Search

Постановка проблеми. Визначення типів зв'язків, що утворюються у модифікованій цементній матриці бетону, і оцінка якості цих зв'язків у неоднорідному матеріалі для з’ясування геометричних і фізичних співвідношень між структурою модифікаторів і цементної матриці на ранній стадії структуроутворення. Методика. Дослідження процесів гідратації і структуроутворення звичайних і модифікованих цементних систем проводилися з використанням рентгенофазового, диференційно-термічного та мікроскопічного аналізів, інфрачервоної спектроскопії. Аналіз структурних параметрів цементної матриці бетону проводився методом ртутної порометрії, а також за адсорбцією пар води та азоту. результати. Система складання з відповідною структурою формується при компонуванні і контактуванні мінеральних компонентів цементної системи і зерен заповнювачів у процесі змішування з водою, перемішування і укладання бетонної суміші. Зміна кількісних характеристик структури модифікованого бетону спостерігалася за зміни інтенсивності модифікування. Спостережувані зміни морфологічної структури цементної матриці не можуть бути випадковими, тому що вони підтверджені повторними дослідами за відтворюваності від 82 до 96 %. У той же час така зміна морфології новоутворень не спостерігалася у звичайному бетоні. З наведених даних очевидне значне збільшення пластинчасто-призматичної складової в цементній матриці модифікованого бетону. Зі збільшенням часу витримки кількість сформованих кристалічних новоутворень збільшується. Це можна пояснити системним підходом: морфологія структури цементної матриці ‑ результат взаємодії систем складання і зростання. При цьому система зростання (перекристалізації і розвитку структури в часі) може ефективно розвиватися без досить повного розвитку системи складання (накопичення первинних продуктів гідратації). Наукова новизна. Вперше встановлено особливості структуроутворення модифікованої цементної системи, які полягають у тому, що кристали гідрату хлороксиду магнію швидко ростуть у просторі між гідратними новоутвореннями клінкерних мінералів, а механічне зчеплення, що виникає в результаті цього, зумовлює розвиток початкової міцності і жорсткості. Оскільки вільному росту кристалів перешкоджає брак простору, кристали взаємно проростають, утворюючи щільну структуру, яка зумовлює зростання міцності; вперше встановлено, що у модифікованій цементній системі, що гідратується, в результаті взаємодії різних макроіонів розвивається структуротвірний процес із переважанням активних частин, які значно перевищують його дисипативну частину порівнянно з нормальними умовами тверднення. Результати, отримані під час моделювання поведінки модифікованої цементної системи, що гідратується, показують, що в системі спостерігаються коливання концентрації проміжних продуктів гідратації, ототожнені з виникненням просторово-часової структури. Практична значимість. Фізико-хімічне модифікування цементної системи забезпечує зміну морфотропії кристалогідратних новоутворень, що сприятиме формуванню проектних властивостей бетону., Постановка проблемы. Определение типов связей, возникающих в модифицированной цементной матрице бетона, и оценка качества этих связей в неоднородном материале для определения геометрических и физических соотношений между структурой модификаторов и цементной матрицы на ранней стадии структурообразования. Методика. Исследования процессов гидратации и структурообразования обычных и модифицированных цементных систем проводились с использованием рентгенофазового, дифференциально-термического и микроскопического анализов, инфракрасной спектроскопии. Анализ структурных параметров цементной матрицы бетона проводился методом ртутной порометрии, а также по адсорбции паров воды и азота. Результаты. Система сложения с соответствующей структурой формируется при компоновке и контактировании минеральных компонентов цементной системы и зерен заполнителей в процессе смешивания с водой, перемешивания и укладки бетонной смеси. Изменение количественных характеристик структуры модифицированного бетона наблюдалось при изменении интенсивности модифицирования. Наблюдаемые изменения морфологической структуры цементной матрицы не могут быть случайными, так как они подтверждены повторными опытами при воспроизводимости от 82 до 96 %. В то же время, такое изменение морфологии новообразований не отмечено в обычном бетоне. Из приведенных данных очевидно значительное увеличение пластинчато-призматической составляющей в цементной матрице модифицированного бетона. С увеличением времени выдержки количество сформированных кристаллических новообразований увеличивается. Это можно объяснить системным подходом: морфология структуры цементной матрицы является результатом взаимодействия систем сложения и роста. При этом система роста (перекристаллизация и развитие структуры во времени) может