси гідратації й модифікує структуру цементного каменю, що в комплексі забезпечує в ранній термін твердіння підвищену міцність шлаковміщуючого цементу й бетону на його основі.

6. Методика порівняльної оцінки ефективності добавок по багатофакторних моделях дозволяє (при істотному зниженні кількості експериментів) на основі аналізу зміни абсолютних і відносних показників властивостей бетону виявляти оптимальні добавки з урахуванням зміни рівнів рецептурно-технологічних факторів. При порівнянні добавок за даною методикою визначені переваги ряду нових суперпластифікаторів і виявлена закономірність зниження впливу хімічного складу СП у процесі тривалого твердіння бетону. Досліджені ефекти взаємопідсилення дії добавок суперпластифікатора й мікрокремнезему в умовах тепловологісної обробки бетону, визначені межі зміни властивостей бетону при зміні хімічного й гранулометричного складу мікрокремнезему. Показана доцільність складання сумішей мікрокремнеземів для поліпшення властивостей бетону й стабілізації якості добавки.

7. Експериментальна інформація про розподіл властивостей бетону по висоті стовпчастих елементів дозволила оцінити вплив добавок на три групи узагальнюючих показників, що засновані на аналізі просторового поля як випадкової множини, на аналізі епюри властивостей, на поділі систематичної й випадкової складових поля. Використання цих показників доцільно при розробці нових способів підвищення однорідності бетону в конструкціях, у першу чергу в задачах оптимізації складів антиседиментаційних добавок. При моделюванні критеріїв однорідності просторового поля виявлені закономірності впливу пластифікуюче - стабілізуючих добавок із урахуванням зміни складу бетону, способу бетонування (звичайного або підводного), кількості й виду заповнювача й т.д. Залежно від умов бетонування й виду заповнювача змінюється оптимальне дозування добавки, що зменшує в заданій пропорції кожну зі складових. Для керамзитобетону оптимізація комплексної добавки ( що складається із суперпластифікатора й ефіру целюлози) дозволила зменшити до 1-4% систематичну й випадкову складові, що забезпечує рівномірність розподілу властивостей бетону в конструкції або елементі.

8. Аналіз стійкості бетону проведений за багатофакторними моделями, у які включені як концентрації компонентів агресивного рідкого середовища, так і рецептура бетону, підданого її впливу (при багаторазовому зволоженні й висушуванні). Визначено склади бетону підвищеної стійкості при контакті з рідкими середовищами (морська вода, стоки чорної й кольорової металургії, тваринницьких ферм й ін.). Під впливом середовища відбувається деградація структури бетону, що виражається в збільшенні розкиду оцінок властивостей.

9. Оптимальні поліфункціональні добавки дозволяють забезпечити гарантований рівень експлуатаційної якості бетону. При оптимальному керуванні складом комплексного модифікатора (С-3+СНВ) поліпшується розподіл властивостей бетону й параметрів його порової структури (зокрема, довірчий інтервал водопоглинання зменшується в 2 рази), що забезпечило одержання цементно-пісчаної матриці дисперсноармованого бетону з підвищеними експлуатаційними властивостями.

10. Елементи розробленого підходу реалізовані при створенні нових добавок (НДІБЗБ, ЗАТ «Полімод», ТОВ Будіндустрія). Вони враховані в нормативних документах (ГОСТ 30459-96) і при розробці технологічних рекомендацій. При використанні рекомендованих добавок на підприємствах збірного й монолітного бетону для підвищення якості продукції й економії ресурсів (цементу, теплової енергії й ін.) середній економічний ефект склав 5 грн. /м³.

Основні положення дисертації опубліковані у роботах:

1. Коваль С.В. Оценка эффективности суперпластификаторов с применением экспериментально-статистических моделей // Бетоны с эффективными модифицирующими добавками: Сб. науч. тр. -М.: НИИЖБ. -1985. -С.93-101.

2. Коваль С.В., Феофанов В.А. Экспериментально-статистический анализ эффективности суперпластификаторов с учетом долговечности бетона // Местные строительные материалы: Сб. науч. тр. -Омск: ОмПИ. -1985. -С.52-56.

