Фибробетон с базальтовым дисперсно-волокнистым наполнителем

Методика обработки экспериментальных данных и математического моделирования прочности бетона принята согласно рекомендациям изложенным в [2].

Исследование влияния различных факторов на технологические свойства бетонной смеси и физико-технические свойства бетона производили по результатам испытаний серий образцов.

Для каждого вида измерений, в зависимости от его погрешности, определялось потребное их количество. При этом среднее значение u/v, полученное после измерений, рассчитывали по формуле [57]:

= (2.2)

Дисперсию, характеризующую рассеяние в серии измерений определяли по формуле [60]:

=* (2.3)

Оценка анормальности отдельных результатов испытаний на прочность (R_i) осуществлялась сравнением величины Тi с критическим значением Тк [14], где:

Тi= (2.4)

Если величина Т_iпревышала Т_к, то результат испытания исключался из последующих расчетов.

В качестве характеристик фактической однородности в серии испытаний использовали среднее квадратичное отклонение S_u/vи коэффициент вариации V, которые определялись по формулам [12]:

S_u/w= (2.5)

V= (2.6)

Воспроизводимость опытов оценивали после серии из п дублирующих параллельных опытов с m измерителями в каждом.

Среднее по воспроизводимости рассчитывали по формулам:

; (2.7)

(2.8)

Оценка дисперсии воспроизводимости и проверка равноточности полученных данных выполнена по критерию Кохрена для 50% точек, в которых производились повторные испытания.

Фактически значение критерия Кохрена (G), определяемое по формуле:

(2.9)

сравнивалось с теоретическим (G).

Заключение о равноточности измерений и испытаний выполнялось по правилу: если G<G_таб, то при заданном уровне значимости (б=0,05) гипотеза об однородности ряда дисперсий допускается как правдоподобная.

Математическое моделирование прочности бетона производили с целью оптимизации его состава. Для описания прочности бетона в любой точке области эксперимента использовали полиномальные модели второго порядка с тремя переменными факторами [57]:

Y(х)=a₀+a₁x₁+a₂x₂+a₃x₃+a₁₁+a₂₂x²₂+a₃₃x²₃+a₁₂x₁x₂+

+a₁₃x₁x₃+a₂₃x₂x₃+a₁₂₃x₁x₂x₃ (2.10)

где Y(х)-параметр оптимизации;

x_1,x_2,x₃-переменные параметры;

a_0,a_1,a_2,a_3…..a_23, a₁₂₃ - коэффициенты уравнения регрессии.

Для постановки эксперимента был выбран план В3, отличающийся минимальным числом опытов, простотой вычисления коэффициентов уравнения и независимостью их определения и оценивания.

Схема организации экспериментов предусматривала проведение m=3 дублирующих измерений параметра выхода в 3 точках факторного пространства.

При регрессионном анализе проверялись статические гипотезы, об однородности дисперсий проводились, по критерию Кохрена при числе степеней свободы f₁=m-1 и f₂=N, а также уровнем значимости 2.

(2.11)

S²max- максимальная из дисперсий;

S_u²- дисперсия в n-ной точке плана.

Рассчитанные значения G сравнивались с G_кр по таблицам для степени риска б=0,05.

При проверке гипотезы о значимости коэффициентов регрессии использован t- критерий Стьюдента, взятый при вероятности 0,05 и числе степеней свободы f=(m-1)N.

Оценку каждого коэффициента регрессии производили по формуле:

(tS{b})_i=а_i/ (2.12)

Расчеты коэффициентов уравнения регрессии и анализ полученной модели выполнен с использованием персонального компьютера «Pentium-4».

ГЛАВА 3. ИССЛЕДОВАНИЕ СВОЙСТВ ЦЕМЕНТНОГО ВЯЖУЩЕГО С БАЗАЛЬТОВЫМ ДИСПЕРСНО-ВОЛОКНИТЫМ НАПОЛНИТЕЛЕМ

3.1 Исследование химического взаимодействия базальтового наполнителя с продуктами гидратации цемента

Возможность использования базальтового волокна в цементных системах во многом зависит от стойкости волокон к действию продуктов гидратации цемента. Ранее проведенные Канаевым С.Ф. [73] исследования показали, что стойкость базальтового волокна и базальтопластиковой арматуры превосходит аналоги из стекловолокна.