эффективно развиваться без достаточно полного развития системы сложения (накопления первичных продуктов гидратации). Научная новизна. Впервые установлены особенности структурообразования модифицированной цементной системы, заключающиеся в том, что кристаллы гидрата хлороксида магния быстро растут в пространстве между гидратными новообразованиями клинкерных минералов, а механическое сцепление, возникающее в результате этого, обусловливает развитие начальной прочности и жесткости. Так как свободному росту кристаллов препятствует недостаток пространства, кристаллы взаимно прорастают, образуя плотную структуру, которая обусловливает рост прочности; впервые установлено, что в гидратирующейся модифицированной цементной системе в результате взаимодействия различных макроионов развивается структурообразующий процесс с преобладанием активных частей, которые значительно превышают его диссипативную часть по сравнению с нормальными условиями твердения. Результаты, полученные при моделировании поведения гидратирующейся модифицированной цементной системы, показывают, что в системе наблюдаются колебания концентрации промежуточных продуктов гидратации, отождествляющиеся с возникновением пространственно-временной структуры. Практическая значимость. Физико-химическое модифицирование цементной системы обеспечивает изменение морфотропии кристаллогидратных новообразований, что способствует формированию проектных свойств бетона., Purpose. Determination of the types of bonds formed in the modified concrete cement matrix and the evaluation of the quality of these bonds in a inhomogeneous material for the determination of geometric and physical relationships between the structure of modifiers and the cement matrix at the early stage of structure formation. Method. Investigation of the processes of hydration and structure formation of conventional and modified cement systems was carried out using X-ray diffraction, differential-thermal and microscopic analyses, and infrared spectroscopy. The analysis of the structural parameters of the cement matrix of concrete was carried out by the method of mercury porosimetry, as well as the adsorption of water and nitrogen vapor. Results. The system of assembling with the corresponding structure is formed during the layout and contact of the mineral components of the cement system and aggregate grains in the process of mixing with water, stirring and placing of concrete mixture. The change in the quantitative characteristics of the structure of modified concrete was observed at the change in the intensity of modification. Observed changes in the morphological structure of the cement matrix cannot be random, as they are confirmed by repeated experiments at reproducibility from 82 to 96 %. At the same time, such a change in the morphology of new formations was not observed in normal concrete. From the given data, a significant increase in the lamellar-prismatic component in the cement matrix of modified concrete is obvious. The number of formed crystalline new formations increases with the increase of curing time. This can be explained by the system approach: the morphology of the structure of the cement matrix − the result of the interaction of systems of assembly and growth. At the same time, the growth system (recrystallization and development of the structure in time) can effectively develop without a sufficiently complete development of the system of assembly (accumulation of primary products of hydration). Scientific novelty. For the first time, the peculiarities of the structured formation of the modified cement system have been established, they consist in the fact that magnesium chloride hydrate crystals grow rapidly in the space between the hydrated new formations of clinker minerals, and as the result, the mechanical bond is responsible for the development of initial strength and stiffness. Since the free growth of crystals is hindered by the lack of space, the crystals mutually germinate, forming a dense structure that causes the growth of strength; it was first established that in a modified hydrated cement system, as a result of the interaction of different macroions, a structure-forming process develops with a predominance of active parts that significantly exceed its dissipative part in comparison with normal cure conditions. The results obtained in modeling the behavior of the modified cement system, which is hydrated, show that the system has fluctuations in the concentration of intermediate products of hydration, identified with the appearance of the spatial-temporal structure. Practical relevance. Physico-chemical modification of the cement system provides a change in the morphotropy of new crystalhydrate formations, which will contribute to the formation of the design properties of concrete.

