Скачать полную версию статьи (в PDF формате)

V. N. Derevianko, N. V. Kondratieva, H. M. Hryshko, M. A. Sanytsky
«Modelling the Mechanism of Mineral-Binders’ Hydration Processes in a Macro–Micro–Nanosystem»
0107–0124 (2020)

PACS numbers: 61.46.-w, 62.23.-c, 81.05.Zx, 81.07.-b, 81.16.-c, 82.33.Pt, 83.60.Pq

Актуальной является разработка модели процессов гидратации минеральных вяжущих веществ, которая бы учитывала значительное количество первоначальных параметров и характеристик, условия и механизм процесса гидратации. Для создания такой модели необходимо значительное количество информации. Многие модели учитывают влияние только исходных компонентов. Кроме того, процесс оптимизации по входящим параметрам усложняется за счёт увеличения количества моделей в связи с применением в качестве критериев оптимальности относительных свойств. А в связи с тем, что не установлено соотношение компонентов, которые гидратируются в гипсовой системе по растворной и топохимической схемам, возрастает сложность моделирования процесса гидратации. Поэтому для создания модели необходимо обосновать большое количество допущений. К тому же выбор по косвенным показателям критериев оптимальности не даёт чёткости представления конечной цели назначения модели. Также необходимо учитывать уровень масштабирования, взаимосвязь макро-, микро- и наноразмерностей компонентов. Моделирование процессов гидратации вяжущих веществ представлено в виде системы, изменяющейся во времени и проходящей через стадии по схеме макро–микро–нано–микро–макро, на примере прямой модели. Переход макро–микро в наносистему с образованием дисперсной среды представлен в виде поверхности, состоящей из наночастиц в многомерном фазовом пространстве. Поверхность является границей раздела структурных элементов и дисперсной среды. Вторая поверхность — граница раздела дисперсная среда–затвердевшая структура. На границе раздела происходит частичный переход макро- и микросистемы в наносистему, а также топохимическая реакция перехода полуводного гипса в двуводный. Создание каркаса с наиболее высокой прочностью можно достичь, регулируя величину твёрдой поверхности и центров кристаллизации, которые влияют на первоначальную пространственную структуру. Внутренние напряжения, приводящие к разупрочнению ещё несформировавшейся структуры, не возникают вследствие того, что срастание блоков происходит в свободном пространстве. Мерой изменения характеристической функции при постоянных параметрах и массах (концентрациях) всех веществ за исключением массы (концентрации) того компонента, количество которого изменяется в системе, является химический потенциал. В случае, когда процесс гидратации идёт топохимически, скорость формирования структуры будет зависеть от гранулометрического состава компонентов и скорости диффузии внутри зерна.

Keywords: hydration, mineral binders, nanosystem, hardened structure, modelling