Защита диссертации Нұрбаевой Маржан Нұрбайқызы на соискание степени доктора философии (PhD) по специальности «8D07361 - Производство строительных материалов, изделий и конструкций»
В Евразийском национальном университете имени Л.Н. Гумилева состоится защита диссертации на соискание степени доктора философии (PhD) Нұрбаевой Маржан Нұрбайқызы на тему «Технология эффективных мелкозернистых фибробетонов с использованием сырьевых ресурсов Республики Казахстан» по образовательной программе «8D07361 – Производство строительных материалов, изделий и конструкций».
Диссертация выполнена на кафедре «Технология промышленного и гражданского строительства» Евразийского национального университета имени Л.Н. Гумилева.
Язык защиты - казахский
Официальные рецензенты:
Временные члены Диссертационного совета:
Научные консультанты:
Аруова Лязат Боранбаевна
Чагла Мерал Акгюль
Защита состоится: 18 июля 2024 года 11:00 часов в Диссертационном совете по направлению подготовки кадров «8D073 – Архитектура и строительство» по специальности «8D07361 – Производство строительных материалов, изделий и конструкций» Евразийского национального университета имени Л.Н. Гумилева. Проведение заседания диссертационного совета в онлайн формате.
Ссылка: http://surl.li/umszu
Адрес: Астана қ., Қ. Сәтбаев көшесі, 2, Оқу-әкімшілік корпусы, №302 аудиториясы.
Аннотация (рус.): Цель диссертационного исследования. Разработка состава, изучение структуры и прогнозирование физических, механических, эксплуатационных свойств эффективного мелкозернистого фибробетона с использованием различных фибр. Разработка научно обоснованного технологического решения, обеспечивающего совершенствование аддитивного производства в строительстве состава мелкозернистых бетонных смесей комплексом активных минеральных добавок. Задачи исследования: - изучение механизмов совместного действия микроволокон, химических добавок и дисперсной арматуры, прочности и эксплуатационных свойств мелкозернистых бетонов; - исследование их свойств с использованием местных сырьевых ресурсов и разработка оптимального состава комплексных модицифированных смесей; - получение оптимальных составов и прогнозирование свойств модифицированных мелкозернистых бетонов с полипропиленовым волокном; - испытания разработанных составов, производственные испытания изделий и оценка их технико-экономической эффективности; -Изменение основных составов бетонной смеси минеральными добавками для улучшения формовочной стойкости слоев, напечатанных по технологии 3D-принтера, ускорения формирования исходной структуры, физико-механических характеристик композитов (подвижность, прочность). Методы исследования. Методической основой диссертационного исследования являются современные теоретические положения строительной материаловедческой науки в области структуры и технологии бетонов с минеральными добавками. Основой методики являются физико-механические методы испытаний, статистические методы обработки, анализа и оптимизации результатов исследований в соответствии с требованиями соответствующих ГОСТ. Изучение процессов гидратации, структуры, особенностей формирования исследуемых цементных систем и фазового состава мелкозернистого фибробетона проводилось с использованием современных аналитических методов, таких как электронно-микроскопический анализ, рентгенофазный анализ (РФА). Основные положения (доказанные научные гипотезы и другие выводы, являющиеся новыми знаниями), выносимые на защиту: - результаты исследования взаимодействия микрокремнезема, пластификатора и полипропиленового волокна и их влияния на формирование структуры и свойств модифицированного мелкозернистого фибробетона; - результат исследования влияния различных длин базальтового волокна на свойства бетона; - закономерности влияния минеральных и комплексных смесей на реологические свойства мелкозернистых смесей фибробетона и физико-механические характеристики затвердевших композитов, формуемых методом слоистой экструзии (3D-печати); - результаты микроскопических, рентгеноструктурных исследований мелкозернистых бетонных структур; - оптимальный состав смеси фибробетона для строительной 3D-печати. Описание основных результатов исследования. В первой главе дается обзор обширной литературы на основе анализа предыдущих исследований в этой области. Армирование мелкозернистого бетона различными синтетическими волокнами не новая идея. Дисперсное расположение волокон в объеме бетона позволило сформулировать понятие композиционного материала на основе бетонной матрицы. Возможности современных бетонных исследований позволяют получить различные виды бетона с заранее спланированными характеристиками и свойствами. В настоящее время большой интерес представляют способы модификации мелкозернистых бетонов и улучшения их свойств [2]. Научные исследования, опыт промышленного применения и анализ недостатков мелкозернистого бетона свидетельствуют о том, что от добавления волокон, полифункциональных химических