Purpose. The paper is aimed at developing the scientific fundamentals of new-generation monolithic concrete technology for special purpose structures by controlling the processes of structure formation of a modified cement system under natural hardening conditions. Methodology. The kinetics of interaction between the cement system and aggregates was evaluated by microcalorimetry. The measurements were carried out continuously for 24 hours after preparation of the mixture. The differential and integral characteristics of the heat release of the solidifying system were recorded. Investigation of the rheological properties of concrete mixtures was carried out on the mixtures with 10...15 cm consistency. The microhardness of contact layers was investigated on concrete cubes with dimensions from 20×20×20 to 50×50×50 mm. When determining the structural characteristics, x-ray phase and differential-thermal analyzes of the concrete cement matrix were used. Infrared spectroscopy was used to determine the effect of physicochemical modification on the cement system. Tensile creep was studied over a wide load range from 0.2Rt to 0.8Rt. Findings. It is determined that the reason for changing the concrete properties of natural hardening is the change in its hygrometric and thermal state, as well as the harmonic fluctuations of these environmental factors. The hygrometry of concrete depends on the thermal moisture conditions of the environment, the type and composition of concrete, the massiveness of concrete elements. An analysis of these factors and experimental data made it possible to establish the exponential dependence of the change in the hygrometric state of monolithic natural hardening concrete. The change in the moisture state of concrete makes it possible to predict its volumetric deformations. Originality. For the first time, the features of the structure formation of a modified cement system are established, consisting in the fact that magnesium chloride hydrate crystals grow rapidly in the space between hydrated clinker minerals, and the resulting mechanical cohesion defines the development of initial strength and rigidity. Since the free growth of crystals is hampered by a lack of space, the crystals mutually intergrow, forming a dense structure, contributing to the growth of strength. The developed organo-mineral modifying complex provides disperse reinforcement of the cement matrix of concrete. Practical value. The obtained dependences of structural concrete stresses make it possible to analyze their effect on the structure of modified concrete: to determine the probability of formation around the filler particles of the plastic flow zone, the material microcrack formation zone, the crack initiation period, the microcrack onset conditions, and the change of elasticity modulus of the material caused by microcracks in its structure. Disperous modification of cement matrix allows to obtain durable concrete of special purpose with design operational properties. The developed binder disperse modification technology, the established features of the structure formation mechanism for the modified cement system, as well as the use of the principle of congruence of a complex of technological influences to the physico-chemical processes of hydration of clinker minerals allowed developing the scientific fundamentals for the special purpose concrete technology. This helps to expand the use of modified concrete in various types of construction., Цель. В работе нужно разработать научные основы технологии монолитного бетона нового поколения для сооружений специального назначения за счет управления процессами структурообразования модифицированной цементной системы в естественных условиях твердения. Методика. Кинетика взаимодействия цементной системы и заполнителей оценивалась методами микрокалориметрии. Измерения проводились непрерывно в течение 24 часов после приготовления смеси. Регистрировались дифференциальная и интегральная характеристики тепловыделения твердеющей системы. Исследование реологических свойств бетонных смесей осуществлялось на смесях подвижностью 10...15 см. Микротвердость контактных слоев исследовалась на бетонных кубиках размерами от 20×20×20 до 50×50×50 мм. При определении структурных характеристик применялись рентгенофазовый и дифференциально-термический анализы цементной матрицы бетона. Инфракрасная спектроскопия применялась с целью определения влияния физико-химического модифицирования на цементную систему. Ползучесть при растяжении исследовалась в широком диапазоне нагрузки от 0,2 до 0,8 Rр. Результаты. Установлено, что причиной изменения свойств бетона естественного твердения является изменение его гигрометрического и термического состояния, а также гармонические колебания этих факторов окружающей среды. Гигрометрия бетона зависит от термовлажностных условий среды, вида и состава бетона, массивности бетонных элементов. Анализ этих факторов и экспериментальные данные позволили установить экспоненциальную зависимость изменения гигрометрического состояния монолитного бетона естественного