На главную Обратная связь Карта сайта
Главная




(351) 247-87-17
232-33-51
polbeton@mail.ru
www.pol-beton.ru
ICQ: 493-705-348

ПРАЙС ЛИСТ



Прайс/Типовое предложение


Галерея покрытий



Моделирование процессов самоорганизации в наполненных цементных композициях

 

Моделирование процессов самоорганизации наполненных цементных композициях.

С.Ф. КОРЕНЬКОВА, доктор техн. наук, профессор; И.В. ЯКУШИН, бакалавр, Самарский государственный архитектурно-строительный университет

 

   Рассматривается использование про­граммной системы для решения техноло­гических задач, связанных с выбором на­полнителей в цементных композициях.

   В последнее время одной из важных технологических задач в наполненных це­ментных системах является оптимизация составов и физических характеристик ми­неральных частиц с позиции их способнос­ти к самоорганизации. В работе сделана попытка смоделировать протекание этого процесса с использованием современного информационного программного обеспе­чения.

   Для проведения анализа было принято решение разработать программную систе­му, которая позволила бы смоделировать процессы самоорганизации, протекающие в твердеющих системах с различными за­данными параметрами наполнителей. Объектом исследования был выбран портландцемент марки 400-ДО. В качестве на­полнителя использованы дискретные мине­ральные материалы различной природы и происхождения, структуры, плотности и активности.

   Наполнители - это высокодисперсные порошки или пасты, у которых удельная поверхность больше, а размер частиц мень­ше, чем у цемента. Перечисленные фото 1свойства заложены в условиях их образования:

- диспергирование твердой фазы при помоле в обычных, струйных или виб­рационных мельницах.;

 - пульверизация;

 - пылеулавливание системой очистки технологического процесса на промыш­ленных предприятиях;

 - осаждение гидроксидов из растворов солей (очистка сточных вод промпредприятий);

 - образование алюмосиликатных пород в природе (бентонитовые глины).

   В качестве основных параметров мо­делирования выбраны следующие пока­затели: время моделирования; размеры области симуляции; амплитуда вибрации области симуляции; частота вибрации области симуляции; скорость появления новых частиц; начальная скорость частиц; гранулометрический состав; параметры частиц (форма, размер, масса, плотность, толщина слоя адсорбционно связанной воды).

   За меру самоорганизации твердых ча­стиц в исследуемом пространстве принят коэффициент однородности, определяю­щий качество упаковки твердых частиц в наполненных цементных системах на ста­дии их формирования. Моделирование процессов самоорганизации проводилось в двухмерном пространстве размером 4 см2, без вибрации, до момента образо­вания структуры цементного камня. Для упрощения модели принята круглая фор­ма частиц.

   Основное окно программы приведено на рис. 1. Программа позволяет выполнять следующие функции:фото 3

 - моделирование процесса самооргани­зации (моделирование движения час­тиц, моделирование взаимодействия частиц, изменение основных парамет­ров системы во времени); 

 - задание параметров процесса (условия среды, условия окончания процесса моделирования, гранулометрический состав, параметры частиц);

- -вывод результатов (отчеты, вывод на экран, сохранение изображений в бу­фере обмена, сохранение результатов в базе данных);

 - интеграция с ранее разработанной про­граммой расчета основных структурно-реологических характеристик «Shlam». Структура работы программы приведе­на на рис. 2.

   Для определения степени самооргани­зации системы введен «коэффициент одно­родности», который зависит от того, на­сколько близко друг к другу лежат части­цы, а также изменения размеров пор меж­ду частицами в определенном направле­нии. Чем меньше коэффициент, тем более однородную структуру имеет цементный материал. Коэффициент однородности на­прямую связан с устойчивостью образовав­шейся системы.

   По своему влиянию на конечную струк­туру системы, а также на ее однородность были выделены группы наполнителей, представленные в таблице.

   В первую группу вошли материалы, об­разование которых наиболее приближено к нанотехнологиям [7]. Глины и шламы име­ют много общего: образуются путем выпа­дения в осадок твердых частиц под влия­нием сложных механических и физико-хи­мических процессов в природе или как по­бочные техногенные продукты; имеют коагуляционную структуру высокой адсорбци­онной способности [4, 8].

   Известно, что процессы самоорганиза­ции связаны с движением частиц и зави­сят от их плотности, размера, способнос­ти к соударению и взаимодействию с дру­гими частицами. Легкие и подвижные ча­стицы первой группы в стабильное состо­яние переходят через неравновесное со­стояние, что определяет высокую степень их хаотичности и возможность к самоор­ганизации на стадии образования. Это и обусловливает их высокую конечную сте­пень однородности. Наполнители этой группы обладают избыточным запасом энергии, способны к химическому взаи­модействию, а также могут формировать контактную зону (шламы) между цемен­том и заполнителем с повышенной адге­зионной прочностью.фото 4

   Во второй группе представлены про­дукты тонкого механического измельче­ния, размер которых соизмерим с разме­ром цементной частицы. Они менее под­вижны и, как правило, наполняют пустоты между зернами цемента. Особый интерес представляет керамзитовая пыль, которая образуется по ходу вращающейся печи при обжиге керамзита из глинистого полуфаб­риката в виде отформованных и высушен­ных гранул. Процесс ее образования - ме­ханическое разрушение гранул до получе­ния дисперсного, химически активного вещества.

   Представители третьей группы - пес­ки различного химико-минералогическо­го состава с наименьшей степенью одно­родности - получены путем грубого помо­ла горных пород и могут быть использо­ваны в качестве мелкого заполнителя в бетоне.

   По своему влиянию на конечную структуру системы, а также на ее однород­ность, были выделены три группы напол­нителей и заполнителей, представленные на рис. 3.

   Полученные результаты позволяют сде­лать вывод о том, что шлам, являющийся микроструктурным элементом со своими физическими и химическими свойствами в составе композиционных материалов, будет активно участвовать в процессах на гра­нице раздела отдельных фаз и компонен­тов, образуя более плотные и однородные связи, влияющие на технологические пара­метры производства, структуру и свойства формируемых строительных материалов. Другие микронаполнители этой группы имеют несколько больший коэффициент однородности и могут быть использованы в качестве активной минеральной добавки к цементу.

  фото 2 Можно сделать выводы и об эффектив­ности выбранного математического подхо­да для решения подобных технологических задач. Его оригинальность заключается в том, что отпадает необходимость проведе­ния большого числа трудоемких химичес­ких анализов для выявления зависимости и оценки степени самоорганизации напол­ненной цементной системы.

   Использование разработанного про­граммного обеспечения позволило более широко исследовать процесс, не прибегая к длительным опытам. В дальнейшем пла­нируется развить разработанную про­граммную систему, сделать ее более гибкой и эффективной, добавить возможность до­ступа к ней посредством глобальной сети Интернет. Это позволит пользователям си­стемы из любой точки мира, используя про­стой клиентский интерфейс, быстро и эф­фективно получать необходимые данные и результаты расчетов. Предполагается рас­ширить номенклатуру минеральных напол­нителей с определением области их опти­мального назначения в составе цементных композиций.

 

Технологии бетонов 2007