Андрей Александрович Леденев — кандидат технических наук, старший научный сотрудник, Научно-исследовательский центр (проблем применения, обеспечения и управления авиацией Военно-воздушных сил)
394064, г. Воронеж, ул. Старых Большевиков, д. 54 А
РИНЦ AuthorID: 608032
Andrey A. Ledenev — Candidate of Technical Sciences, Senior Staff Scientist, Research Centre (Problems of Application, Security and Control of Aviation Air Force)
54 A St. Bolshevikov st., Voronezh, 394064
RSCI AuthorID: 608032
Виктор Тихонович Перцев — доктор технических наук, профессор, профессор кафедры технологии строительных материалов, изделий и конструкций
394006, г. Воронеж, ул. 20-летия Октября, д. 84
РИНЦ AuthorID: 177365
Victor T. Pertsev — Doctor of Technical Sciences, Professor, Professor of the Department of Technology of Building Materials, Products and Structures
84, 20 let Oktyabrya st., Voronezh, 394006
RSCI AuthorID: 177365
Введение. Развитие методологии исследований, направленной на управление структурообразованием цементных композитов, является актуальной задачей современной технологии бетонов, включающих многокомпонентные смеси и добавки. Решение данной задачи предусматривает применение методов количественной оценки структуры и свойств на различных масштабных уровнях и этапах структурообразования. Цель работы — развитие методологии исследований на основе анализа и установления закономерностей формирования структуры и свойств на различных масштабных уровнях и этапах структурообразования, направленной на повышение эффективности технологии цементных композитов и бетонов.
Материалы и методы. Анализ структурообразования дисперсных систем и цементных композитов проводили на основе модели фрактальных кластеров и теории протекания (перколяции). Применяли физико-химические методы — оптическую и электронную микроскопию, вискозиметрию, определение активности; компьютерное и математическое моделирование; физико-механические испытания.
Результаты. Обоснованы направления развития методологии исследований на основе системного подхода, отличающегося применением модели фрактальных кластеров, для установления количественных показателей на различных масштабных уровнях и этапах структурообразования. Структурно-феноменологический анализ дисперсных систем и композитов позволил уточнить и дополнить представления о механизме их структурообразования. Установлены количественные зависимости между фрактально-кластерными процессами на микроуровне и свойствами с учетом дисперсности, природы и характеристик поверхности минеральных компонентов в составе цементных композитов. На базе метода исследования структурообразования на мезо- и макроуровнях, базирующегося на геометрическом моделировании плотных упаковок, скорректирован гранулометрический состав заполнителей для получения более плотной структуры бетона.
Выводы. Методология исследований расширяет возможности управления структурообразованием и прогнозирования формирующихся структур цементных композитов. На основе системных исследований от микро- до макро-уровня с оценкой эффективности минеральных компонентов в составе органоминеральных добавок, а также оптимизации гранулометрического состава заполнителей получены цементные бетоны с улучшенными физико-механическими свойствами.
Introduction. The development of a research methodology aimed at controlling the structural formation of cementitious composites is a pressing challenge in modern concrete technology, which involves multi-component mixtures and additives. Addressing this challenge requires the application of methods for the quantitative assessment of structure and properties at various scales and stages of structural formation. The aim of this work is to develop a research methodology based on the analysis and identification of patterns in the formation of structure and properties at various scales and stages of structure formation, aimed at improving the efficiency of cement composite and concrete technology.
Materials and methods. The analysis of the structural formation of dispersed systems and cement composites was carried out using a fractal cluster model and percolation theory. The following physicochemical methods were employed: optical and electron microscopy, viscometry, and activity determination; as well as computer and mathematical modelling; and physical and mechanical testing.
Results. The paper outlines directions for the development of research methodology based on a systems approach, characterized by the application of a fractal cluster model, to establish quantitative indicators at various scales and stages of structure formation. A structural-phenomenological analysis of dispersed systems and composites has made it possible to refine and supplement our understanding of the mechanism of their structure formation. Quantitative relationships have been established between fractal-cluster processes at the micro-level and properties, taking into account the dispersion, nature and surface characteristics of the mineral components in cement composites. Based on a method for investigating structure formation at the meso- and macro-levels, which relies on geometric modelling of close-packed structures, the particle size distribution of aggregates has been adjusted to achieve a denser concrete structure.
Conclusions. This research methodology expands the scope for controlling the formation of structures and predicting the resulting structures of cement composites. Based on systematic studies ranging from the micro- to the macro-level, involving an assessment of the effective-ness of mineral components in organo-mineral additives, as well as the optimization of the particle size distribution of fillers, cement concretes with improved physical and mechanical properties have been produced.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.