твердения. Изменение влажностного состояния бетона позволяет прогнозировать его объемные деформации. Научная новизна. Впервые установлены особенности структурообразования модифицированной цементной системы. Они заключаются в том, что кристаллы гидрата хлороксида магния быстро растут в пространстве между гидратными новообразованиями клинкерных минералов. Механическое сцепление, возникающее в результате этого, обусловливает развитие начальной прочности и жесткости. Так как свободному росту кристаллов препятствует недостаток пространства, кристаллы взаимно прорастают, образуя плотную структуру, способствуя росту прочности. Разработанный органо-минеральный модифицирующий комплекс обеспечивает дисперсное армирование цементной матрицы бетона. Практическое значение. Полученные зависимости структурных напряжений позволяют анализировать их влияние на структуру модифицированного бетона, а именно: установить вероятность образования вокруг частиц заполнителя зоны пластического течения, зоны микротрещинообразования материала, период начала трещинообразования, условия возникновения микротрещин, изменение модуля упругости материала от возникновения в его структуре микротрещин. Дисперсное модифицирование цементной матрицы позволяет получить долговечные бетоны специального назначения с проектными эксплуатационными свойствами. Предложенная технология дисперсного модифицирования вяжущего вещества, установленные особенности механизма структурообразования модифицированной цементной системы, а также использование принципа конгруэнтности комплекса технологических воздействий физико-химическим процессам гидратации клинкерных минералов позволили разработать научные основы технологии бетонов специального назначения. Это способствует расширению направлений использования модифицированных бетонов в различных видах строительного производства., Мета. У роботі потрібно розробити наукові основи технології монолітного бетону нового покоління для споруд спеціального призначення за рахунок керування процесами структуроутворення модифікованої цементної системи в природних умовах тверднення. Методика. Кінетику взаємодії цементної системи й заповнювачів оцінювали за методами мікрокалориметрії. Вимірювання проводили безперервно протягом 24 годин після приготування суміші. Реєстрували диференційну та інтегральну характеристики тепловиділення твердіючої системи. Дослідження реологічних властивостей бетонних сумішей здійснювали на сумішах рухливістю 10...15 см. Мікротвердість контактних шарів досліджували на бетонних кубиках розмірами від 20×20×20 до 50×50×50 мм. Під час визначення структурних характеристик застосовували рентгенофазовий і диференційно-термічний аналізи цементної матриці бетону. Інфрачервона спектроскопія проведена з метою визначення впливу фізико-хімічного модифікування на цементну систему. Повзучість при розтягу досліджувалася в широкому діапазоні навантаження від 0,2 до 0,8 Rр. Результати. Встановлено, що причиною зміни властивостей бетону природного тверднення є зміна його гігрометричного й термічного стану, а також гармонічні коливання цих факторів навколишнього середовища. Гігрометрія бетону залежить від термовологісних умов середовища, виду й складу бетону, масивності бетонних елементів. Аналіз цих факторів та експериментальні дані дозволили встановити експонентну залежність зміни гігрометричного стану монолітного бетону природного тверднення. Зміна вологісного стану бетону дозволяє прогнозувати його об’ємні деформації. Наукова новизна. Уперше встановлені особливості структуроутворення модифікованої цементної системи. Вони полягають у тому, що кристали гідрату хлороксиду магнію швидко ростуть у просторі між гідратними новоутвореннями клінкерних мінералів. Механічне зчеплення, що виникає в результаті цього, обумовлює розвиток початкової міцності й жорсткості. Оскільки вільному росту кристалів перешкоджає брак простору, кристали взаємно проростають, утворюючи щільну структуру, яка обумовлює зростання міцності. Розроблений органо-мінеральний модифікуючий комплекс забезпечує дисперсне армування цементної матриці бетону. Практична значимість. Отримані залежності структурних напружень дозволяють аналізувати їх вплив на структуру модифікованого бетону, а саме: встановити ймовірність утворення навколо частинок заповнювача зони пластичної течії, зони мікротріщиноутворення матеріалу, період початку тріщиноутворення, умови виникнення мікротріщин, зміну модуля пружності матеріалу від виникнення в його структурі мікротріщин. Дисперсне модифікування цементної матриці дозволяє одержати довговічні бетони спеціального призначення з проектними експлуатаційними властивостями. Запропонована технологія дисперсного модифікування в’яжучої речовини, встановлені особливості механізму структуроутворення модифікованої цементної системи, а також використання принципу конгруентності комплексу технологічних впливів фізико-хімічним процесам гідратації клінкерних мінералів дозволили розробити наукові основи технології бетонів спеціального призначення. Це сприяє розширенню напрямків використання модифікованих бетонів у різних видах будівельного виробництва.

