Государственная программа ориентированных фундаментальных исследований «Строительство и архитектура» (2006–2010 гг.) – в интересах отрасли и государства

шимым для многих практически важных функций распределения, сохраняет корректность при произвольном изменении размерности пространства.

Разработана оригинальная программная система имитационного моделирования и анализа структуры композиционных материалов.

Методика практически применима для изучения влияния состава, дисперсности и водоцементного отношения на кинетику гидратации цементных материалов. Она наиболее эффективна для ранних, быстрых стадий (индукционный период и схватывание структуры), по которым часто затруднительно получить надежные экспериментальные данные, в то же время именно на этих стадиях зарождается матрица формирующейся структуры цементного камня, особенности которой обусловливают прочность и долговечность материала. Математическое и компьютерное моделирование значительно сокращает материальные и временные затраты на исследования при создании новых композиционных материалов, в частности – цементных материалов.

«Строительство и архитектура 21» «Исследование основных свойств конструкционных бетонов, модифицированных добавками, полученными на основе гуминовых веществ из отходов торфопредприятий». Научный руководитель канд. техн. наук Уласевич В.П. Учреждение образования «Брестский государственный технический университет», кафедра «Строительные конструкции».

В ходе исследований по заданию «Строительство и архитектура 21» обоснована теоретически и проверена экспериментально возможность разработки принципиальной технологической схемы на утилизацию торфяного отхода и стока торфобрикетного предприятия «Гатча-Осовское» ГПО «Белтопгаз», и на основе полученного вторичного сырья организовать выпуск товарного продукта – химическую добавку для бетонов STG-3, представляющую собой близкий к истинному раствор органических солей торфяных гумусовых кислот заданной концентрации.

Научно обоснован и экспериментально подтвержден интервал оптимальной дозировки добавки STG-3 бетонные смеси, в котором она проявляет себя по эффекту воздействия на процессы твердения и структурообразования бетона как органический ускоритель его твердения в нормальных условиях и в условиях тепловлажностной

61

обработки без снижения прочности бетона в возрасте 28 суток. По своей химической природе добавка STG-3 относится к классу растворимых натриевых солей органических кислот (главным образом гуминовой и фульвовой). Установлено, что добавка STG-3 проявляет как повышенную химическую активность, обусловленную входящими в нее реакционноспособными функциональными группами (проявляет свойства достаточно сильных полиэлектролитов), так и поверхностную активность (содержащиеся в ней функциональные группы являются поверхностно-активными веществами), предопределяющую адсорбционные свойства.

Установлено и экспериментально подтверждено также что бетоны, модифицированные добавкой STG-3, обеспечивают большие защитные свойства по отношению к стальной арматуре в сравнении с бетоном без добавки.

Применение добавки STG-3 на заводах ЖБИ и в условия мон о- литного домостроения позволяет снизить энергоемкость в процессе их изготовления и повысить долговечность железобетонных конструкций в процессе их эксплуатации.

Выпущена опытная промышленная партия сборных железобетонных изделий с добавкой STG-3 с экономией цемента 5%. Разработанный проект СТБ «Добавка для бетонов STG-3. Технические условия» включен в план научных исследований РУП «Стройтехнорм».

«Строительство и архитектура 22» «Разработка научных основ энергосберегающей технологии получения стеклокристаллических покрытий для строительной керамики». Научный руководитель д-р техн. наук Левицкий И.А. Учреждение образования «Белорусский государственный технологический университет», кафедра технологии стекла и керамики.

В результате исследования по заданию «Строительство и архитектура 22» разработаны научных основ энергосберегающей технологии получения стеклокристаллических покрытий для строительной керамики.

Разработаны составы и оптимизированы технологические параметры получения:

– нефриттованной глазури К6 для санитарных керамических изделий из сырьевых композиций, не содержащих токсичных компонентов (ВаСО3 и ZnO), при введении новых составляющих – при-

62

родного волластонита (CaSiO3) и колеманита (Ca2B6O11·H2O), что обеспечило повышенные показатели блеска и белизны;

–полуфриттованных износостойких глазурей Р4, НП8 и Г14 и доказана возможность полного выведения оксида циркония из фриттованной составляющей без ущерба для показателей физикохимических свойств, что позволит снизить энергетические затраты

вобщем процессе синтеза покрытий;

–износоустойчивых цветных глазурных стеклокристаллических покрытий – нефриттованного О.13 с использованием отходов обогащения железистых кварцитов и полуфритованного Б5 с использованием природного базальта и бесциркониевой фритты, что позволит расширить цветовой диапазон при выполнении орнаментированных полов.