Исследования стойкости минеральных волокон в растворе Са(ОН)₂ группой ученых во главе с Рабиновичем Ф.Н. говорят о достаточно высокой степени разрушения минерального волокна в агрессивной среде. К примеру алюмоборсиликатное моноволокно выдержанное в течение 12 месяцев в насыщенном растворе извести потеряло по их данным 72% своей исходной прочности. Однако, исследователи отмечают довольно высокую стойкость базальтового волокна, прочность которого после выдержки в аналогичных условиях уменьшилась лишь на 26-32% [70]. Авторы также отмечают тенденцию к затуханию процессов реакции базальтовых волокон с СаО во времени. Наиболее интенсивно процессы выщелачивания наблюдаются в течение первых трех месяцев.

Группа авторов во главе с Пащенко A.A. в своих работах, также посвященных исследованиям стойкости минеральных волокон, утверждает о более высокой стойкости базальтовых волокон в агрессивных средах цементного камня и насыщенного раствора извести. Так, к примеру, после трехлетних испытаний базальтового волокна прочность его уменьшилась лишь на12-15%[48].

Оценка химической стойкости базальтового волокна производилась при, при кипячении в этом растворе Са(ОН)₂ в течение 4 часов [11].

Результаты исследования по поглощению СаО представлены на рис.3.1. и 3.2.

1. Непрерывное базальтовая волокно 2. Базальтовая порода

Рис.3.1. Активность базальтового волокна по отношению к СаО

1. Непрерывное БВ 2800см2/г 2. Базальтовая порода 3500см2/г

Рис.3.2. Активность базальтовых волокон по отношению к СаО, отнесенная к 100м² поверхности.

В связи с этим нами была проведена проверка устойчивости базальтового волокна в насыщенном растворе Са(ОН)г - основном компоненте жидкой фазы гидратирующегося цемента по поглощению СаО [74].

Как видно из Рис.3.1. наибольшей активностью по отношению к СаО обладает базальтовая порода, несмотря на то, что удельная поверхность порошка, полученного из базальтовой породы составляет 8_уд=2500 см²/г. Это говорит о большей реакционной способности базальта по отношению к СаО в сравнении с кварцевым песком. Это подтверждается и при пересчете поглощения СаО на 100м² поверхности добавки. Поглощение СаО из насыщенного раствора извести базальтовым волокном составляет 0.18 кг/м², что говорит о его химическом взаимодействии с продуктами гидратации портландцемента.

Таким образам, подтверждается, что базальтовое волокно вступает в реакцию с продуктами гидратации портландцемента. Однако реакция протекает весьма ограниченно. По данным Боровских И.В. [75] в реакцию вступает не более 10-12% поверхности волокон, что незначительно уменьшает их прочность и не влияет на прочность всего фиброармированного композита в целом. Учитывая то, что в процессе гидратации цемента СаО образуется в начальные сроки твердения, представляется целесообразным путем введения минеральных наполнителей (в частности, золы - уноса Новоангенской ГРЭС) регулировать степень взаимодействия щелочной среды с базальтовым волокном. Кроме того, по данным С.Ф. Ястржембского [73], интенсивность взаимодействия базальтового волокна с цементной матрицей имеет затухющий характер, поскольку на поверхности волокна образуется слой нерастворимых гидросиликатов, препятствующих развитию коррозии волокна.

3.2 Исследование влияния базальтового наполнителя на прочностные свойства цементного камня (базальтофиброцемента)

При исследований влияния дисперсного армирования на свойства цементного камня и бетона, наибольший интерес вызывают физико-механические свойства. В данном разделе рассмотрены прочностные и деформативные свойства пластифицированного цементного камня, модифицированного наполнителем и армированного базальтовым волокном.

Рис. 3.3. Кинетика набора прочности цементного камня, армированного базальтовым волоком. (НГЦТ=const)



Рис. 3.4. Кинетика набора прочности цементного камня, армированного базальтовым волоком. Составы получены при постоянном водоцементном отношении (В/Ц=0,25). Цифры у кривых показывают процент БВ от массы Ц.

Влияние базальтового волокна на прочность при сжатии цементного камня оценивалось на образцах кубах размером 2x2x2 см, приготовленных из цементного теста, как нормальной густоты, так и при постоянном водоцементном отношении. За исследуемый параметр было принято процентное содержание волокна в смеси, принимаемое по массе от навески цемента. Результаты представлены на рис. 3.3., 3.4.

