Надежность (безопасность) проектируемых конструкций обеспечивается использованием расчетного значения несущей способности, установленного с учетом неопределенности (изменчивости, погрешности) несущей способности. Учет неопределенности осуществляется посредством вероятностной модели, которая представляется как закон распределения с входящими в него статистическими параметрами. Наиболее важными и часто используемыми статистическими параметрами являются среднее значение и коэффициент вариации. Определение коэффициента вариации для несущей способности, вычисленной на основе численных моделей (компьютерного моделирования), является важной задачей, так как существующие классические методы не могут быть применены. По этой причине целью данной статьи является развитие и исследование точности методов определения коэффициента вариации несущей способности, вычисленной посредством компьютерного моделирования.

Предложенный метод определения коэффициента вариации основан на разложении функции в ряд Тейлора с последующим применением различных схем численного дифференцирования. Верификация выполнена на обобщенных нелинейных моделях несущей способности, для которых можно получить точное решение с помощью метода Монте-Карло. Практическая реализация предложенного метода продемонстрирована на конечно-элементных моделях.

В качестве результатов выполненного исследования можно выделить собственно методы определения коэффициента вариации несущей способности, вычисленной посредством компьютерного моделирования, и значения коэффициентов вариации для обобщенных моделей несущей способности тонкостенных элементов с учетом потери местной устойчивости стенки и с последующим включением поясов балки в работу.

Наиболее точно оценить значение коэффициента вариации можно с использованием разложения в ряд Тейлора и численного интегрирования по 3 точкам, однако такой метод требует 2N+1 вычислений, поэтому он может быть рекомендован только для отдельных верификационных задач. В качестве практического метода оценки коэффициента вариации следует использовать разложение в ряд Тейлора и численное интегрирование по 2 точкам (требуется N+1 вычислений).

В данной статье описаны результаты исследований, касающиеся вопроса возможности получения самовосстанавливающихся строительных материалов на основе минеральных вяжущих веществ. Принцип получения таких материалов заключается в добавлении в растворные смеси микроконтейнеров, содержащих питательную среду и клетки бактерий с уреазной активностью, способствующей к образованию карбоната кальция, заполняющего образующиеся микродефекты в структуре материала. Статья включает в себя результаты исследований по нахождению наиболее активных форм бактерий, которые возможно использовать при формировании строительных изделий, и их влияния на различные свойства модифицированных строительных растворов. Для получения растворных смесей с различным pH в качестве минеральных вяжущих веществ использовались портландцемент и гипсовое вяжущее. Уреазная активность бактерий являлась определяющим фактором их эффективности. В данной работе продемонстрирована зависимость водоцементного отношения от концентрации биомассы бактерий, находящейся в растворной строительной смеси, зависимость уреазной активности клеток от водородного показателя среды, а также влияние использования различных материалов в качестве носителей-микроконтейнеров. Полученные результаты свидетельствуют о том, что наличие биологических поверхностно-активных веществ в составе клеток бактерий, оказывает значительно влияние на реологические свойства цементно-песчаных растворов. Установлено изменение сроков схватывания и прочностных характеристик цементно-песчаных растворов при различных концентрациях клеток.