смесей и дисперсной арматуры зависит улучшение качества его показателей. Однако взаимодействие модифицирующих компонентов и их совместное влияние на формирование свойств бетона на микро-и макроуровнях недостаточно изучено. Поэтому изучение этих процессов имеет решающее значение для оптимизации составов, позволяющих решать задачи и технологии получения модифицированных, улучшенных по основным свойствам мелкозернистых фибробетонов, так как применение таких композитов является рациональной зоной для военных сооружений и сооружений в суровых климатических условиях, действующих в дорожных, мостовых, гидротехнических и агрессивных средах. В настоящее время аддитивные технологии пользуются все большим интересом в сфере производства. Его основными факторами являются: высокий уровень автоматизации производства, улучшение качества продукции, ускорение процессов сборки, возможность оптимизации цифровых моделей, сокращение отходов производства [166-168]. Эти факторы являются основой для перехода к концепции «цифровой фабрики» в будущем. Он предусматривает проектирование, изготовление, испытание цифровых технологий, а также изучение изделий и каждой детали общего аддитивного производства. Изготовление опалубки составляет от 35 до 60% от общей стоимости бетонных конструкций. Возможность строительства бетонных конструкций без нормального использования является важным преимуществом с точки зрения снижения затрат, ускорения производства и архитектурной свободы. А также облегчает монтаж инженерных сетей [169]. Во второй главе представлены характеристики исходных используемых материалов, а также методы экспериментального исследования, применяемые при выполнении диссертации. Показаны характеристики портландцемента ЦЕМ I 42,5 Н, песка с крупным модулем МІ=2,0-2,5, конденсированного микрокремнезема марки МК-85 ГОСТ 58894-2020, пластификатора MasterGlenium27, полипропиленового волокна длиной 15 мм, базальтового волокна, ксантанового камеда, пирофосфата тетракалия, золы и воды. В третьей главе исследовано влияние микрокремнезема с добавлением оптимального количества на изменение срока схватывния, прочность на сжатие, прочность на изгиб. Модицифирующие компоненты улучшают микро-и макроструктуру цементного камня, повышая механические, деформационные и эксплуатационные свойства бетонного состава. Применяемый пластификатор улучшает реологические и технологические свойства смеси, улучшая смачивание волокон, ускоряя гидратацию цемента, выравнивая поверхность наполнителей и уменьшая их взаимное трение. Проведен рентгенофазовый анализ, получена дифрактограмма цементного камня, модифицированная обычным связующим цементного камня и микрокремнеземом и пластификатором. Были определены их минералогические составы, и было показано, что эффект новых производных делает состав композита более интегрированным и равномерно связанным. Одним из наиболее эффективных способов повышения производительности бетонов и растворов считается введение в их рецептуру микрофибры [184]. Использование этого материала позволяет повысить прочность цементного камня, что обеспечивает высокую прочность на сжатие и растяжение при изгибе, а также повышает другие характеристики цементных строительных материалов. Доказано, что при добавлении волокна повышается не только прочность, но и трещиностойкость образцов бетона. В четвертой главе изучено влияние размеров базальтовых волокон на свойства мелкозернистого бетона. Бетон на основе базальтовых волокон обладает высокой прочностью на изгиб и растяжение и хорошими технологическими свойствами. Это позволяет снизить процент армирования и металлической сетки в бетонных элементах. В пятой главе представлена разработка состава, технология и организация производства мелкозернистого эффективного фибробетона и его технико-экономическая эффективность. На первом этапе исследования был разработан эффективный состав фибробетона. Позже были сформулированы основные правила технологии и организации дополнительного строительного производства. На втором этапе разработаны общие принципы моделирования, построения и контроля качества строительной продукции методом 3D-печати. На третьем этапе определена технико-экономическая эффективность производства строительной продукции методом 3D-печати. По результатам исследования разработан патент на состав смесей фибробетона для строительной 3D-печати при аддитивном производстве изделий и конструкций зданий и сооружений. Обоснование новизны. Научная новизна полученных результатов представлена следующим образом: 1. Исследовано взаимодействие модификаторов в мелкозернистом составе, влияние на формирование структуры бетона, процессы затвердевания. 2. Установлено оптимальное соотношение мелкозернистого фибробетона для достижения высоких показателей прочности, срока схватывания, морозостойкости. 3. Было изменено сроки схватывания соединение микрокремнезема и в качестве пластификатора MasterGlenium27 начало с 2:40:00 до 1:35:00, а окончание с 6:20:00 до 4:15:00. 