3. Коваль С.В. Минералогический и вещественный состав цемента как фактор эффективности суперпластификаторов в бетоне // Технология бетонов для условий Сибири: Сб. науч. тр. -Омск: ОмПИ. -1986. -С.42-49.

4. Коваль С.В., Фаликман В.Р. Статистический анализ и оптимизация бетона с суперпластификаторами // Производство и применение пластбетонов и цементных бетонов в Сибири: Сб. науч. тр. -Омск: ОмПИ. 1987. -С.71-78.

5. Коваль С.В.,Орлова Н.А. Управление кинетикой твердения бетона с помощью добавок - солей органических кислот // Химические добавки для бетонов.Сб. науч. тр. -М.: НИИЖБ. -1987. -С.91-96.

6. Экспериментально- статистическая оценка стойкости бетона в жидких агрессивных средах сельскохозяйственных зданий / С.В. Коваль, В.И. Новгородский, И.И.Станцель, В.А. Феофанов // Совершенствование технологических процессов в производстве строительных конструкций на предприятиях стройиндустрии агропрома: Сб. тр. - М.: ЦНИИЭПсельстрой. -1987.-С.20-27.

7. Вознесенский В.А., Коваль С.В., Феофанов В.А. Анализ долговечности бетона с использованием вероятностных показателей коррозионной стойкости // Работоспособность строительных материалов при воздействии различных эксплуатационных факторов: Межвуз. сб. -Казань: КХТИ. -1988. -С.95-98.

8. Коваль С.В., Рябых С.В., Феофанов В.А. Эффективность использования сталефибробетонных конструкций, армированных отрезками проволоки // Резервы прочности бетонных и железобетонных конструкций: Сб. науч. тр. -К.: УМК ВО Минвуза УССР. - 1989. - С. 37-40.

9. Изопараметрический анализ кинетики изменения вероятностных показателей водопоглощения мелкозернистого бетона с полифункциональной добавкой / В.А.Вознесенский, С.В.Коваль, Т.В.Ляшенко, С.В.Рябых, В.А.Феофанов // Работоспособность строительных материалов при воздействии различных эксплуатационных факторов: Межвуз. сб. -Казань: КИСИ. - 1990. -С. 54-60.

10. Моделирование влияния рецептурно-технологических и эксплуатационных факторов на вероятностные показатели качества композитов / Вознесенский В.А., Коваль С.В., Ляшенко Т.В., Рябых С.В. // Экспериментально-статистическое моделирование и оптимизация композиционных материалов: Сб. науч. тр. -К.: УМК ВО. - 1990. - С. 32-40.

11. Вознесенски В.А., Ковал С.В. Ляшенко Т.В., Феофанов В.А. Влияние на технологичните и експлоатационните фактори върху показалите за качеството на композиционните материали // Строителство (София).-1991.-№ 7-8. -С.18-22.

12. Коваль С.В. Разработка принципов оптимизации модифицированных бетонов на основе экспериментально-статистических моделей // Ресурсосберегающие решения в технологии строительных материалов и конструкций: Сб. науч. тр. - Одесса: ОИСИ. -1992. -С. 3-12.

13. Коваль С.В. Анализ изменения вероятностных показателей прочности модифицированых бетонов // «Химические добавки и их применение в технологии производства железобетона: Сб. тр. –М.: ЦДНТЗ РФ. –1992. С. 100-106.

14. Вознесенский В.А., Коваль С.В. Экспериментально-статистическое моделирование и оптимизация модифицированных цементных композитов // Строительные материалы и конструкции. -1994. -№ 2. -С. 32-34.

15. Моделирование свойств бетона на безгипсовом цементе с комплексной добавкой / Ю.И. Орловский , А.С. Семченков, С.В. Коваль, Г.Г. Бигун // Бетон и железобетон. -1996. -№ 5. -С. 5-9.

16. Коваль С.В. Повышение качества и надежности модифицированных композитов на основе оптимизации вероятностных показателей // Строительные материалы, конструкции и инженерные системы: Сб. тр. -Одесса: ОГАСА. -1996. -С. 156-161.

17. Коваль С.В. Компьютерный анализ эффективности управления однородностью пространственных полей свойств бетона с помощью полифункциональных модификаторов // Науковий вісник будівництва (ХТУБА). – Харків: Ватерпас.- 2000. -Вип. 8. – С.36-42.