Рассмотрены перспективы и проблемы многокомпонентной многоуровневой оптимизации дисперсного состава самоуплотняющегося бетона с целью значимого повышения его строительно-технических свойств, при минимальном содержании вяжущего вещества. Разработаны теоретические и практические основы проектирования дисперсно-гранулометрического составов самоуплотняющихся бетонных смесей для высокопрочных бетонов, в которых используются различные виды разнодисперсных минеральных модификаторов (ММ), в т. ч. зола-уноса ТЭС. Эффективными ММ для самоуплотняющихся бетонных смесей являются разнодисперсные доменный гранулированный шлак, зола-уноса ТЭС и микрокремнезем, создающие плотную структуру упаковки частиц многокомпонентного вяжущего с низкой степенью неупорядоченности и обеспечивающие снижение расхода портландцемента в бетоне до 50% и выше. Самоуплотняющиеся бетонные смеси при таком выборе вида и параметров ММ характеризуются более низким водосодержанием, высокой вязкостью и низким уровнем значения предельного напряжения сдвига, обеспечивающими ее качественное уплотнение. Для изучения свойств и структуры бетона использовались в качестве мелкого заполнителя кварцевый песок с Мк -2,58, гранитный щебень фр. 5-10 мм, портландцемент класса ЦЕМ I 52,5Н, тонкодисперсный доменный гранулированный шлак, зола-уноса ТЭС, микрокремнезем и суперпластификатор Glenium 430. Для однородного протекания пуццолановой реакции в каждом микрообьеме применялась высокодисперсная фракция цемента. Методы исследований: форма и размер дисперсных частиц компонентов определялись лазерным анализатором, подвижность бетонной смеси по ГОСТ 10181-2014, прочность бетона на сжатие по ГОСТ 10180-2012. Структура цементного камня изучалась термографического и рентгенофазового методов анализа.

В статье выполнена оценка совокупного влияния органически-минеральной добавки с суперпластификатором SR 5000F и активной минеральной добавки - золы уноса, шлака доменного и микрокремнеза МК-90 на свойства пенобетона. Расчет пропорций смеси пенобетона производился методом абсолютного объема. Прочность на сжатие и прочность на изгиб пенобетона определяются по российскому стандарту ГОСТ 10180-2012. Пористость пенобетона определяется по американским стандартам ASTM C457-1998. Результаты исследований показывают, что прочность на изгиб и сжатие полученного пенобетона, составляет от 0,526 до 1,061 МПа и от 1,69 до 8,22 Мпа соответственно. В статье также были получены зависимости между прочностью на сжатие и временем выдержки образцов, прочностью на сжатие и на изгиб. Результаты исследования показали, что использование золы уноса и доменного шлака для замены природного песка в пенобетоне улучшает механические свойства образцов, а использование отходов промышленности ведет к улучшению окружающей среды.

В статье рассматривается возможность получения композиционных гипсовых вяжущих (КГВ) для 3D аддитивных технологий строительства. В качестве активной минеральной добавки предлагается карбонатно-кремнистая порода - опоковидный мергель (ОМ), который содержит в своем составе рентгеноаморфные вещества, определяющие его гидравлическую активность при взаимодействии с Са(ОН)₂ с образованием низкоосновных гидросиликатов кальция и других новообразований, уплотняющих микроструктуру твердеющей матрицы и, как следствие, повышающих стабильность композиций. Приведены основные характеристики опоковидного мергеля. Процессы структурообразования КГВ имеют свои особенности. С участием ОМ происходит связывание Са(ОН)₂ и вывод его из сферы реакции. Ускоряется гидролиз клинкерных минералов, одновременно увеличивается количество низкоосновных гидросиликатов кальция типа CSH(В), что положительно сказывается на начальной прочности затвердевшего КГВ.

Порошки, обладающие способностью набухать, нашли широкое применение в индустрии строительных материалов при производстве древесно-полимерных композитов и эластомеров. В связи с этим важной задачей становиться выбор совместимых полимерных вяжущих и набухающих порошковых наполнителей. Такой подбор возможно осуществить с использованием в качестве информационного параметра поверхностного натяжения, определяемого методом ОВРК, взяв сырьевые компоненты имеющие близкие значения полярной и дисперсионной составляющих, устранив возможный дисбаланс межмолекулярных сил на границе раздела фаз «наполнитель-полимерное связующее». Однако при использовании подобного подхода возникает проблема получения воспроизводимых углов смачивания набухающих порошков - решение данной проблемы, в случае использования в качестве измерительной аппаратуры современных гониометров, стало целью данной работы. Установлено, что для набухающих порошковых материалов (сапонит-содержащий материал, древесная мука) в сравнении с порошком из кварцевого песка для определения псевдоравновесного краевого угла необходимо проводить коррекционное изменение положения базовой линии по уровню границы набухшего материала.

