Колесников А. В. Механізми багатоосередкового структуроутворення будівельних композитів на основі гіпсу

English version

Дисертація на здобуття ступеня доктора наук

Державний реєстраційний номер

0525U000253

Облікова картка дисертації

0525U000253.pdf

Здобувач

Спеціальність

  • 05.23.05 - Будівельні матеріали та вироби

02-06-2025

Спеціалізована вчена рада

Д 41.085.01

Одеська державна академія будівництва та архітектури

Анотація

Об’єктом дослідження є процеси багатоосередкового структуроутворення у гіпсовмісних композиційних матеріалах, як у складних відкритих системах, що самоорганізуються. Метою роботи є формування наукових засад і моделей багатоосередкового структуроутворення, які дозволяють керовано впливати на структуру композиту задля покращення експлуатаційних властивостей, таких як міцність, водостійкість, довговічність і теплоізоляційна здатність. У дослідженні використано методи теоретико-системного аналізу, геометричної параметризації, теорії динамічних систем, топології, теорії перколяції, структурного потенціалу та геометродинамічного моделювання. Застосовано апарат тепловізійного аналізу, комп’ютерної мікроскопії, аналізу гістограм зображень, кривих структуроутворення, дослідження електропровідності, діелектричних втрат, швидкості ультразвуку та екзотермії. Експериментальні методики поєднано з математичним моделюванням, що дозволило забезпечити багаторівневий підхід до вивчення структури та її еволюції в часі. Структурні перетворення аналізувалися як у реальному часі, так і на основі знімків з мікроскопічних та тепловізійних досліджень. Основними науковими результатами є: розроблення моделей кластероутворення з урахуванням фаз чутливості та біфуркаційних переходів; побудова структурного потенціалу як функції від частин структур різної розмірності; формалізація процесів руйнування на основі топологічних моделей меж між кластерами, зокрема у вигляді сітки Вороного; виявлення ефектів часткової синхронізації змін фізичних параметрів під час тужавлення та фазових перетворень; запропонування індексу водостійкості як нового комбінованого показника, що краще відображає міцність матеріалу у водонасиченому стані. Суттєво удосконалено метод аналізу кривих структуроутворення шляхом їх трансформації у криві кривизни та визначення синхронізованих часових інтервалів появи особливостей на графіках кривизни. Розроблено геометродинамічну модель морфогенезу композитів, яка описує структуру матеріалу через змінні об’ємні частини різних геометричних вимірів – точкових, лінійних, поверхневих і тривимірних. Ці змінні використовуються у побудові структурного потенціалу, а також для моделювання ефектів автоколивань, циклічного зародження і руйнування структурних елементів під час твердіння. Визначено особливості структури гідратаційних новоутворень на поверхні зерен напівводного гіпсу, а також просторову структуру периферійних зон з пониженою впорядкованістю, які формують осередки потенційного руйнування. Встановлено, що утворення структури супроводжується відцентровим кластероутворенням, в результаті якого на межах кластерів виникають зони зниженої локальної міцності, що значною мірою визначають опір матеріалу до тріщиноутворення. Практичні результати включають: методики оцінки структури в реальному часі за тепловізійними та ультразвуковими характеристиками; визначення моментів початку й завершення тужавлення у високонаповнених композиціях, де пенетраційні методи недоступні; комп’ютерні алгоритми аналізу структури за зображеннями мікропрепаратів; оптимізацію складу, структури та властивостей тепло- і звукоізоляційних гіпсових композитів з подальшим впровадженням у будівництво. Запропоновані підходи дали змогу підвищити водостійкість, тепло- та звукоізоляційні характеристики гіпсових матеріалів і дозволили адаптувати їх до умов сучасного будівництва. Наукова новизна полягає у підкресленні ролі динамічних змін геометричних властивостей, які охоплюють системну ієрархію структурних рівнів, топологічні механізми трансформації, кластеризацію, структурні переходи та морфогенез матеріалу. З системної та структурної точки зору надано інтерпретацію синхронізації процесів зміни електропровідності, екзотермії, швидкості ультразвуку та діелектричних втрат під час стадій структуроутворення. Результати впроваджено у будівництві під час виконання робіт із улаштування тепло- та звукоізоляційних стяжок під підлоги, а також у навчальному процесі через відповідні освітні компоненти з фізико-хімії, структуроутворення, дослідження та оптимізації композиційних матеріалів. Сфера використання дисертаційних розробок охоплює моделювання, дослідження і проєктування будівельних матеріалів на основі гіпсу з заданими структурно-функціональними характеристиками.