Мета. Стаття присвячена дослідженню напруженого стану модифікованого монолітного бетону природного тверднення. Методика. Для досягнення поставленої мети проведені дослідження мікроструктури дисперсно модифікованої цементної матриці бетону, механізму структуроутворення модифікованого бетону природного тверднення; визначені методи надійної оцінки деформативних властивостей бетону. Результати. Розвиток внутрішніх напружень по-різному впливає на властивості бетону. При наростанні температурно-усадкових деформацій у часі і, отже, при збільшенні структурних напружень у цементній оболонці навколо зерен заповнювача можуть розвиватися два протилежних процеси: зона пластичного плину або зона тріщин. Наукова новизна. Встановлено, що комплекс структурних особливостей модифікованого бетону при передачі навантаження призводить до формування широкої зони передруйнування, здатної поглинати значний об’єм пружної енергії деформації, що забезпечує отримання проектних деформативних властивостей бетону спеціального призначення. Отримали подальший розвиток уявлення про визначення критерію тріщиноутворення модифікованого бетону, що твердне в природних умовах. Практична значимість. Отримані рівняння дозволяють вирішити питання про мінімальний рівень структурних напружень у монолітному бетоні при певному насиченні його крупним заповнювачем, а також оцінити вплив структурних напружень на властивості бетону. У звичайних бетонів з відносно тонкою цементною оболонкою при температурно-усадкових деформаціях виникають високі тангенціальні та невеликі радіальні напруження. У природних умовах ці напруження вище в результаті підвищення значень Δε(τ), чого не спостерігається у модифікованих бетонів. У модифікованих бетонах найбільшу небезпеку для структури представляють лише тангенціальні напруження. Зміна усадкових напружень у часі має однозначний характер. Сумарні температурно-усадкові деформації мають пилкоподібний графік. Для модифікованого бетону амплітуда коливань на 48…53 % менше. Це дозволить вирішити ряд технологічних завдань при зведенні монолітних будівель., Цель. Статья посвящена исследованию напряженного состояния модифицированного монолитного бетона естественного твердения. Методика. Для достижения поставленной цели проведены исследования микроструктуры модифицированной цементной матрицы бетона, механизма структурообразования модифицированного бетона естественного твердения; определены методы надежной оценки прочности бетона. Результаты. Развитие внутренних напряжений по-разному влияет на свойства бетона. При нарастании температурно-усадочных деформаций во времени и, следовательно, при увеличении структурных напряжений в цементной оболочке вокруг зерен заполнителя могут развиваться два противоположных процесса: зона пластического течения или зона трещин. Научная новизна. Установлено, что комплекс структурных особенностей модифицированного бетона при передаче нагрузки приводит к формированию обширной зоны предразрушения, способной поглощать значительный объем упругой энергии деформации, что обеспечивает получение проектных деформативных свойств бетона специального назначения. Получили дальнейшее развитие представления об определении критерия трещинообразования модифицированного бетона, твердеющего в естественных условиях. Практическая значимость. Полученные уравнения позволяют решить задачу о минимальном уровне структурных напряжений в монолитном бетоне при определенном насыщении его крупным заполнителем, а также оценить влияние структурных напряжений на свойства бетона. В обычных бетонах с относительно тонкой цементной оболочкой при температурно-усадочных деформациях возникают высокие тангенциальные и небольшие радиальные напряжения. В естественных условиях эти напряжения выше в результате повышения значений Δε(τ), чего не наблюдается в модифицированных бетонах. В модифицированных бетонах наибольшую опасность для структуры представляют только тангенциальные напряжения. Изменение усадочных напряжений во времени имеет однозначный характер. Суммарные температурно-усадочные деформации имеют пилообразный график. Для модифицированного бетона амплитуда колебаний на 48…53 % меньше. Это позволит решить ряд технологических задач при возведении монолитных зданий., Purpose. The article focuses on investigation of the stress state of a modified in-situ concrete of natural hardening. Methodology. To achieve the aim, the research of the microstructure of the modified cement matrix of concrete, as well as the mechanism of structure formation of modified concrete with natural hardening was conducted; the methods for reliable evaluation of concrete strength were defined. Findings. The development of internal stresses affects the properties of concretedifferently. With an increase in temperature-shrinkage deformations in time and, thus, with increasing structural stresses in the cement sheath around the grains of the filler two opposite processes may develop: zone of plastic flow or cracking. Originality. It was established that the structural features complex of the modified concrete when the load transfer leads to the formation of extensive zones of prefracture which is able to absorb a significant amount of elastic strain energy that provides the design deformation properties of the concrete for special purposes. Ideas about the definition of the criteria of cracking modified concrete, hardening under natural conditions had further development. Practical value. The resulting equations allow to solve the problem about the minimum level of structural stress in monolithic concrete in a saturated large placeholder, as well as to assess the influence of structural stresses on the properties of concrete. In normal concrete with a relatively thin cement sheath at temperature-shrinkage deformations, high tangential and low radial tension occur. In vivo, this stress is higher as a result of higher values of Δε(τ), which is not observed in the modified concrete. In the modified concretes only tangential stresses are the greatest danger to structures. The change of shrinkage stress with time is straightforward. The total temperature-shrinkage deformations have a sawtooth graph. For modified concrete the amplitude is 48…53% less. This will allow solving a number of technological challenges in the construction of monolithic buildings.