Объектом исследования являются цементные композиты с активными минеральными добавками. Рассматриваются добавки, способствующие повышению коррозионной стойкости композитов. Одни из них являются активными к цементному тесту, другие к агрессивным средам. Добавки активные к агрессивным средам могут выходить к поверхности композитов и вступать в реакции с проникающими средами. В результате проведения исследований выявлены возможные механизмы физико-химического взаимодействия добавок с агрессивными средами. Образцы отверждались пропаркой и в нормальных условиях. Приводятся примеры результатов исследования кислостойкости цементных композитов с добавками. Показатели кислостойкости цементного камня с продуктом распада цемента в серной кислоте сравнивали с результатами, полученными при испытании цементного камня с 10% содержанием маршалита. А показатель стойкости мелкозернистого бетона с активными к агрессивной среде добавками, с хлористыми барием и стронцием, сравнивали с результатами испытания бетона без добавки и содержащим диатомит. Согласно проведенным исследованиям цементный камень с маршалитом имеет более высокую первоначальную прочность. Однако более высокие показатели прочности и стойкости после выдержки в агрессивной среде имеет цементный камень с добавкой продукта коррозии. Показано, что коррозионная стойкость пропаренного цементного камня в 2% растворе серной кислоты, как с добавкой, так и без нее значительно выше, чем камня нормального отвердевания.

В статье отражена необходимость переработки железобетонного и бетонного лома, образующегося при реализации программы реновации в городе Москве. Показано, что часть бетонного и железобетонного лома может подвергаться переработке с целью получения сырьевых материалов для высокоэффективного самоуплотняющегося бетона - щебня из дробленого бетона фр. 5-10 мм и микронаполнителя. Указано, что ключевым принципом эффективной системы переработки является организация удаления загрязняющих примесей и сортировка различных видов изделий. Рекомендована технологическая последовательность демонтажа зданий, организация транспортных операций, линий переработки железобетонного и бетонного лома, складирования и контроля качества получаемого продукта. Предложены технологические приёмы, позволяющие получать высокоэффективные самоуплотняющиеся бетонные смеси на материалах из бетонного лома в заводских условиях производства.

В настоящей работе представлены результаты исследования вариативности физико-механических и физико-химических свойств, а также структурных особенностей алюмосиликатного техногенного сырья из отходов топливно-энергетических предприятий в виде зол различных типов как компонентов битумных эмульсий, используемых в составе гибридного связующего (портландцемент - битумная эмульсия) для цементоасфальтобетона. На основании анализа совокупности характеристик топливных зол определена возможность и целесообразность их введения в состав битумных эмульсий с целью получения в структуре цементоасфальтобетона битумных прослоек, позволяющих улучшить его эксплуатационные характеристики. В результате проведенного анализа среди рассматриваемого техногенного сырья выявлена наиболее удачная добавка-разбавитель, которая позволила бы на этапе введения в эмульсию сохранить ее свойства, а на этапе формирования структуры конечного композита обеспечить заданные свойства.

Изложен подход для исследования механизма деформирования композиционных материалов при растяжении, основанный на использовании методов анализа кривых « », фиксируемых с помощью современного испытательного оборудования с высокой частотой снятия показаний (0,01 сек.). Проанализировано изменение временных рядов прироста напряжений эпоксидного полимера в зависимости от шага фиксации показаний. Выявлено, что с увеличением шага от 0,01 до 0,16 сек. наблюдается структуризация временной кривой, что позволяет выделить зоны с различным характером накопления дефектов структуры. Исходя из анализа разрушения твердого тела как дискретно-непрерывного процесса, определены координаты наиболее «критических» точек кривых деформирования, характеризующихся наименьшими отрицательными показателями прироста напряжений на предшествующем временном интервале длиной 0,16 сек., содержащем 2 ⁴ экспериментальных точек. Предложен алгоритм оценки скорости накопления повреждений в структуре полимерных материалов на основе анализа прироста напряжений при увеличении относительного удлинения при растяжении. Показано, что число отказов, определяемых из анализа кривых деформирования, фиксируемых с высокой частотой, позволяет количественно определить критический уровень дефектов, приводящих к разрушению композитов.