18. Коваль С.В. Компьютерный анализ синергетических эффектов в системе модифицированного композита // Вicник ДонДАБА (Композиційні матеріали для будівництва).–Макіївка: ДонДАБА, 2000.–Вип.2000.–2(22).–С. 8-11.

19. Коваль С.В., Савченко С.В. Анализ изменения вероятностных показателей прочности мелкозернистого бетона в процессе деструкции // Механіка і фізика руйнування будівельних матеріалів та конструкцій: Сб. наук. праць фiз.-мех. iн-ту им. Карпенка. – Львів: Каменяр. -2000. –Вип. 4. – С. 333-337.

20. Коваль С.В., Савченко С.В., Кушнерук В.И. Компьютерное тестирование модификаторов по комплексам экспериментально-статистических моделей // Строительство, материаловедение, машиностроение: Сб. науч. тр. –Днепропетровск: ПГАСА, 2001. -Вып.12. –С. 152-155.

21. Коваль С.В., Савченко С.В., Кушнерук В.И. Сравнительный анализ модификаторов с использованием экспериментально-статистических моделей // Ресурсоекономні матеріали, конструкції, будівлі та споруди: Сб. наук. праць –Рівне: РДТУ. - 2001. –Вип 6. – С. 48-55.

22. Коваль С.В. Кушнерук В.И. Технологическое тестирование добавок по комплексам ЭС-моделей // Будiвельнi конструкцiї: Мiжвiд. наук.-техн. зб. -К.: НДIБК. - 2002. -Вип. 56. - С. 227-230.

23. Ушеров-Маршак А.В., Коваль С.В., Бабаевская Т.В. Моделирование влияния комплексной добавки – активатора твердения шлакосодержащего цемента // Будiвельнi матерiали та вироби. -2002. -№5. -С. 7-9.

24. Коваль С.В., Бабаевская Т.В. Моделирование влияния на прочность бетона комплексной добавки, введенной при помоле цемента // Вісник ПДАБА. -Дніпропетровськ: ПДАБА. - 2002. -Вип.10. -С.41-46.

25. Коваль С.В., Савченко С.В., Бабаевская Т.В. Особенности влияния комплексной добавки –модификатора цемента в условиях тепловлажностной обработки // Вісник ОДАБА. -Одеса: ОДАБА. - 2002. -Вип.8. -С.86-89.

26. Коваль С.В. Повышение эффективности использования добавок в технологии бетона на основе моделирования и компьютерного поиска оптимальных рецептур // Будiвельнi матерiали та вироби. - 2003. - № 6. -С.26-28.

27. Коваль С.В. Трансформация распределений свойств композитов под влиянием добавок // Вiсник ОДАБА. –Одеса: ОДАБА.-2003. -Вип. 9. -С.21-30.

28. Коваль С.В. Бабаевская Т.В. Бетоны на основе модифицированного цемента// Будiвельнi конструкцiї: Мiжвiд. зб.-К.:НДIБК.-2003.-Вип.59. -С.511-517.

29. Коваль С.В. Применение моделей в задачах оптимизации модифицированных бетонов // Вiсник ОДАБА.- Одеса: Мiсто майстрiв. - 2003. -Вип. 12. –С. 136-142.

30. Коваль С.В. Модифицированные бетоны: моделирование и оптимизация // Строительные материалы (Москва). - 2004. -№6. –С.23-25.

31. Коваль С.В. Модифицирование - магистральное направление совершенствования технологии и свойств бетона // Будiвельнi матерiали та вироби, 2004. - № 4. -С.20-24.

32. Коваль С.В., Феофанов В.А. Моделирование и управление процессами деструкции композиционных материалов. -К.: Об-во “Знание”УССР.-1988.-17 с.

33. Коваль С.В., Ляшенко Т.В. Экспериментально-статистическое моделирование и оптимизация многокомпонентных рецептурно-технологических систем. -К.: Об-во “Знание” УССР. -1990. –16 с.

34. Вознесенский В.А., Коваль С.В. Системология и компьютерное решение задач оптимизации модифицированных композитов. -К.: Об-во “Знание” Украины. -1992. -16 с.

35. Коваль С.В. Оптимизация технологии и качества модифицированного бетона. - К.: Об-во “Знание” Украины. -1993. -20 с.