4. Увеличено прочность на сжатие при естественном затвердевании в среднем на 58,92% при добавлении микрокремнезема 20% от массы цемента в фибробетон. 5. Прочность на растяжение при изгибе на 28 сутки при добавлении к фибробетону микрокремнезема 20% от массы цемента составляет 16,5 МПа. 6. Экспериментально подтверждено, что с целью снижения расхода цемента при замене его микрокремнеземом положительно влияет на физико-механические характеристики фибробетона. 7. Введение базальтового волокна в мелкозернистый бетон в количестве 0,1% от массы цемента в бетонную смесь позволяет повысить прочность на сжатие на 11,4%. 8. Прочность на сжатие с применением базальтового волокна длиной 20 мм (по сравнению с длиной волокна 5, 10, 40 мм) составляет 47,2%. 9. Прочность на сжатие увеличилась на 9,09% при добавлении в бетонную смесь 0,5% полипропиленового волокна от массы цемента. 10. Разработаны рецептуры оптимальных составов мелкозернистых фибробетонов, формуемых методом многослойной экструзии (3D-печати), с оптимальными реологическими характеристиками, на основе высоких физико-механических свойства изделий. Теоретическая и практическая значимость работы. - Разработан состав модифицированных мелкозернистых бетонов, состоящих из портландцемента ЦЕМ 1 42,5 Н, песка с модулем крупности МП=2,0-2,5, конденсированного микрокремнезема марки МК-85 ГОСТ 58894-2020, пластификатора MasterGlenium27, полипропиленового волокна длиной 15 мм, ксантана камедь, пирофосфата тетракалия, золы и воды; - Техническая новизна исследований подтверждается патентом Республики Казахстан на изобретение №36513 «Фибробетонная смесь для строительной 3D-печати» от 22.12.2023. Соответствие направлениям развития науки или государственным программам. Диссертация выполнена в рамках проекта программно-целевого финансирования Комитетом по науки и высшего образования Республики Казахстан (грант №«BR21882278 Создание строительно-технического инжинирингового центра по оказанию полного цикла аккредитованных услуг строительного, дорожно-строительного сектора Республики Казахстан»). Исследование проведено в соответствии с требованиями нормативных документов. Описание вклада соискателя в подготовку каждой публикации. Вклад автора в получение результатов исследовательской работы значителен. По теме диссертации опубликовано 7 научных работ, в том числе: 2 статьи в изданиях, индексируемых на базах Scopus, 3 статьи в научных изданиях, рекомендованных комитетом по обеспечению качества в области науки и высшего образования Министерства науки и высшего образования Республики Казахстан, 1 статья в материалах международных конференций, получен 1 патент на изобретение Республики Казахстан. 2 статьи в публикациях, индексируемых в базах Scopus: 3.Influence of Fiber on the Strength Characteristics of Fine-grained Concrete/ Nurbayeva M.N., Aruova L.B., Kalym S.S. et al. // Procced. 4th internat. conf. on Civil Engineering and Architecture. – Seoul, 2021. – Vol. 201. – P. 151-163. https://doi.org/10.1007/978-981-16-6932-3_13 4.Influence assessment of micro silica additive with plasticizer on properties or fine-grained fiber concrete/ Nurbayeva M., Lukpanov R., Tsygulyov D. et al. // International Journal of GEOMATE. – 2022. – Vol. 23, Issue 100. – P. 62-69. https://doi.org/10.21660/2022.100.3651 3 статьи в научных изданиях, рекомендованных комитетом по обеспечению качества в области науки и высшего образования Министерства науки и высшего образования Республики Казахстан: 2.Fine-grаined fiber concrete using polypropylene аnd bаsаlt fibers / Nurbаyevа M., Аruovа L., Lukpаnov R. et al. // Kompleksnoe Ispolzovanie Mineralnogo Syra = Complex Use of Mineral Resources. – 2022. – Vol. 326, Issue 3. – P. 32-40. DOI: 10.31643/2023/6445.26 2. Influеncе of bаsаlt fibеr lеngth on strеngth chаrаctеristics of finе-grаinеd fibеr concrеtе Nurbаyevа M., Аruovа L., Lukpаnov R. et al. // Kompleksnoe Ispolzovanie Mineralnogo Syra = Complex Use of Mineral Resources. – Volume 328, No. 1, 2024 P. 13-19 DOI: 10.31643/2024/6445.02 3. Оценка влияния волокон на прочностные характеристики бетона/ Нурбаева М. Н., Аруова Л. Б., Лукпанов Р. Е // Вестник им. В. В. Гумилева Л. Н. - 2023. -№. 2. - С. 36-45. DOI: doi.org/10.32523/2616-7263-2023-143-2-36-45 1 статья в материалах международных конференций: 1. Виды волокон, применяемые для дисперсного армирования бетона / Нурбаева М. Н. // Сб. матер. 17-й междунар. наук. конф. студ. и молод. учен. «Ǵylym Jáne Bilim – 2022». - Астана, 2022. - С. 5785-5788. 1 патент на изобретение Республики Казахстан: Фибробетонная смесь для строительной 3D печати / Нұрбaeвa М.Н., Аруова Л.Б., Толкынбаев Т.А. // Патент на изобретение №36513, 22.12.2023, РГП «НИИС», Астана, Республика Казахстан
Отзыв зарубежного консультанта
Заключение комиссии по этической оценке исследований
Решение диссертационного совета
Защита диссертации: https://www.youtube.com/watch?v=CoRmcRD_qCI