Читати повністю

Публікації

1. Довгань И.В., Колесников А.В., Семенова С.В. Применение некоторых геометрических методов исследования структурообразования вяжущих веществ. Вісник ОДАБА. 2008. Вип. 31. С.137-140

2. Довгань И.В., Колесников А.В., Семенова С.В. Качественные методы триадной теории систем. Вісник ОДАБА. 2010. Вип. 39, ч. 1. С. 145–152

3. Довгань И.В., Колесников А.В., Семенова С.В., Кириленко Г.А. Довгань И.В., Колесников А.В., Семенова С.В., Кириленко Г.А. Описание геометрических свойств дисперсных систем с помощью полинома. Вісник ОДАБА. 2011. Вип. 43. С. 115–119

4. Довгань И.В., Колесников А.В., Семенова С.В., Шарыгин В.М. Выбор модельного объекта для системного материаловедческого исследования. Вісник ОДАБА. 2011. Вип. 44. С. 78–85

5. Довгань И.В., Колесников А.В., Семенова С.В., Кириленко Г.А. Динамика геометрических свойств и процессов самоорганизации в вяжущих материалах. Вісник ОДАБА. 2013. Вип. 48. С. 151–156

6. Довгань И.В., Колесников А.В., Семенова С.В., Шарыгин В.Н. Управление процессами релаксации в композиционных материалах. Вісник ОДАБА. 2013. Вип. 48. С. 157–163

7. Керш В., Фощ А., Колесников А. Описание водостойкости гипсосодержащих композиций с помощью комбинированного критерия. Збірник наукових праць Українського державного університету залізничного транспорту. 2017. Вип. 168. С. 133–139

8. Довгань И.В., Семенова С.В., Колесников А.В., Дмитренко М.П. Применение динамической теории информации для исследования структурообразования в строительных композитах. Вісник ОДАБА. 2017. № 66. С. 59–65

9. Довгань И.В., Семенова С.В., Колесников А.В., Шарыгин В.Н. Иерархические модели структурообразования в высоконаполненных строительных композитах. Вісник ОДАБА. 2017. № 66. С. 59–65

10. Керш В.Я., Колесников А.В., Гедулян С.И. Статистические характеристики структуры энергосберегающих композитов. Вісник ОДАБА. 2018. № 70. С. 81–98

11. Керш В., Колесников А., Фощ А., Щербина В. Оценка и оптимизация водостойкости гипсовых композитов. Наукові вісті Далівського університету. 2019. Вип. 16. С. 14–17

12. Керш В., Колесников А., Хлицов М., Фощ А. Аналіз структурних станів твердіючого в’яжучого по неперервним експериментальним кривим. Містобудування та територіальне планування. 2020. Вип. 73. С. 129–139

13. Колесников А.В., Семенова С.В., Выровой В.Н., Керш В.Я. Анализ тепловых еффектов при многоочаговом структурообразовании. Вісник ОДАБА. 2021. №85. С.79-88

14. Колесников А.В., Семенова С.В., Казмирчук Н.В., Кириленко Г.А. Исследование структурообразования гипсовых композитов на основе уравнений Колмогорова. Вісник ОДАБА. 2020. №78. С.97-107

15. Kolesnikov A.V., Semenova S.V., Kirilenko G.A. Phenomenological analysis of the role of geometric features in the formation of the structure and properties of the material. Вісник ОДАБА. 2021. № 82. С. 73–81

16. Kolesnykov A.V., Semenova S.V., Oliinyk T.P., Kyrylenko H.A., Makovetskaya E.A. Topological characteristics of the structure of composite materials. Вісник ОДАБА. 2022. № 87. С. 65–75