Мета. В науковій статті потрібно розглянути визначення типів зв’язків, що утворюються в модифікованій цементній матриці бетону, та оцінку якості цих зв’язків у неоднорідному матеріалі для визначення геометричних та фізичних співвідношень між структурою модифікаторів і цементної матриці. Методика. Для досягнення поставленої мети проведені дослідження мікроструктури дисперсно модифікованої цементної матриці бетону та механізму структуроутворення модифікованої цементної системи бетону природного тверднення. Визначені методи надійної оцінки міцності бетону. Результати. Автором запропонована модель просторової структури цементної матриці бетону, модифікованої шляхом дисперсного армування кристалогідратами. Вихідним об’єктом дослідження є сукупність елементарних об’ємів (чарунок) цементної матриці та система просторового розподілу в цих об’ємах армуючих кристалогідратів. Встановлено, що найбільш небезпечні дефекти у вигляді тріщин в об’ємі бетону при твердненні формуються в результаті виникнення внутрішніх напружень, головним чином, у зоні контакту цементна матриця – заповнювач, або в області, що межує з найбільш крупними порами бетону. Наукова новизна. Встановлений механізм розвитку процесу формування початкової міцності та жорсткості модифікованої цементної матриці за рахунок швидкого росту кристалогідратів у просторі між частинками дисперсного армуючого модифікатора. Оскільки вільному росту кристалів перешкоджає брак простору, кристали взаємно проростають, утворюючи щільну структуру, яка обумовлює зростання міцності. Практична значимість. Дисперсне модифікування цементної матриці дозволяє одержати довговічні бетони спеціального призначення з проектними експлуатаційними властивостями. Розроблена технологія дисперсного модифікування в’яжучої речовини, встановлені особливості механізму структуроутворення модифікованої цементної системи, а також використання принципу конгруентності комплексу технологічних впливів фізико-хімічним процесам гідратації клінкерних мінералів дозволили розробити технологічні основи бетонів спеціального призначення., Цель. В научной статье необходимо рассмотреть определение типов связей, возникающих в модифицированной цементной матрице бетона, и оценку качества этих связей в неоднородном материале для определения геометрических и физических соотношений между структурой модификаторов и цементной матрицы. Методика. Для достижения поставленной цели проведены исследования микроструктуры дисперсно модифицированной цементной матрицы бетона и механизма структурообразования модифицированной цементной системы бетона естественного твердения. Определены методы надежной оценки прочности бетона. Результаты. Авторами предложена модель пространственной структуры цементной матрицы бетона, модифицированной путем дисперсного армирования кристаллогидратами. Исходным объектом исследования является совокупность элементарных объемов (ячеек) цементной матрицы и система пространственного распределения в этих объемах армирующих кристаллогидратов. Установлено, что наиболее опасные дефекты в виде трещин в объеме бетона при твердении формируются в результате возникновения внутренних напряжений, главным образом, в зоне контакта цементная матрица – наполнитель, или в области, граничащей с наиболее крупными порами бетона. Научная новизна. Установлен механизм развития процесса формирования начальной прочности и жесткости модифицированной цементной матрицы за счет быстрого роста кристаллогидратов в пространстве между частицами дисперсного армирующего модификатора. Поскольку свободному росту кристаллов препятствует недостаток пространства, кристаллы взаимно прорастают, образуя плотную структуру, которая обусловливает рост прочности. Практическая значимость. Дисперсное модифицирование цементной матрицы позволяет получить долговечные бетоны специального назначения с проектными эксплуатационными свойствами. Разработанная технология дисперсного модифицирования цементной системы, установленные особенности механизма ее структурообразования, а также использование принципа конгруэнтности комплекса технологических воздействий физико-химическим процессам гидратации клинкерных минералов позволили разработать технологические основы бетонов специального назначения., Purpose. The article considers definition of the bond types occurring in a modified cement concrete matrix, and the evaluation of the quality of these links in a non-uniform material to determine the geometrical and physical relationships between the structure and the cement matrix modifiers. Methodology. To achieve this purpose the studies covered the microstructure of dispersed modified concrete cement matrix, the structure formation mechanism of the modified cement concrete system of natural hardening; as well as identification of the methods of sound concrete strength assessment. Findings. The author proposed a model of the spatial structure of the concrete cement matrix, modified by particulate reinforcement crystal hydrates. The initial object of study is a set of volume elements (cells) of the cement matrix and the system of the spatial distribution of reinforcing crystallohydrates