Композиционные вяжущие для фибробетонов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Композиционные вяжущие для фибробетонов

Клюев А.В.

Кандидат технических наук, старший преподаватель,

Белгородский государственный технологический

университет им. В.Г. Шухова

Аннотация

В статье рассмотрены вопросы применения композиционных вяжущих для фибробетонов.

Ключевые слова: фибробетон, композиционное вяжущее, прочность

Klyuyev A.V.

Candidate of Technical Sciences, Belgorod State Technological, University named after Shukhov

FIBER-REINFORCED CONCRETE AND PRODUCTS ON ITS BASIS

Acute questions composite binders using for fiber-reinforced concrete are considered in the article.

Keywords: fiber-reinforced concrete, composite binder, strength.

Перспективным направлением в получении модифицированных вяжущих, является активация портландцемента за счет его помола, причем может проводиться как помол чистого портландцемент, с получением на выходе тонкомолотого цемента (ТМЦ), так и совместный помол портландцемента с пластифицирующими добавками, и получением на выходе высокопрочного гидравлического вяжущего с низким уровнем водопотребности - вяжущее низкой водопотребности (ВНВ).

Проводилось исследование характеристик фибробетона, при использовании различных вяжущих [4 - 15]. В качестве базового вяжущего, был выбран портландцемент ЦЕМ I 42,5Н Белгородского цементного завода. На его основе были получены ТМЦ-70 и ВНВ-70. В качестве пластифицирующей добавки для получения ВНВ был выбран Полипласт СП-1.

Использование композиционных вяжущих вместо цемента с различными добавками, вводимыми в бетономешалку, значительно (в 2 - 3 раза) увеличивает время начала и окончания схватывания бетонной смеси, что позволяет перевозить ее на значительно большие расстояния. Это в свою очередь приведет к тому, что в целом по каждому району строительства можно будет обходиться меньшим количеством бетонных заводов [1 -3, 27].

Применение композиционных вяжущих позволяет сократить в зимних условиях время ухода за бетонной смесью, а так же уменьшить продолжительность технологических перерывов, назначаемых обычно для набора прочности бетона. Может быть сокращено так же время ухода за свежеуложенным бетоном в жаркое время года и, естественно, снижены затраты труда, расход воды и т.д.

Одна из особенностей ВНВ заключается в его способности длительное время сохранять активность при хранении. Это является следствием микрокапсулирования активных поверхностей клинкерных минералов цемента модификатором при совместном помоле и созданием адсорбционной преграды, предотвращающей взаимодействие частиц цемента с влагой окружающей среды. В связи с этим установлен срок хранения ВНВ, составляющий не менее 3 месяцев.

Важное значение имеет кинетика набора прочности бетонов на основе ВНВ, заключающаяся в достижении высоких показателей в ранние периоды твердения. Это предопределяет существенное ускорение сроков строительства при возведении монолитных сооружений и возможность изготовления железобетонных конструкций в заводских условиях без использования термообработки, ВНВ-80 используют для высокопрочных бетонных и железобетонных конструкций, ВНВ-50 для конструкций средней прочности, ВНВ-30 для бетонных и пенобетонных блоков, так как при значительном снижении доли клинкера в вяжущем уменьшается выделение диоксида кальция при его твердении и возможно более быстрое уменьшение щелочности среды и снижение ее защитных свойств по отношению к стальной арматуре.

Таким образом, применение ВНВ позволяет получить технический и экономический эффект практически во всех областях применения цементных вяжущих и практически по всем элементам, составляющим разнообразие технологии бетонных работ. Также следует отметить, что наиболее энергоемким исходным материалом в бетоне является портландцемент, по энергоемкости доля цемента в бетоне составляет 70 %. Одним из основных направлений в решении задачи снижения затрат на производство вяжущих, является производство многокомпонентных цементов, при получении которых расход топлива и клинкера сокращается на 25 - 30 % по сравнению с чистоклинкерными цементами [16 - 26].

Исследуемые суспензии «ТМЦ - вода» с добавкой затворяли при постоянном значении В/В=0.35 и различных дозировках добавки. Оптимальным считается минимально возможное количество добавки, при котором достигается максимальное значение расплыва конуса. Составы суспензии и результаты испытаний представлены на рис. 1.

Рис. 1 - Зависимость расплыва миниконуса от количества добавки СП-1

портландцемент фибробетон модифицированный вяжущий

Из рис. 1 видно, что кривая ТМЦ-70 выходит на насыщение при концентрации добавки равной 0,5. Это значит, что дефективная поверхность структуры кварцитов обуславливает более острый угол наклона кривой насыщения к оси Х.

Суспензии на основе ТМЦ-70 и ВНВ-70 являются типичным примером композиционных дисперсных материалов. Отличительная особенность этих наполненных твердой фазой дисперсных материалов состоит в том, что на начальной стадии их получения из дисперсных систем вследствие сильно развитой межфазной поверхности и высокой концентрации дисперсных фаз в жидкой дисперсионной среде самопроизвольно возникают термодинамически устойчивые пространственные коагуляционные структуры, образуемые частицами твердой фазы, разделенными равновесными прослойками жидкой дисперсионной среды.