В работе отмечается актуальность разработки гипсовых материалов, модифицированных пенокерамическими гранулами. Обзор литературы показал, что на данный момент пенокерамика применяется преимущественно в бетонах и смесях на основе цемента. Ближайший аналог пенокерамических гранул - пеностекло, уже широко используется в производстве штукатурных смесей и стяжек на гипсовой основе, поэтому авторы не видят препятствий для применения и пенокерамики в их составе. Такой подход мог бы позволить сократить расходы на производство и сырье, ввиду того, что пенокерамика требует более низких температур при пучении и производится преимущественно из отходов горнодобывающей промышленности.

В статье приводятся результаты исследования изменений структуры и свойств бетона, армированного низкомодульными синтетическими микроволокнами, после воздействия на него высоких температур. Осуществлен анализ причин возникновения в бетоне феномена взрывного разрушения при нагревании. Выполнен обзор современных методов повышения огнестойкости строительных конструкций, включая возможные способы предотвращения их взрывного разрушения при возникновении пожара. Показано, что синтетическая микрофибра выгорает при температуре, близкой к 400ºС, образуя дополнительную пористость для выхода воды в виде пара из бетона. При дальнейшем повышении температуры до 600ºС образуется значительное число трещин, повышающих дефектность структуры и снижающих прочность фибробетона. Проведено сравнение водонепроницаемости бетонных и фибробетонных образцов после температурного воздействия по коэффициенту фильтрации. Уточнен механизм повышения стойкости бетонов к воздействию высоких температур и взрывному разрушению при нагревании в результате армирования низкомодульными микроволокнами.

Инновационное развитие технологий строительных композиционных материалов непосредственно зависит от понимания механизма связывания воды в минеральной системе. Аква-комплекс [2ТO ₃ -OH ₂ -M ^{n +} 2M ^{m +} O` <sub>4</sub> ] (где T- Siи др. 4-х валентные катионы, M <sup>n +̶</sup> ̶ одно- и двух- валентные катионы: Na, K, Fe <sup>2+</sup> и др., M <sup>m +</sup> - многовалентные катионы: Al <sup>3+</sup> , Fe <sup>3+</sup> и др., О` ̶ летучие: О, Cl, S и др. ) является решением этой проблемы. Аква-комплекс впервые был установлен в результате исследования взаимодействия воды с природным минеральным веществом. В дальнейшем, роль аква-комплекса как закона эволюции Земной материи была обоснована всем комплексом геолого-минералогических и экспериментальных данных. Верификация концепции аква-комплекса, кроме геологии, осуществлена на базе разных областей естествознания (почвоведения и др.), а также на примере прикладных наук. Концепция аква-комплекса раскрывает природу вяжущих свойств цемента и дает ответ на ключевую проблему строительного материаловедения: почему в процессе затворения водой системы тонкодисперсных минеральных компонентов (система C ─ S) происходит их консолидация с образованием монолита, искусственного аналога скальной породы. Знание природы твердения в системе C─S─H позволяет максимально оптимизировать технологии создания строительных материалов с заданными свойствами. Это показано на примере конструирования строительного композита на основе бетона.