Установлено, что фазовый состав синтезированных стеклокристаллических покрытий, приведенный в табл. 1, является критериальным фактором формирования их однородной прочной структуры и обеспечения необходимых физико-химических свойств и де- коративно-эстетических характеристик (табл. 2).

Таблица 1 – Фазовый состав покрытий различного назначения

Разработанные покрытия испытаны при нанесении на производственные полуфабрикаты изделий в условиях ОАО «Керамин» и ОАО «Березастройматериалы» с положительными результатами и рекомендациями к более масштабным апробациям.

63

Таблица 2 – Основные свойства синтезированных покрытий

Практическое значение проведенных исследований состоит в создании новых глазурных покрытий со следующими повышенными эксплуатационными и эстетическими показателями для санитарных керамических изделий – термостойкость, белизна, блеск и микротвердость; плиток для полов – износостойкость, микротвердость, фактура поверхности, цветовые характеристики. Ожидаемый экономический эффект при внедрении разработанных покрытий составит около 200 тыс. евро в год.

«Строительство и архитектура 23» «Исследование влияния различных добавок на физико-химические свойства керамических стеновых материалов с целью повышения эксплуатационных показателей». Научный руководитель д-р техн. наук Пищ И.В. Учреждение образования «Белорусский государственный технологический университет», кафедра технологии стекла и керамики.

В ходе исследований по заданию «Строительств и архитектура 23» разработаны научные основы энерго- и ресурсосберегающей технологии стеновых керамических материалов путем использования в качестве добавок техногенных отходов производства, что позволило получить поризованный и лицевой кирпич с высокими тех- нико-эксплуатационными характеристиками.

Разработаны составы масс для получения поризованных керамических камней и блоков с использование в качестве выгорающей добавки опилок и отхода сахарного производства – свекольного жома, обеспечивающие получение материалов с плотностью 1000-

64

1100 кг/м3, коэффициентом теплопроводности 0,25–0,3 Вт/м∙К, а также массы для получения объемно окрашенного лицевого керамического кирпича различной цветовой гаммы на основе сочетания глин различного минералогического состава, с использованием карбонатсодержащих добавок, золоотходов и фильтрационного осадка при производстве сахара (т. н. дефеката).

Исследовано влияние тонины помола исходных сырьевых материалов и вводимых добавок, а также режимов обжига на процессы декарбонизации и дегидратации глин различных месторождений республики Беларусь. Установлен характер фазовых превращений, протекающих в глинах при обжиге в окислительной и восстановительной среде и рассчитана энергия активации процессов, что позволило снизить температуру обжига на 50–70 ˚С. Разработаны составы, содержащие глинистые компоненты и отходы промышленного производства, характеризующиеся следующими показателями свойств: воздушная усадка 7–8 %, водопоглощение 12–14 %, кажущаяся плотность 1800–1900 кг/м3, механическая прочность соответствует марке М150-М200, морозостойкость – F50 и более.

Установлено влияние вида и количества поризующих добавок (опилки, древесная зола, льнотреста, солома и др.) на пористость, плотность, водопоглощение, теплопроводность, механическую прочность и другие свойства стеновых керамических материалов. Впервые исследовано влияние добавок древесной золы и льнотресты на процессы формирования пористой структуры керамических материалов. При использовании данных добавок были получены материалы характеризующиеся значениями кажущейся плотности 1100–1200 кг/м3 и коэффициента теплопроводности 0,3– 0,4 Вт/м∙К. Фазовый состав материалов представлен α-кварцем, анортитом, гематитом и диопсидом.

Выявлены закономерности формирования пористой структуры и регулирования физико-химических свойств керамического кирпича, полученного на основе различных сырьевых композиций. Установлено, что использование добавок отходов сахарного производства (фильтрационного осадка и свекольного жома) и древесной золы в сочетании с природными компонентами (доломит, мел, опилки и др.) позволяет не только обеспечивать требуемые показатели физи- ко-технических свойств, но и в 1,2–1,5 раза снизить величину теплопроводности материала. Определяющее влияние на коэффициент

65

теплопроводности оказывает величина пористости, поскольку воздушные прослойки благодаря низкой проводимости воздуха являются эффективным барьером на пути теплового потока. Установлено, что теплопроводность синтезированной керамики зависела от характера пористости (наличия открытых и закрытых пор, их соотношения), морфологии пор (сферические, неизометричные, каналообразующие поры и пустоты), образующихся на месте выгорания органоминеральных добавок.

Проведена оптимизация разработанных составов сырьевых композиций с использованием комплексных добавок, а также технологических параметров производства керамических объемноокрашенных и поризованных материалов применительно к сырьевой базе и технологическим условиям керамических заводов. Полученные стеновые керамические материалы при температурах обжига 950–1050 ˚С, обладают значениями прочности при сжатии 15–25 МПа, морозостойкости более 50 циклов.