17. Колесников А.В., Замула М.О. Системні механізми структуроутворення у багатокомпонентних композиційних матеріалах. Технічні науки та технології. 2023. № 3(33). С. 215–226

18. Колесников А.В., Семенова С.В., Маковецька О.О. Моделювання процесів структуроутворення композитів методами теорії катастроф. Сучасне будівництво та архітектура. 2023. № 6. С. 90–98

19. Kolesnykov A.V., Semenova S.V., Vyrovoy V.M., Oliinyk T.P. Building composites as objects of system analysis. Сучасне будівництво та архітектура. 2023. № 3. С. 41–48

20. Колесников А.В., Замула М.О. Неруйнівні методи контролю процесів тужавлення і твердіння будівельних композиційних матеріалів із крупним наповнювачем. Технічні науки та технології. 2023. № 2 (32). P. 397–406

21. Gara O.A., Kolesnykov A.V., Semenova S.V., Oliinyk T.P. Оptimization of accelerated carbonization hardening effects of еxpanded clay concrete. Сучасне будівництво та архітектура Сучасне будівництво та архітектура. 2024. Вип. №8. С.50-64

22. Kersh V., Kolesnikov A., Hlytsov N., Foshch A. Determination of Transition Stages of Structure Formation by Experimental Data. Key Engineering Materials. 2020. Vol. 864. P. 53–58

23. Kersh V., Kolesnikov A., Hlitsov N., Gedulyan S. Thermal and acoustic insulating gypsum composite material with improved water resistance. Tehnički glasnik. 2020. Vol. 14, No. 2. Р. 89–93

24. Kersh V., Kolesnikov A., Khlytsov N., Foshch A. Ultrasonic Control of the Formation of Gypsum Binders. Materials Science Forum. 2019. Vol. 968. P. 122–127

25. Dovgan I., Kolesnikov A., Semenova S., Zaitseva O. The quantitative characteristics of the microstructure of building composites. Tehnicki glasnik. 2016. Vol. 10, No. 3-4. P. 113-116

26. Kolesnykov A.V., Semenova S.V., Oliinyk T.P., Kyrylenko H.A. Quantitative investigation of polymer composites’ destruction structures. Key Engineering Materials. 2022. 2023. Vol. 2840, Issue 1. 040002

27. Kolesnykov A., Semenova S., Streltsov K., Hedulian S. Spatial Organization of Thermal Processes during Structure Formation of Composite Materials. Materials Science Forum. 2024. Vol. 1141. Р.53-61

28. Kersh V., Kolesnikov A., Khlytsov N., Foshch A. Generalized optimality criteria of energy-efficient composites. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2021. Vol. 1162

29. Semenova S.V., Kolesnikov A.B., Kyrylenko G. A., Olіynik T.P. Аnalysis of the structure formation processes of building composites by geometric methods. IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering. 2021. Vol. 1162, 012014

30. Kersh V., Kolesnikov A., Gedulyan S., Tverdochleb S. Statistical characteristics of energy-saving composites’ structure. Meridian Ingineresc. 2017. № 4. P. 32-36

31. Колесников А.В., Семенова С.В., Вировий В.М., Керш В.Я. Методи обробки зображень в задачах будівельного матеріалознавства: монографія. Одеса: ОДАБА, 2024. 200 с. ISBN 978-617-8365-02-8

Читати повністю

Файли

autoreferat-Реферат дисертації Колесникова А-В-.pdf

Диссертація Колесникова А-В-.pdf

Схожі дисертації

0525U000190

Ластівка Олесь Васильович

Наукові основи створення захисно-декоративних покриттів будівельного призначення на основі порошкових лакофарбових матеріалів

0524U000295

Марків Тарас Євгенович

Наукові засади отримання бетонів з підвищеною тріщиностійкістю за рахунок керування структуроутворенням на різних рівнях

0522U100004

Борзяк Ольга Сергіївна

Регулювання контактних взаємодій для підвищення стійкості в умовах експлуатації матеріалів на основі мінеральних в’яжучих

0421U104082

Непомящий Олександр Миколайович

Механізм опору морозному руйнуванню будівельних конструкцій

0421U103942

Турба Юрій Васильович

Тріщиностійкість дисперсно-армованого бетону