36. Коваль С.В. Дорофеев В.С. Методология и опыт статистической оптимизации качества композитов, рекуперирующих отходы промышленности // Механика и технология на композиционните материали: 5 нац. конф. -София: БАН. -1988. -С.778-782.

37. Коval S., Feofanov V., Savchenko S. Analisis of changing probable facktors of quality of finegraded concrete with ultra-fine filler // Proc. XXII Int. Conf. of Young Scientists in the Field of Concrete and Reinforced Concrete. -Irkutsk: RICRC. - 1990. -S.75-76.

38. New problems of modelling and analisis of filled cement pastes structural and mechenical properties / V. Voznesensky, T. Lyashenko, S. Коval, S. Savchenko // Мechanics and technology of composite materials: Proc. 6^th Int. Conf. -Sofia: Bilgarian Academy of Sciences. -1991. -S. 163-166.

39. Estimation of synergism in hardening cement composites with modifier “mixture of silica fumes + superplasticizer” / V.A.Voznesensky, T.V. Lyashenko, S.V. Коval, S.V. Savchenko // Mechanics and Technology of Composite Materials: Proc. 7^th Int. Conf. -Sofia: Bulgarian Academy of Sciences. -1994. -S.139.

40. Voznesensky V., Коval S. Modelling of modifiers effect on probability indices of rheological properties of concrete // Progress and Trends in Rheology IV: Proc. 4 Europ. Rheology Conf. – Seville-Darmstadt: Steinkopf.- 1994. -S. 573-575.

41. Экспериментально-статистическое моделирование и анализ полей свойств бетона / В.А. Вознесенский, Т.В. Ляшенко, С.В. Коваль, Ш. Бойко,

И.В. Маргаль // Problemy budownictwa i inzynierii srodowiska. –Rzeszow: Politechnikа. -1995. -S. 219-225.

42. The apllication of experimental statis-tical models to multicriteron desing of claidite concrete / V. Voznesensky, S. Коval, T Lyashenko, V. Kushneruk // Structural Ligh-veight Aggregate Concr.: Proc. Symp.–Sunfiord.-1995. –P. 650-661.

43. Koval S. Zur Auswahl optimaler Rezepturen bei der Steuerung rheologischer Eigenschaften von Morteln // Proc.13 Int. Baustofftagung (Ibausil). -Weimar: Bauhaus-Universitat. -1997. -Band 2. -S.489-494.

44. Коval S., Savchenco S. Modelling of the influence of superplasticizers on the strength of concrete for constructions of different purpose // Failures of concrete structures: Proc. 9^th Int. Conf. – Bratislava: Ехpertcentrum. -2001. – Р. 141-145.

45. Коval S., Babaevskaya T. Calculating experiment with experimental-statistical models in a viev of comlex additive ingreients influence appraisal // Aktualne problemy naukowo-badawcze budownictwa.- Olsztyn: Un. Warminsco-Masurski. -2002.- С.449-455.

46. Usherov-Marshak A., Коval S., Babayevskaya T. Concrete on the basis of portlandcement, modified by chemical admixtures // Proc. 13 Int. Baustofftagung (Ibausil). - Weimar: Bauhaus Universitat. -2003. -Band 2. - S.489-494.

47. Коваль С.В. Поиск технологических условий оптимальной модификации строительных композитов // Вопросы современного строительного материаловедения и строительства. –Львов: Изд. «НОЗ». -1998. -С.88-100.

48. Коваль С.В. Анализ изменения синергетических взаимодействий в системе комплексной добавки под влиянием технологических факторов // Моделирование и оптимизация в материаловедении: Мат-лы 40 междунар. сем. – Одесса: Астропринт. - 2001. – С.58-60.

49. Коваль С.В. Оптимизация бетонов, модифицированных полифункциональными добавками // Моделирование и оптимизация в материаловедении: Мат-лы 43 междунар. сем. -Одесса: Астропринт. - 2004. -С. 8-12.

50. Коваль С.В. Модифицированные смеси с управляемыми реологическими параметрами // Дни современного бетона: Мат-лы IV междунар. науч.-практ. конф. - Запорожье: Будиндустрия. -2004. –С. 75-81.