Получены новые сведения о процессах порообразования при использовании различных типов выгорающих добавок, выявлен механизм формирования пор и определена структурная роль порообразующих добавок, установлено влияние технологических параметров производства керамических поризованных стеновых материалов.

Оптимизированы технологические параметры получения объем- но-окрашенного керамического кирпича за счет использования комбинации природного сырья различного минералогического состава, а также кальцийсодержащих отходов производства, обеспечивающих максимальный выход цветонесущих фаз. Установлено, что материалы, в которых в качестве метода объемного окрашивания использовался наиболее доступный технологический прием – сочетание глин различного минералогического состава, характеризуются равномерной окраской от розово-желтого до краснокоричневого цвета. Для этих целей наиболее пригодными являются каолинито-гидрослюдистые глины южных месторождений Беларуси («Городное», «Туровское», «Николаевка»), которые обеспечивающие максимальное содержание гематита и его равномерное распределение в стеклофазе. Образцы, полученные только на основе карбонатсодержащих глин («Пружаны», «Щебрин») характеризуются неравномерностью распределения окраски по объему и неудовлетворительными показателями свойств лицевой керамики. По-

66

этому рекомендуется использовать сочетание данного типа глин с каолинито-гидрослюдистыми глинами.

Введение в массы до 10 % фильтрационного осадка, образующегося при взаимодействии несахаров диффузионного сока с известью и диоксидом углерода, обеспечивает образцам равномерную по объему окраску от желто-розовых до светло-желтых тонов.

Путем введения неогранических и природных красителей получен объемно-окрашенный керамический кирпич различной цветовой гаммы. Для окрашивания лицевой поверхности стеновых материалов рекомендованы полимерные окрашивающие покрытия, которые не только придают насыщенную окраску ложковой и тычковой стороне кирпича, но и защищают его от образования выцветов и высолов за счет кальматирования пор, увеличивая тем самым показатели морозостойкости и прочности.

Разработанные составы керамических масс и технологические режимы получения материалов на их основе могут быть использованы на керамических предприятиях, специализирующихся на изготовлении лицевого керамического кирпича и поризованных керамических блоков. В выполнении НИР по данной тематике заинтересован ряд керамических предприятий Беларуси: ОАО «Керамин», ОАО «Керамика» (г. Витебск), ОАО «Брестский КСМ», ОАО «Радошковичский керамический завод.

Разработанные составы керамических масс прошли успешную полупромышленную апробацию в условиях ОАО «Керамика», ОАО «Керамин» и испытательного центра УП «Научно-исследовательский институт строительных материалов», где выпущена опытная партия керамического пустотелого кирпича. Изделия удовлетворяют всем требованиям СТБ 1160–99 «Кирпич и камни керамические. Технические условия». Разработанные рецептуры керамических масс и технологические режимыобсуждены с руководством заинтересованных предприятий.

Практическая значимость исследований состоит в замене используемых в настоящее время и широко востребованных в других отраслях отходов деревообработки – опилок на отход сахарной промышленности – свекольный жом, что даст экономический эффект около 15 млн. рублей на 10 млн. шт. условного кирпича в год. Кроме этого введение в технологический процесс свекольного жома не связано с усложнением технологического процесса и может осуществляться на линии подготовки древесных опилок.

67

«Строительство и архитектура 24» «Разработка теоретических основ совершенствования структуры жестких дорожных одежд с целью устройства трещиностойких асфальтобетонных покрытий». Научный руководитель д-р техн. наук Леонович И.И. Белорусский национальный технический университет.

По заданию «Строительство и архитектура24» исследованы причины и механизм разрушения дорожного цементобетонного покрытия. Теоретически обоснованы критерии разрушения дорожного цементобетонного покрытия. Проведены экспериментальные исследования по изменению гидрофильности искусственного щебня. Разработаны требования к модифицированным жестким покрытиям. Составлены карты конструкций существующих покрытий. Обосновано применение праймера. Разработаны типовые конструктивные схемы жестких покрытий. Составлены расчетные схемы по определению деформационных качеств модифицированных жестких покрытий.

Исследованы теплотехнические особенности бетона, как искусственного материала, состоящего из компонентов с различными теплопроводящими характеристиками. Определены теплотехнические показатели для термодинамически несовместимых материалов. Изучены процессы возникновения температурных напряжений.

Разработана методика равнопрочного отрыва битумных композиций от субстрата (цементобетона) по всей площади контакта при исследовании адгезионных свойств композиционных материалов.

