Дисперсноармовані пінофібробетони

Бордюженко О.М., доцент

Анотація

Показана ефективність використання базальтового волокна в якості армуючої мінеральної добавки для виготовлення пінобетонних виробів. Відзначено характерні риси впливу базальтової фібри на фізико-механічні властивості пінобетонів.

Annotation

The efficiency of use of a basalt fibre is shown as the reinforcing mineral component for manufacture cellular concretes. The personal touches of influence of a basalt fibre on the physical and mechanical characteristics of cellular concretes are marked.

Виклад основного матеріалу

Незалежно від прийнятої технології, у тому числі від умов і режимів твердіння, традиційними недоліками ніздрюватих бетонів залишаються низька опірність розтягуючим напругам і підвищена крихкість, в результаті чого вироби набувають небажаних околів і тріщин при виготовленні, транспортуванні і монтажі. Неавтоклавні ніздрюваті бетони характеризуються до того ж високими деформаціями усадки, що призводить до інтенсивного тріщиноутворення і навіть руйнування виробів.

Радикальним способом усунення зазначених недоліків є дисперсне армування ніздрюватого бетону неметалічними волокнами (мінеральними, полімерними), що забезпечує істотне поліпшення міцнісних і деформативних властивостей матеріалу, а також підвищення експлуатаційної надійності виробів і конструкцій.

Армування волокнами значно зменшує або повністю виключає появу і розвиток усадочних тріщин в процесі твердіння і наступної експлуатації матеріалу.

В сучасних пінобетонах можливе використання фібри різного виду [1, 2, 3]: пінобетон фібра базальтовий добавка

- металевої (стальної, чавунної, мідної та ін. видів);

- з органічних матеріалів (напр. поліетилену, поліпропілену);

- скляної;

- хризотилової (хризотил-азбест);

- базальтових волокон.

Переважна більшість із зазначених видів фібри є достатньо дорогими, крім того, використання металевої фібри стримується можливістю її виходу на поверхню конструкцій внаслідок ерозії, що створює певну небезпеку при експлуатації. Фібру з органічних матеріалів досить складно рівномірно розподілити в структурі пінобетону [4]; при використанні скляної фібри може виникати зниження міцності армуючих волокон в середовищі твердіючого цементу [2, 4]. Хризотил не набув широкого застосування в ніздрюватих бетонах, внаслідок появи додаткових санітарно-технічних вимог щодо забезпечення безпеки умов виробництва.

З цією точки зору, досить цікавим і перспективним видом дисперсного армування можуть бути базальтові волокна.

Базальтові волокна нетоксичні, володіють високими фізико-механічними характеристиками, підвищеною в порівнянні з мінеральними і скляними волокнами стійкістю до кислот і лугів, низьким коефіцієнтом теплопровідності, більш високою температурою застосування.

Можливість використання в пінобетонах фібр з базальтових волокон поки недостатньо вивчена.

Нами проводились дослідження впливу базальтової фібри виробництва "Технобазальт-Інвест" (м. Славута) на властивості неавтоклавного пінобетону.

В якості армуючого компоненту використовувалось рублене базальтове волокно, що являє собою відрізки комплексної базальтової нитки, оброблене спеціальним замаслювачем (тип замаслювача - "76"). Довжина волокон - 5 мм, діаметр - 13 мкм. Також використовували: портландцемент М500 І типу Здолбунівського цементного заводу; кварцовий пісок з модулем крупності 1,45, піноутворювач ТЭАС-П російського виробництва.

Суттєвий вплив на властивості дисперсноармованих матеріаалів і, зокрема ніздрюватих бетонів, має спосіб перемішування суміші, який має забезпечити розпушування волокон фібри а також її рівномірне розподілення по об'єму матеріалу. Крім того, для самого пінобетону спосіб перемішування відіграє значну роль в плані одержання стабільної пористої структури, не схильної до зсідання та розшарування.

Порівнювали три способи отримання пінобетонної суміші з фіброю:

1) Ручне перемішування сухих компонентів суміші з поступовим додаванням базальтового волокна, далі - необхідної на заміс води і окремо приготовленої піни.

2) Механічне перемішування (послідовність операцій відповідає першому способу) за допомогою ручного електроміксера зі швидкістю обертання 1500…2000 об./хв. на стадії перемішування сухої суміші і 500…1000 - після додавання піни.

3) Механічне перемішування з приготуванням піномаси методом аерації. Після перемішування сухих компонентів та рівномірного розподілу фібри додається необхідна кількість води на заміс, а також розчин піноутворювача. При швидкісному перемішуванні відбувається повітровтягнення розчину в'яжучого, піску і розчину піноутворювача.