in these volume elements. It is found that the most dangerous defects such as cracks in the concrete volume during hardening are formed as a result of internal stresses, mainly in the zone of cement matrix-filler contact or in the area bordering with the largest pores of the concrete. Originality. The result of the study is the defined mechanism of the process of formation of the initial strength and stiffness of the modified cement matrix due to the rapid growth of crystallohydrates in the space among the dispersed reinforcing modifier particles. Since the lack of space prevents from the free growth of crystals, the latter cross-penetrate, forming a dense structure, which contributes to the growth of strength. Practical value. Dispersed modifying cement matrix provides a durable concrete for special purposes with the design performance characteristics. The developed technology of dispersed cement system modification, the defined features of its structure formation mechanism and the use of congruence principle for the complex of technological impacts of physical and chemical processes of hydration of clinker minerals allowed developing technological bases for special-purpose concrete.

Мета. Робота спрямована на розробку наукових основ технології модифікованого бетону нового покоління для споруд спеціального призначення за рахунок управління процесами структуроутворення модифікованої цементної системи у природних умовах тверднення. Методика. Для досягнення поставленої мети: 1) проведені дослідження реологічних характеристик модифікованих бетонних сумішей для споруд спеціального призначення та процесів структуроутворення модифікованої цементної системи бетону природного тверднення; 2) визначені методи надійної оцінки міцності бетону у момент зняття лаштунку й передачі навантаження на конструкції, в яких бетон не досяг проектної міцності. Результати. Автором встановлено, що у модифікованій цементній системі, що гідратується, у результаті взаємодії різних макроіонів розвивається структуроутворюючий процес із перевагою активних частин, які значно перевищують його дисипативну частину у порівнянні з нормальними умовами тверднення. Наукова новизна. Встановлені закономірності структуроутворення модифікованої цементної системи, армованої синтезованими добре закристалізованими спіралеподібними ниткоподібними кристалами, механічне зчеплення яких розглядається як основне джерело створення міцності у сукупності з додатковим зчепленням, що досягається в результаті взаємного проростання кристалів. Практична значимість. У процесі дослідження розглянуто підвищення в’яжучого потенціалу цементу у високоміцних бетонах та використання модифікованих цементних систем в особливих умовах бетонування. Розроблений органо-мінеральний модифікуючий комплекс, що забезпечує дисперсне армування цементної матриці бетону. Він дозволяє, змінюючи природу поверхні в’яжучої речовини і модифікатора, модифікувати процес структуроутворення цементної матриці. Температурний фактор не чинить негативного впливу на бетон, що твердне, а комплексний модифікатор забезпечує поліпшення фізико-механічних характеристик цементної матриці й бетону за рахунок первинної зміни стану системи. У модифікованій цементній системі, що гідратується, в результаті взаємодії різних макроіонів розвивається структуроутворюючий процес із перевагою активних частин, які значно перевищують його дисипативну частину в порівнянні з нормальними умовами тверднення. Результати, отримані при моделюванні поведінки модифікованої цементної системи, що гідратується, показують, що у системі спостерігаються коливання концентрації проміжних продуктів гідратації, які ототожнюються з виникненням просторово-часової структури., Цель. Работа направлена на разработку научных основ технологии модифицированного бетона нового поколения для сооружений специального назначения за счет управления процессами структурообразования модифицированной цементной системы в естественных условиях твердения. Методика. Для достижения поставленной цели: 1) проведены исследования реологических характеристик модифицированных бетонных смесей для сооружений специального назначения и процессов структурообразования модифицированной цементной системы бетона естественного твердения; 2) определены методы надежной оценки прочности бетона в момент снятия опалубки и передачи нагрузки на конструкции, в которых бетон не достиг проектной прочности. Результаты. Автором установлено, что в гидратирующейся модифицированной цементной системе в результате взаимодействия различных макроионов развивается структурообразующий процесс с преимуществом активных частей, которые значительно превышают его диссипативную часть по сравнению с нормальными условиями твердения. Научная новизна. Установлены закономерности структурообразования модифицированной цементной системы, армированной синтезированными хорошо закристаллизованными спиралевидными нитевидными кристаллами, механическое сцепление которых рассматривается как основной источник создания прочности в совокупности с дополнительным сцеплением, достигаемым в результате взаимного прорастания кристаллов. Практическая