Создан универсальный подход подбора материалов с функциональными группами, способствующими повышению адгезионных свойств. Одним из вариантов повышения адгезии праймера к цементобетонному покрытию может быть увеличение полярности основного компонента праймера (битума) за счет повышения содержания в нем полярных групп.

Исследована проникающая способность в цементобетон химических веществ, которые могут одновременно оказывать влияние на органическую составляющую праймера-битума, путем его пластификации. Предложены пластификаторы битума, которые разжижают его, не снижая сцепления с минеральными материалами. Основой пластификаторов являются нефтяные масла с большим содержанием ароматических углеводородов.

Разработан алгоритм выбора метода ремонта, в зависимости от причин возникновения дефектов, и конструкции дорожной одежды

68

с улучшенными структурными свойствами. Алгоритм имеет замкнутый характер, что позволяет выполнять оценку дорожной конструкции на любой стадии ее изменения, а также планировать проведение научных исследований при расширении диапазона варьирования любого фактора, входящего в состав элемента.

Разработан способ устройства трещиностойкого покрытия с применением праймера. Способ заключается в защите цементобетонного покрытия слоями асфальтобетона или поверхностной обработки. Для качественного сцепления минерального и органического бетонов на поверхность жесткого покрытия наносится праймер. Предложено выражение для определения оптимального расхода битума, обеспечивающего требуемую когезионную прочность и однородность его распределения по ремонтируемой поверхности. Степень полноты контакта вяжущего с ремонтируемой поверхностью оценивали через коэффициент фактической площади контакта. Для исследований использовали следующие вещества: отход ПО «Бобруйскшина» (БШ), масляный отход ПО «Белавтомаз» (М) и масло ПОД Гродненского ПО «Азот».

Разработан способ устройства дорожного покрытия из сборных элементов, который заключается в том, что цементобетонные плиты изготавливают с гладким основанием. Между плитами закладывают арматуру, жестко связанную с металлическими вкладышами, расположенными на боковых плоскостях плиты со стороны контакта с соседними плитами. На стержни, надевается полоска пластичного материала или наносится слой гидроизоляционного материала. Соединение плит осуществляется способом надвижки. На плиты наносится праймер и укладывается слой асфальтобетона. Способ запатентован.

Разработан способ устройства многослойной жесткой дорожной конструкции, заключающийся в нанесении на покрытие упрочняющих элементов. Способ основан на применении элементов, имеющих форму куба, изготовленных в заводских условиях. На цементобетонное или асфальтобетонное покрытие наносится тонкий слой асфальтобетона или слой вязкого органического материала, по которому распределяются упрочняющие элементы сплошным однородным слоем с определенной ориентацией кубиков. После этого, с помощью катка осуществляется вдавливание кубиков в органический материал. Устройство многослойной конструкции может осуществляться и путем создания дополнительных слоев из укрепленного грунта.

69

Внедрение разработанных методов усиления бетонных конструкций при строительстве и ремонте цементобетонных покрытий, создаст реальные предпосылки для модернизации автомобильных дорог с цементобетонным покрытием.

«Строительство и архитектура 25» «Разработка рациональных режимов нагрева при производстве строительных материалов и дорожных покрытий». Научный руководитель канд. техн. наук Воронова Н.П. Белорусский национальный технический университет.

Входе исследований по заданию «Строительство и архитектура 25» разработана энерго- и ресурсосберегающая технология нагрева, сушки и термообработки различных материалов. Отличительной чертой предлагаемой методики протекания теплотехнических процессов является расчет оптимального времени процесса на основе уточнения их теплофизических параметров. Предлагаемая методика позволяет сократить время протекания процесса при сохранении качественных характеристик термически обрабатываемых объектов. Исследования проводились впервые и не имеют аналогов.

Изготовление горячих дорожных покрытий использует теплотехнические процессы нагрева составляющих асфальтобетонных смесей и их смешивания. При этом необходимо соблюдение норма- тивно-заданных требований к протеканию тепловых процессов, что невозможно без расчета температурных полей нагреваемых объектов. Исследование таких задач наиболее эффективно с помощью методов математического моделирования.

Врезультате исследований установлено, что при математическом моделировании теплотехнологических процессов приоритетными являются численные методы решения.

Вработе рассматривается решение задачи оптимального управления нагревом: выбирается управляющая функция таким образом, чтобы она удовлетворяла всем условиям краевой задачи для уравнения теплопроводности при условии минимизации соответствующего функционала. В результате определяется оптимальное время процесса, т.е. минимальное время, за которое температура достигает технологически требуемое значение.

На втором этапе производства горячих асфальтобетонных смесей происходит смешивание нагретых и ненагретых компонентов в смесителе. Предлагается методика, позволяющая на основании

70