Як показали результати дослідів (табл. 1) механічне перемішування дозволяє значно краще розділити (розпушити) волокна фібри а також більш рівномірно розподілити їх в масі. Ручне перемішування виявилось найменш ефективним в плані одержання рівномірної структури, крім того суміш виявляла схильність до зсідання.

Третій спосіб перемішування при дещо більшій густині суміші дозволив отримати якісну дрібнопористу структуру пінобетону, яка виявляла ознаки стабільності до початку тужавлення цементу. Як відомо [5], позитивною особливістю методу аерації (точніше, перемішування компонентів при високих обертах) є також часткова активація суміші, що проявляється в подальшому зростанні міцності.

Таблиця 1

Вплив способу перемішування на властивості пінофібробетону

*Склад суміші - Ц:П = 2:1, В/Ц = 0.58.

Дослідження впливу вмісту фібри проводились згідно двохфакторного плану другого порядку (В₂). В якості факторів планування виступали: витрата цементу (Х1 = 350±30 кг/м³) та витрата фібри, % за масою (Х₂ = 0,25±0,15). Розрахунок складу пінобетону проводили на марку Д600. В усіх точках плану витрата піноутворювача (ТЭАС) складала 1,3 л/м³, витрата води підбиралась експериментально для забезпечення консистенції суміші (за віскозиметром Суттарда) близько 140 мм. Перемішування суміші здійснювалось механічним способом з використанням методу аерації. З одержаної суміші виготовляли стандартні зразки які потім випробовували на стиск і на згин. Результати досліджень наведені в табл. 2.

Також додатково були проведені дослідження по трьом контрольним точкам (К1, К2 і К3) що відповідали за складом точкам матриці планування, але характеризувались відсутністю фібри. Зокрема, К1 була аналогом т.1, 2 і 5, К2 - т.3, 4 і 6, а К3 - т. 7-11.

Результати експерименту за вказаними контрольними точками наведені в табл. 3.

Таблиця 2

Залежність властивостей пінобетону від витрат базальтової фібри

Умовні позначення: Ц - цемент; П - пісок; В - вода; Ф - фібра.

Таблиця 3

Нижче наведені математичні моделі міцності на стиск і на згин а також середньої густини зразків пінобетону, що тверділи протягом 28 діб, МПа.

R_ст = 1,52+0,43•х₁+0,07•х₂?0,15•х₁²+0,09•х₂²?0,05•х₁• х₂.

R_зг = 2,12+0,15•х₁+0,73•х₂+0,06•х₁²?0,34•х₂²?0,30•х₁• х₂.

= 523?1•х₁?15•х₂+5•х₁²+5•х₂²+6•х₁• х₂.

Аналіз результатів дозволяє відзначити, що введення в пінобетонну суміш базальтового волокна (фібри) дозволяє покращити ряд властивостей пінобетону і, особливо, підвищити міцність при згині. Як видно з рис. 1а при введенні фібри R_зг суттєво зростає, і в залежності віт витрат цементу та при вмісті фібри 0,71% за об'ємом може досягати 2,51-2,72 МПа, що навіть більше ніж значення міцності на стиск для тих самих точок.

Очевидно, армуючий ефект волокон фібри найкраще проявляється при максимальному їх вмісті за даних умов, які зберігаючи високе зчеплення з цементною матрицею, сприймають на себе виникаючі розтягувальні напруги і перешкоджають розвитку мікротріщин у бетоні. Характерним є також, що більш яскраво вплив фібри на міцність при згині проявляється за низьких витрат цементу (рис. 1а).

Размещено на http://www.allbest.ru/

Вплив витрат цементу (фактор Х₁) на міцність при згині є не таким однозначним (зокрема про це свідчить досить суттєвий коефіцієнт взаємодії Х₁₂) і, головним чином, залежить від вмісту фібри. Проведений аналіз показав, що позитивний вплив витрат цементу на міцність при згині спостерігається переважно при мінімальних витратах фібри.

Ізопараметричний аналіз впливу факторів дозволив встановити досить вузьку область їх можливих значень, що забезпечують, за даних умов експерименту, максимальну міцність при згині. Характерно, що ця область знаходиться в зоні низьких витрат цементу (Х1= -1…-0,6) при максимально можливих витратах фібри.