значимость. В процессе исследования рассмотрено повышение вяжущего потенциала цемента в высокопрочных бетонах и использование модифицированных цементных систем в особых условиях бетонирования. Разработан органо-минеральный модифицирующий комплекс, обеспечивающий дисперсное армирование цементной матрицы бетона, который позволяет, изменяя природу поверхности вяжущего вещества и модификатора, модифицировать процесс структурообразования цементной матрицы. Температурный фактор не оказывает негативного действия на твердеющий бетон, а комплексный модификатор обеспечивает улучшение физико-механических характеристик цементной матрицы и бетона за счет первичного изменения состояния системы. В модифицированной гидратирующейся цементной системе в результате взаимодействия различных макроионов развивается структурообразующий процесс с преимуществом активных частей, которые значительно превышают его диссипативную часть по сравнению с нормальными условиями твердения. Результаты, полученные при моделировании поведения гидратирующейся модифицированной цементной системы, показывают, что в системе наблюдаются колебания концентрации промежуточных продуктов гидратации, которые отождествляются с возникновением пространственно-временной структуры., Purpose. The paper is aimed to the development of scientific bases of the technology of modified concrete of new generation for special facilities by managing the processes of structure formation of modified cement system in conditions of hardening. Methodology. For the achievement the goal: 1) the research of rheological characteristics of modified concrete mixes for special facilities purpose and processes of structure formation of modified cement system of natural curing concrete was conducted; 2) there were defined methods of reliable evaluation of concrete strength at the removal time of formwork and transmission of loads to the constructions where the concrete has not reached the designed strength. Findings. The author found that the structure formation process develops in the hydrating modified cement system as a result of interaction of various macroions. In this process its active parts prevail, which considerably exceed its dissipative part compared to normal conditions of hardening. Originality. There were established the regularities of structure formation of modified cement system, reinforced with synthesized, well crystallized helical filamentary crystals, mechanical grip of which is considered as a principal source of strength in combination with an additional coupling achieved due to cross-germination of crystals. Practical value. In the study the increased binding capacity of cement in high strength concretes and the use of modified cement systems in the special conditions of concreting were considered. The organo-mineral modifying complex that provides the dispersed reinforcement of concrete cement matrix which allows modifying the process of cement matrix structure formation by changing the nature of the surface of binder and modifier was developed. The temperature factor has no negative influence on the hardening concrete and complex modifier provides the improved physico-mechanical characteristics of cement matrix and concrete by means of the primary changes in the system state. In the modified hydrating cement system as a result of interaction of various macroions the structure-forming process with advantage of active parts, which significantly exceed its dissipative part of the normal conditions of hardening are developing. The results of modeling the behavior of modified hydrating cement system show that fluctuations in the concentration of intermediate hydration products are observed in the system. They are identified with the emergence of spatiotemporal structure.

The article presents the results of experimental and theoretical research of the repair & restoration technologies at the special purpose structures. Experimental data have been provided for determining the strength of concrete, based on activated binder and matured in a sulfate medium. This confirms an essential improvement of operational performance of the concrete based on activated binder, used at repairs and reconstruction of the transport structures., Представлены результаты экспериментально-теоретических исследований технологии ремонтно-восстановительных работ на сооружениях специального назначения. Приведены опытные данные определения прочности бетона на активированном вяжущем при выдерживании в сульфатной среде, что подтверждает существенное повышение эксплуатационных характеристик бетона на активированном вяжущем, использованного при ремонте и восстановлении транспортных сооружений., Наведені результати експериментально-теоретичних досліджень технології ремонтно-відбудовних робіт на спорудах спеціального призначення. Наведені дослідні дані визначення міцності бетону на активованій в’яжучій речовині при витримуванні в сульфатному середовищі, що підтверджує істотне підвищення експлуатаційних характеристик бетону на активованій в’яжучій речовині, використаного під час ремонту і відновлення транспортних споруд.