В связи с дефицитом высококачественного глинистого сырья, во многих регионах России актуальна задача получения кирпича, особенно лицевого, из пород с пониженным содержанием глинистых фракций. Проблема может быть решена за счет использования способа полусухого прессования. Осветление керамического черепка рекомендуется осуществлять введением в состав тонкомолотого мела в сочетании с упрочняющей добавкой волластонитом. Подбор состава шихты осуществлялся методом рационального планирования эксперимента. Введение добавок в оптимальной дозировке позволило получить: кремовый цвет черепка из красножгущегося глинистого сырья прочностью при сжатии 49,5 МПа, водопоглощением 10,5 мас. %. При этом необходимо строго контролировать дозировку мела, т.к. ее превышение сверх оптимума приводит к снижению предела прочности и росту водопоглощения. Таким образом на основе сырья с содержанием глинистых частиц всего 6,8 об. % возможно получение лицевого керамического кирпича с осветленным черепком.

Целью данной работы является исследование поведения активированного микрокремнезема в щелочной среде и влияние волокон (фибры) на физико-механические характеристики бетона. Предложен метод активации микрокремнезема в щелочной среде и стабилизации тонкодисперсных частиц суперпластификатором. Для проведения сравнительного анализа результатов, в разработанные составы бетонных смесей вводилось микроволокно в виде базальтовой и полипропиленовой фибры с расходом от 0,5 до 1% по объему. Испытание образцов-призм исследуемых составов бетона проводились с рекомендованной интенсивностью нагружения, фиксацией и обработкой результатов исследования. Установлено, что образцы-призмы из тяжелого бетона с базальтовой фиброй (БФ 0,75%) выдерживают максимальную нагрузку и имеют условный коэффициент интенсивности напряжений выше на - 25,91%, напряжение при изгибе - 25,89% в сравнении с контрольным составом. По отношению к образцам с полипропиленовой фиброй (ПП 0,75%) на 10,85% и 10,87% соответственно. Полученные результаты исследований модифицированного бетона на основе применения химически активированного микрокремнезема с микроармирующим волокном, обладающего улучшенными физико-механическими свойствами и эксплуатационными показателями, позволяют рекомендовать его для строительства изделий и конструкций в тяжелых условиях эксплуатации.

Критерием, позволяющим оценить качество пигмента, может быть развернутая характеристика его дисперсности. Исследованы параметры дисперсности двух марок пигментного диоксида титана: из дорогого и доступного ценовых диапазонов. Применялся метод лазерной дифракции. Установлено, что большая часть массы (объема) частиц исследованных пигментов имеет размеры вне эффективного с точки зрения рассеивающей способности диапазона. Пигменты имеют близкое количество частиц с размерами в эффективном диапазое (в интервале 0,19-0,25 мкм). Наивероятнейший размер частиц более дешевого пигмента соответствует области оптимального размера частиц, а у дорогостоящего пигмента - ниже оптимальных значений. В обоих исследованных марках пигмента присутствуют наночастицы размерами менее 115 нм. Их объемное (или массовое) содержание не менее 1,5%; или не менее 7% от общей удельной поверхности всех частиц пигмента. Необходимы исследования зависимостей долговечности пигментированных лакокрасочных покрытий от наличия и содержания наноразмерных частиц.

При изготовлении и укладке сероасфальтобетоных смесей протекают химические реакции, сопровождающиеся выделением токсичных газов - сероводорода и диоксида серы. Это существенно ограничивает использование серы для изготовления сероасфальтобетона. Однако применение нейтрализаторов эмиссии токсичных газов позволит решить указанную проблему. Модифицирующие добавки - нейтрализаторы, могут химически взаимодействовать с сероводородом и диоксидом серы предположительно с образованием мало- или нерастворимых соединений. В статье представлены результаты исследования кинетики эмиссии газов сероводорода H ₂ S и диоксида серы SO ₂ в зависимости от вида нейтрализатора. Исследована эффективность в качестве нейтрализаторов, следующих химические соединений: оксид марганца, оксид цинка, оксид меди, цинк, доломит, диатомит. Проведен сравнительный анализ интенсивности выделения токсичных газов из серобитумного вяжущего, результаты которого показывают, что применение нейтрализаторов позволяет снижать эмиссию токсичных газов тем самым решается экологическая проблема использования сероасфальтобетонов.