Вплив досліджуваних факторів на міцність при стиску є достатньо закономірним. Вплив вмісту фібри (фактор Х₂) є незначним, - про це свідчать невисокий лінійний коефіцієнт в рівнянні регресії і характер графічних залежностей (рис. 1б), - і це зрозуміло, оскільки, як правило, дисперсне армування створює значно менший вплив на даний показник бетону.

В той же час, як показують теоретичні дослідження і експериментальні дані [4] існує можливість хімічної взаємодії аморфного кремнезему nSiO₂•H₂O базальтового волокна і продуктів гідратації портландцементу, що забезпечує підвищення міцності зчеплення волокна з цементним каменем. В даному випадку ефект суттєвого збільшення міцності не був зафіксований, що можна пояснити наявністю замаслювача на поверхні волокон.

Найкраще фібра проявляє себе, знову ж таки, при низьких витратах цементу.

Витрата цементу в досліджуваній області впливає на R_ст майже лінійно, і при знаходженні обох факторів на верхніх рівнях варіювання досягається абсолютне значення міцності близько 2 МПа, що достатньо високий показник при отриманій середній густині (510-560 кг/м³).

З наведених даних очевидно, що хоча абсолютний вплив фібри на густину і не надто значний, однак у відносному вираженні він достатньо помітний. Зменшення густини при мінімальній витраті цементу може досягати майже 10% (до 510 кг/м³).

Особливо цей ефект помітний в порівнянні з впливом витрати цементу і може бути пояснений можливістю додаткового залучення повітря в бетонну суміш за рахунок защемлення між окремими волокнами фібри.

Як вже зазначалось вище, неавтоклавні пінобетони мають схильність до деформацій усадки, зумовлених значною кількістю води формування, що вводиться в суміш в процесі її приготування.

Усадка при висиханні є досить важливим показником пінобетону, що пов'язана з його тріщиностійкістю. Цей показник нормується зокрема вимогами ДСТУ Б В.2.7-45-96 [6].

Використання волокон базальтової фібри в якості дисперсного армую-чого матеріалу дозволяє висловити припущення про можливість значного зменшення деформацій усадки в процесі твердіння і подальшої експлуатації пінобетону.

Визначення усадки проводили на окремо виготовлених зразках призмах розміром 160Ч40Ч40 мм протягом 28 діб. Склад пінобетону по окремих серіях зразків відповідав точкам 1-4 матриці планування (табл. 1) і двом контрольним точкам К1 і К2 (табл. 2). Результати визначення усадки відображені на рис. 2.

Отримані дані свідчать про позитивний вплив волокон базальтової фібри на величину усадки при висиханні. В порівнянні з контрольними зразками усадка закономірно зменшується за наявності у складі фібри. У віці 28 діб величина усадки зменшується в середньому більше ніж в 2 рази і складає близько 1…1,2 мм/м. При цьому, характерно, позитивний вплив проявляється вже при мінімальних витратах фібри і не значно зростає при збільшенні її вмісту.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Такі значення усадки дозволяють стверджувати про значно вищу стійкість отриманого пінофібробетону до появи усадочних тріщин і більшої експлуатаційної надійності виробів з нього в цілому.

Введення базальтової фібри до складу пінобетону сприяє також суттєвому збільшенню міцності на згин. На ефективність використання фібри суттєво впливає її об'ємний вміст а також спосіб перемішування суміші.

Можливість армування пінобетону базальтовими волокнами створює передумови для розробки технології виготовлення пінофібробетонних виробів, що характеризуються важливим поєднанням низької власної ваги, підвищеною міцністю (зокрема на розтяг при згині), тріщиностійкістю, ударної в'язкістю тощо.

Література

1. Армирование вяжущих веществ минеральными волокнами./ Пащенко А.А., Сербин В.П., Паславская А.П.. М.: Стройиздат, 1988. 197с.

2. Рабинович Ф.Н. Дисперсно армированные бетоны. М.: Стройиздат, 1989. 176 с.

3. Пухаренко Ю.В. Свойства и перспективы применения ячеистого фибробетона // Популярное бетоноведение. С.Петербург. 2006. № 4. С. 50-53.

4. Курлапов Д.В. К вопросу дисперсного армирования бетонов // Популярное бетоноведение. С.Петербург, 2006. № 6. С. 55-58.

5. Большаков В.И., Мартыненко В.А., Бурейко С.В. // Строительные материалы и изделия. 2001. №5-6. С. 35-37.

6. ДСТУ Б В.2.7-45-96. Бетони ніздрюваті. Технічні умови.

Размещено на Allbest.ru