Полные реологические кривые суспензий «ТМЦ - вода» при разных количествах добавки Полипласт СП-1 (0.1;0.3;0.5 процента от массы вяжущего) были получены на ротационном вискозиметре RHEOTEST 2.1 при однородном сдвиге исследуемых систем в узком зазоре между коаксиальными цилиндрами. На рис. 2 представлены зависимости касательного напряжения сдвига от градиента скорости сдвига.

Рис. 2 - Сравнительная характеристика реологических суспензий ТМЦ - вода с различными концентрациями добавки

Таким образом, анализ полученных данных позволяет установить влияние поверхностно активной добавки СП-1 на вязкость суспензии «ТМЦ - вода». Введение в суспензию «ТМЦ - вода» 0,1; 0,3; 0,5% добавки привело к снижению ф₀ и с повышением содержания в суспензии добавки от 0,1 до 0,5% значение предельного напряжения сдвига снижается, что подтверждают сделанные ранее наблюдения о том, что по всей вероятности адсорбция ПАВ происходит на наиболее активных участках поверхности частиц, где в отсутствие ПАВ образуются наиболее прочные контакты между частицами в коагуляционной структуре. Количество добавки 0,5% от массы вяжущего можно считать оптимальным.

Сопоставляя зерновой состав ТМЦ-70 и ВНВ-70 можно видеть, что при одинаковой удельной поверхности вяжущих (Sуд=500 м²/кг), зерен крупностью от 5 до 20 мкм больше в ВНВ-70 (19,8%) по сравнению с ТМЦ-70 (17,9%), соответственно, доля частиц размером менее 5 мкм в ТМЦ-70 несколько выше чем в ВНВ-70 (рис. 3.). Зерновой состав получаемого при этом вяжущего ВНВ-70 отличается более высоким содержанием частиц крупностью от 5 до 20 мкм, что обеспечивает более высокую его активность. По полученным данным можно оценить и эффективность помола: помол цемента с пластифицирующей добавкой СП-1 в количестве 0,5% от массы цемента проходит интенсивнее; так требуемая величина удельной поверхности 500 м²/кг достигается через 3 ч. помола, а не через 4 ч., как в случае помола цемента без добавки.

Рис. 3 - Зависимости весовой доли частиц от их диаметра

Были определены основные характеристики разработанных вяжущих (табл. 1). Как видно из результатов исследований вяжущее ВНВ-70 характеризуется более высокой активностью по сравнению с цементом ЦЕМ I 42,5 Н и ТМЦ-70.

Таблица 1 - Физико-механические характеристики композиционных вяжущих

Результаты количественного анализа композитов на основе ВНВ и ТМЦ, полученные по одному участку, могут быть перенесены на весь образец и их можно считать достоверными, т.к. микроструктура синтезированных образцов однородна, то есть в любом месте образца при любом заданном увеличении повторяется один и тот же структурный мотив (характерный набор структурных элементов определенной формы, размера и взаимного расположения).

На РЭМ-изображениях четко различаются границы между частицами и порами (рис. 4), что благоприятствует проведению количественного анализа микроструктуры.

Рис. 4 - Изменение морфологии новообразований в зависимости от состава вяжущего

В нашей стране, на сегодняшний день, накоплено достаточно минеральных ресурсов в виде различных отходов промышленности и минеральных шламов, чтобы при эффективном их использовании и рациональном расходе цементных и композиционных вяжущих получать высококачественные дисперсно-армированные мелкозернистые бетоны.

Литература

1. Адамян И.Р. Напряженно-деформированное состояние сталебетонных брусьев прямоугольного поперечного сечения с составной обоймой при сжатии и изгибе: автореф. дис. канд. техн. наук. Белгород. - 2000. - 19 с.

2. Адамян И.Р. Экспериментальные исследования напряженно-деформированного состояния сталебетонных коротких колонн // Сооружения, конструкции, технологии и строит. мат. XXI века: Сб. докл. II Межд. конф.-шк.-сем. молодых ученых, аспирантов и докторантов. Белгород: Изд. БелГТАСМ. - 1999. - ч.2. - С.3 - 6.

3. Адамян И.Р. Экспериментальные исследования сталебетонных стержней при поперечном изгибе // Качество, безопасность, энерго- и ресурсосбережение в пром.-ти строит. мат. и строительстве на пороге XXI века: Сб. докл. Межд. научно-практической конф. Белгород: Изд-во БелГТАСМ. - 2000. - С.3 - 6.

4. Клюев С.В. Фибробетон и изделия на его основе // Международный научно-исследовательский журнал. - 2015. - № 3 - 1 (34). - С. 70 - 73.

5. Клюев С.В. Экспериментальные исследования фибробетонных конструкций с различными видами фибр // Международный научно-исследовательский журнал. 2015. - № 2 - 1 (33). - С. 39 - 44.

6. Клюев С.В. Разработка дисперсно-армированного мелкозернистого бетона на основе техногенного песка и композиционного вяжущего // Международный научно-исследовательский журнал. - 2014. - № 11 - 2 (30). - С. 27 - 29.

7. Клюев С.В. Высококачественный фибробетон для монолитного строительства // Международный научно-исследовательский журнал. - 2014. - № 11 - 2 (30). - С. 29 - 32.

8. Клюев С.В. Высокопрочный мелкозернистый фибробетон на техногенном сырье и композиционных вяжущих с использованием нанодисперсного порошка // Бетон и железобетон. - 2014. - №4. - С. 14 - 16.

9. Клюев А.В., Клюев С.В., Нетребенко А.В., Дураченко А.В. Мелкозернистый фибробетон армированный полипропиленовым волокном // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. - 2014. - № 4. - С. 67 - 72.

10. Клюев С.В., Нетребенко А.В., Дураченко А.В., Пикалова Е.К. Монолитный фибробетон для полов промышленных зданий // Сборник научных трудов Sworld. - 2014. - Т. 19. - №1. - С. 29 - 32.

11. Клюев С.В., Нетребенко А.В., Дураченко А.В., Пикалова Е.К. Фиброармированные композиты на техногенном сырье // Сборник научных трудов Sworld. - 2014. - Т. 19. - №1. - С. 34 - 36.

12. Клюев С.В. Высокопрочный сталефибробетон на техногенных песках КМА // Строительные материалы, оборудование, технологии ХХI века. - 2013. - № 11. - С. 38 - 39.

13. Клюев С.В., Авилова Е.Н. Мелкозернистый фибробетон с использованием полипропиленового волокна для покрытия автомобильных дорог // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. - 2013. - № 1. - С. 37 - 40.

14. Клюев С.В. Высокопрочный сталефибробетон на техногенных песках КМА // Технологии бетонов. - 2012. - №. 5 - 6. - С. 33 - 35.

15. Клюев С.В. Применение композиционных вяжущих для производства фибробетонов // Технологии бетонов. - 2012. - №1 - 2. - С. 56 - 58.

16. Клюев С.В. Фибробетон для каркасного строительства // Белгородская область: прошлое, настоящее и будущее: материалы научн.-практ. конф. Белгород: Изд-во БГТУ. - 2011. - Ч.3. - С. 37 - 38.

17. Клюев С.В. Мелкозернистый сталефибробетон на основе отсева кварцитопесчанника // Белгородская область: прошлое, настоящее и будущее: материалы научн.-практ. конф. - Белгород: Изд-во БГТУ. - 2011. - Ч.3. - С. 27 - 31.

18. Клюев С.В. Сталефибробетон на основе композиционного вяжущего // Белгородская область: прошлое, настоящее и будущее: материалы научн.-практ. конф. Белгород: Изд-во БГТУ. - 2011. - Ч.3. - С. 32 - 36.

19. Клюев С.В. Основы конструктивной организации природных и искусственных материалов // Современные технологии в промышленности строительных материалов и стройиндустрии: сб. студ. докл. Международного конгресса: В 2 ч. Ч. 1. Белгород: Изд-во БГТУ им. В.Г. Шухова. - 2003. - С. 161 - 163.

20. Клюев С.В. Высокопрочный фибробетон для промышленного и гражданского строительства // Инженерно-строительный журнал. - 2012. - №8(34). - С. 61 - 66.

21. Клюев С.В. Экспериментальные исследования фибробетонных конструкций // Строительная механика инженерных конструкций и сооружений. - 2011. - №.4 - С. 71 - 74.

22. Клюев С.В., Хархардин А.Н. Расчет высокоплотной упаковки зерен мелкозернистого бетона // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. - 2011. - № 1. - С. 34 - 37.

23. Клюев С.В. Ползучесть и деформативность дисперсно-армированных мелкозернистых бетонов // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. - 2010. - № 4. - С. 85 - 87.

24. Клюев С.В., Авилова Е.Н. Бетон для строительства оснований автомобильных дорог на основе сланцевого щебня // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. - 2013. - № 2. - С. 38 - 41.

25. Клюев С.В. Усиление и восстановление конструкций с использованием композитов на основе углеволокна // Бетон и железобетон. - 2012. - №3. - С. 23 - 26.

26. Клюев С.В., Гурьянов Ю.В. Внешнее армирование изгибаемых фибробетонных изделий углеволокном // Инженерно-строительный журнал. - 2013. - №1(36). - С. 21 - 26.

27. Серых И.Р. Прочность сталебетонного элемента с составной обоймой при внецентренном сжатии и изгибе // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. - 2005. - № 10. - С. 442 - 445.

Размещено на Allbest.ru