Заключение

Наука о материалах (материаловедение) — один из решающих факторов научно-технического прогресса во всех отраслях хозяйства, в том числе в дорожно-транспортном комплексе.

Основными направлениями развития строительного материаловедения являются теория структурообразования и технология композиционных материалов на основе использования фундаментальных наук, в первую очередь коллоидной химии и физико-химической механики. Их цель — повышение качества материалов и сокращение энергозатрат на их производство.

Особую роль в строительном материаловедении XXI в. играют композиционные строительные материалы. Это материалы, которые состоят из двух основных компонентов:

  • ? матрицы, непрерывно распределенной по всему объему материала;
  • ? компонента, упрочняющего матрицу в виде дисперсных волокон или твердых частиц.

При этом свойства нового композиционного материала гораздо лучше, чем свойства исходных компонентов.

В зависимости от свойств материала матрицы, строительные композиционные материалы можно разделить на следующие группы:

  • ? композиции с неорганической матрицей, например цементной, силикатной, керамической (минеральные вяжущие);
  • ? с органической, например битумной, полимерной матрицей;
  • ? с металлической матрицей (металлические сплавы).

В композиционных строительных материалах роль матрицы огромна: она объединяет в единое целое частицы заполнителя (зерна, дисперсные волокнистые частицы), придает монолитность и форму изделию, а также обеспечивает передачу внешних усилий на структуру материала, предохраняет ее от механических и коррозионных воздействий.

В настоящее время, согласно И.М. Грушко и И.В. Королеву, структура композиционных материалов может быть рассмотрена на основе трех видов моделей: с зернистым, волокнистым и газонаполненным (ячеистые, пористые материалы) наполнителями.

Модель с зернистым наполнителем описывает бетоны, растворы и другие материалы конгломератного строения. С увеличением содержания наполнителя механические свойства смеси улучшаются: для цементобетонов прочность повышается на 20...30 %, для асфальтобетонов — на 50...80 %.

Модель с волокнистым наполнителем описывает асбестоцементные изделия, стеклопластики, древесно-волокнистые материалы и др. Волокнистый наполнитель наиболее активно влияет на механические свойства, в особенности на прочность при растяжении: при ориентированных волокнах — изотропно, при хаотически распределенных волокнах — анизотропно.

Модель с газонаполненными ячейками описывает многие теплоизоляционные и акустические материалы (пористое стекло, ячеистый бетон, пористые полимерные материалы и другие материалы ячеистой структуры). Газонаполненные материалы характеризуются малой плотностью и соответственно малым коэффициентом теплопроводности.

В развитии строительного материаловедения важнейшее место занимает разработка новых эффективных инновационных технологий, сокращающих трудовые, энергетические и материальные затраты, возникающие во время их производства и эксплуатации.

В рамках перспективного развития дорожно-строительного материаловедения сформулированы основные задачи в этом направлении:

  • ? организация широкого производства щебня кубовидной формы узких фракций для устройства защитных слоев, тонкослойных асфальтобетонных и бетонных покрытий, бетонных конструкций мостовых сооружений;
  • ? разработка промышленных реагентных и нереагентных методов и технологических устройств для активации компонентов асфальто- и цементобетонов (песков, минеральных порошков, цементов, битумов, битумных эмульсий), позволяющих резко повысить сроки службы дорожных сооружений, снизить энергоемкость их строительства и эксплуатации, а также стоимость этих объектов (особенно при широком применении местного сырья и техногенных отходов производства);
  • ? совершенствование работы производственных предприятий дорожной отрасли (АБЗ, ЦБЗ, полигоны, битумные и эмульсионные базы, камнедробильные заводы и др.), включающее изготовление капсулированных битумов и гранулированных асфальтовяжущих веществ, позволяющее производить динамическое регулирование всех технологических параметров на основе полной автоматизации всех операций и процессов при минимизации энергопотребления. Для выполнения этой задачи должна быть разработана система энергетического аудита на всех производственных предприятиях, изготавливающих дорожно-строительные материалы и изделия;
  • ? разработка получения составов и технологии применения модифицированных полимерных композиций для защиты от коррозии бетонных дорожных и мостовых конструкций.

В современном материаловедении все большее распространение получает использование ультразвуковых, магнитных и электромагнитных полей, позволяющих разработать и применять эффективные технологии на основе известных физических эффектов (электрогидравлического, трибоэлектрического, ме- ханохимического и др.). Например, пески могут направленно менять поверхностный отрицательный заряд на положительный или наоборот, что в корне меняет процесс их адгезионного взаимодействия с органическими вяжущими в контактных слоях.

Важное значение имеет принцип соответствия, согласно которому методы воздействия на материалы, методы их переработки должны соответствовать характеру исходного сырья, основным закономерностям структурообразования, протекающим в материалах.

При этом режимы перемешивания и уплотнения, формирования структуры материалов должны соответствовать их природе и другим условиям, обеспечивающим получение материалов с оптимальным сочетанием свойств (согласно закону створа Рыбьева, эффекту Ребиндера и др.).

Новые современные технологии должны быть безотходными или малоотходными, что вызвано требованиями охраны окружающей среды.

При добыче и переработке минеральных полезных ископаемых, а также в промышленности и строительстве образуются многотоннажные техногенные побочные продукты: дефекат, шлаки, золы, отработанные формовочные пески, фосфогипс, кислый гудрон, мазутные очистки, гидролизный лигнин, таловый пек и др. К техногенным материалам также относится вторичное сырье (изношенные автомобильные покрышки, вышедшие из употребления пластмассовые и полимерные материалы, старый асфальто- и цементобетон, морально устаревшие бетонные и железобетонные конструкции, битый кирпич, бой стекла).

Обычно указанные выше материалы характеризуются большой неоднородностью. Поэтому в каждом конкретном случае необходимо производить оценку качества побочных продуктов промышленности и выбирать научно обоснованный способ их «облагораживания», а также конструкцию для их применения, чтобы потенциальные возможности модифицированного побочного продукта были полностью использованы.

Отходы промышленности занимают огромные территории при их захоронении и требуют значительных затрат на содержание отвалов. Поэтому охрана окружающей среды заключается в освобождении территории от свалок и отстойников путем ее рекультивации и приведения в состояние, пригодное для сельскохозяйственных нужд. Наряду с этим, велика экологическая роль промышленности строительных материалов, способной использовать повторно миллиарды тонн выбрасываемого минерального сырья.

Особенно материалоемко дорожное строительство. На один километр дороги расходуются десятки тысяч тонн дорожно-строительных материалов, которые могут быть получены из отходов металлургической, химической промышленности и др.

Чтобы решить эту проблему, необходимо участие на кооперативных началах производителей отходов (металлургия, энергетика и др.) и их потребителей — промышленность строительных материалов. Такой подход позволяет организовать эффективное безотходное производство, исключающее загрязнение окружающей среды.

Современные технологии строительных материалов максимально механизируют и автоматизируют, при этом особое внимание уделяют оптимизации технологических процессов на основе использования ЭВМ.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >