ВСМ / Справочная информация / Статьи / Применение модифицирующих микроармирующих компонентов для повышения прочности ячеистых материалов

Применение модифицирующих микроармирующих компонентов для повышения прочности ячеистых материалов

Разработаны новые составы ячеистых материалов с улучшенными физико-механиче-скими свойствами. Введение в сырьевую смесь полимерных и базальтовых волокон-фибр, а также пластифицирующей и модифицирующей добавок способствовало увеличению прочности и коэффициента конструктивного качества фибропенобетона.

В.А. Перфилов - доктор технических наук, профессор;
А.В. Аткина - аспирант;
О.А. Кусмарцева - соискатель, Волгоградский государственный архитектурно-строительный университет.

Научно-теоретический журнал "Строительство", 9/2010.

Разработаны новые составы ячеистых материалов с улучшенными физико-механиче-скими свойствами. Введение в сырьевую смесь полимерных и базальтовых волокон-фибр, а также пластифицирующей и модифицирующей добавок способствовало увеличению прочности и коэффициента конструктивного качества фибропенобетона.

Ключевые слова: фибробетоны, модифицирующие нанодобавки, суперпластификаторы, прочность, трещиностойкость.

В настоящее время возрастает потребность в применении легких теплоизоляционных элементов ограждающих конструкций, обладающих необходимой прочностью на сжатие и растяжение, высокой трещино-стойкостью и долговечностью. Этим требованиям в полной мере соответствуют дисперсно-армированные пенобетоны неавтоклавного твердения. В качестве армирующих бетонную матрицу компонентов наибольшее распространение получили полимерные и базальтовые фибровые волокна, которые, обладая малой плотностью, способствуют трехмерному повышению прочности и препятствуют образованию микротрещин.

Проведенные теоретические и экспериментальные исследования показали, что бетоны, упрочненные полимерными и базальтовыми волокнами, имеют высокие значения физико-механических характеристик. Армирование высокодисперсными волокнистыми наполнителями позволяет компенсировать главные недостатки обычного бетона — низкую прочность при растяжении и хрупкость разрушения (трещиностойкость). Применение высокодисперсных волокнистых наполнителей в цементных бетонах оказывает положительное влияние на процессы структурообра-зования, физико-механические и эксплуатационные свойства бетона. Это достигается за счет улучшенной адгезии волокон к цементной матрице, сравнительно высокой прочности и модуля упругости волокон, их стойкости по отношению к щелочной среде [1].

Задача научных исследований — увеличение прочности на сжатие и растяжение и увеличение коэффициента конструктивного качества ячеистых материалов с использованием полимерных и базальтовых дисперсных волокон, а также повышение эффективности процесса приготовления сырьевой смеси.

При изготовлении ячеистых материалов подбор составов фибробето-нов осуществляли по разработанной компьютерной программе ЭВМ [2].

В качестве связующего использовался портландцемент М 500 (ПЦ 500) Себряковского цементного завода. В качестве заполнителя применялся дробленый керамзитовый гравий крупностью 0-5 мм, а также кварцевый песок с модулем крупности 1,8-2,0. Для повышения прочности (особенно на растяжение) ячеистых материалов на микроуровне применялась дисперсная арматура в виде тончайшего строительного микро-армирующего волокна (ВСМ) диаметром 20-50 мкм и длиной 3-18 мм с прочностью на разрыв до 500 МПа, производимого компанией ООО «Си Айрлайд» 13] по ТУ 2272-006-13429727-2007, а также в виде базальтового волокна диаметром 13-17 мкм и длиной 6-12 мм с прочностью на растяжение до 2000 МПа.

Применение полимерных и базальтовых волокон-фибр способствует на стадии перемешивания образованию реологически однородной смеси с высокой пластичностью и нерасслаиваемостью. После затвердевания полученный фибробетон имеет пространственно армированную микроструктуру цементного камня, препятствующую образованию усадочных трещин.

Создание пористой структуры ячеистых материалов осуществлялось путем применения пенообразователя ПБ-2000 в соответствии с ТУ 2481-185-05744685-01. Плотность пены составляет 1,07 г/см3, кратность — не менее 9,0, а ее устойчивость — не менее 720 с.

В качестве суперпластификатора использовалась поверхностно-ак-тивная добавка Sika ViscoCrete-З, представляющая собой водный раствор акриловых полимеров 30%-ной концентрации, без содержания формальдегидов, плотностью 1,076 кг/л. Она удовлетворяет требованиям для суперпластификаторов ONORM EN 934-2. Добавка не содержит хлориды или другие вещества, вызывающие коррозию, поэтому она может быть использована в железобетонных конструкциях. При введении указанного полимерного суперпластификатора происходит его адсорбция на поверхности частиц цемента, приводящая к эффекту межмолекулярного отталкивания цементных частиц и повышению подвижности смеси при снижении водоцементного отношения, что способствует последующему увеличению прочности затвердевшего ячеистого материала.

В составе добавки, модифицирующей микро- и наноструктуру ячеистых материалов, использовались многослойные углеродные нанотрубки диаметром 8-40 нм и длиной 2-50 мкм. Использование наноуглеродных трубок значительно изменяет микро- и наноструктуру материалов. Этот эффект связан с тем, что высокопрочные нанотрубки являются центрами кристаллизации новообразований цементного камня. В результате образуется упрочненная микроструктура цементного камня, что значительно повышает прочность затвердевших ячеистых материалов.

Способ приготовления сырьевой смеси для изготовления ячеистых материалов заключается в следующем.

Так как углеродные нанотрубки нерастворимы в воде, приготовили суспензию с применением ультразвукового диспергатора. Предварительно суперпластификатор Sika ViscoCrete-З совместно с водой затворения и дополнительно вводимой модифицирующей добавкой — углеродными нанотрубками обрабатывают в течение 30-60 с в ультразвуковом диепер-гаторе с частотой 20 кГц. Полученный продукт перемешивают в смесителе при последующем введении компонентов связующего, заполнителя, пенообразователя и волокон в течение 5-6 мин.

Предлагаемый способ получения модифицированной сырьевой смеси позволяет упрочнить структуру ячеистых материалов на микро- и нано-уровнях.

Для экспериментальной проверки сырьевой смеси, полученной предлагаемым способом, изготовили по стандартной методике образ-цы-балочки размером 10х 10x40 см, твердеющие в естественных условиях. Составы и физико-механические свойства ячеистых материалов, приготовленных по предлагаемому способу, в сравнении с известными составами [4] представлены в таблице.

Анализ данных таблицы показывает, что введение в сырьевую смесь, приготовленную по предлагаемому способу, дисперсной арматуры из полимерных и базальтовых волокон, суперпластификатора Sika ViscoCrete-З и многослойных углеродных нанотрубок диаметром 8-40 нм и длиной 2-50 мкм способствует при указанных соотношениях входящих в нее компонентов, согласно предлагаемому составу № 1, увеличению прочности на сжатие по сравнению с известным составом-1 [4] на 8,3 %, прочности на растяжение при изгибе — на 18,8 %, повышению коэффициента конструктивного качества при сжатии — на 8,7 %, на растяжение при изгибе — на 19,0 %. Прирост прочности предлагаемой сырьевой смеси (состав № 2) по сравнению с известным составом—б [4|: при сжатии —- 9,0 %, на растяжение при изгибе — 10,5 %, а увеличение коэффициента конструктивного качества при сжатии составляет 10,4 %, на растяжение при изгибе — 12,9 %.

Таким образом, применение в составе сырьевой смеси дисперсной арматуры из полимерных и базальтовых волокон, суперпластификатора Sika ViscoCrete-З и многослойных углеродных нанотрубок диаметром 8-40 нм и длиной 2-50 мкм способствует увеличению прочности и коэффициента конструктивного качества ячеистых материалов, приготовленных по предлагаемому способу.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

  1. Перфилов, В.А. Фибробетоны с высокодисперсными волокнистыми наполнителями [Текст] / В.А. Перфилов, А.В. Аткина, О.А. Кусмарцева // Междунар. науч.-практ. конф. «Малоэтажное строительство» в рамках Национального проекта «Доступное и комфортное жилье гражданам России ; технологии и материалы, проблемы и перспективы развития в Волгоградской области». — Волгоград : ВолгГАСУ, 2009. — С. 89-91.
  2. Перфилов, В.А. Расчет фибробетона с нанодобавкой [Текст] / В.А. Перфилов, С.П. Митяев // Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2009612195, от 29.4.2009 г.
Версия для печати