Как видно из рис. 3.3 наибольшую прочность цементный камень имеет при 4% содержании волокна - прирост прочности во все сроки твердения превосходит контрольный. На 3 сутки нормальных условий хранения цементного камня прирост прочности по сравнению с контрольным составом без волокна составляет 28% (73 МПа), на 7 сутки - 32% (84 МПа), на 28 сутки -- 34% (98 МПа). Несмотря на увеличение водоцементного отношения с 0,24 (нормальная густота контрольного состава без волокна) до 0,26 (при 4% содержании волокна в цементном тесте) происходит увеличение прочности. Следует отметить, что при увеличении времени выдержки в нормальных условиях хранения прирост прочности по сравнению с контрольным составом увеличивается, что позволяет сделать вывод об увеличении прочности сцепления цементного камня с базальтовым волокном и более полного использования волокна в цементном камне. В составах с содержанием волокна 5 и 6% наблюдается снижение прочности из-за значительного увеличения водоцементного отношения до 0,28 и 0,33 соответственно.

Рис. 3.4. отображает кинетику твердения цементного камня армированного базальтовым волокном при неизменном водоцементном отношении. Все образцы изготавливались при постоянном водоцементном отношении 0,25. Наибольшую прочность при таких условиях формирования показал состав с 3% содержанием волокна от массы цемента. Прочность состава с 3% содержанием волокна составила на 3 сутки -- 59 МПа, 7 сутки -- 71 МПа, 28 сутки -- 85 МПа, что превосходит контрольный состав без волокна на 8%, 16%, 19% в соответствующие сроки твердения. В составах с 4% и 5% содержанием волокна при неизменном водоцементном отношении (В/Ц=0,25) наблюдалось комкование фибры, вследствие чего ухудшалась формуемость образцов и уменьшалась их плотность (табл. 3.1).

Таблица 3.1

Влияние БВ на удобоукладываемость ц.т. и плотность цементного камня

Содержание базальтового волокна, %	В/Ц	Расплыв конуса, см	Плотность цементноготеста рцт, Г/СМ3	Плотность цементногкамня рцк, г/см3
0	0,24 (НГ)	95	2,19	2,26
1	0,245	95	2,21	2,28
2	0,25	94	2,22	2,29
3	0,255	95	2,23	2,3
4	0,26	94	2,23	2,29
5	0,27	94	2,19	2,27
6	0,28	94	2,17	2,21
0	0,25	98	2,18	2,23
1		97	2,2	2,27
2		94	2,22	2,27
3		91	2,21	2,28
4		85	2,15	2,21
5		75	2,11	2,15

Влияние базальтового волокна на прочность при изгибе цементного камня приведен на рис. 3.5. Как свидетельствуют результаты исследований введение базальтового волокна в состав цементного камня существенно повышает его прочность при изгибе. При введении базальтового волокна в количестве 3% от массы вяжущего прочность цементного камня на изгиб повышается более чем в 2 раза.

Рис.3.5. Влияние базальтового волокна на прочность цементного камня при изгибе

Влияние пластификаторов на физико-механические характеристики цементного камня армированного базальтовым волокном оценивалось на образцах балочках размерами 20x20x80мм и образцах кубах размерами 20x20x20мм. Выбор пластифицирующих добавок производился по их составу. Был выбран наиболее доступный суперпластификатор на основе продуктов конденсации нафталинсульфокислоты С-3, производства фирмы ПОЛИПЛАСТ (Россия).

С целью выявления наиболее эффективных дозировок суперпластификатора С-3 образцы изготавливались при 4% содержании базальтового волокна от массы цемента. Процедура подготовки компонентов соответствовала наиболее оптимальной, согласно рекомендациям [51]. Оценка подвижности составов производилась по расплыву стандартного конуса. Расплыв стандартного конуса, соответствующий нормальной густоте цементного теста по прибору Вика, составляет 94-95см. С целью определения оптимальной дозировки был выбран интервал содержания пластификатора от 0% до 3% с шагом 0,5% от массы цемента.

Результаты исследования представлены на рис. 3.6-3.7.

Как видно из графиков 3.6-3.7 на 3-й и 28-е сутки твердения образцов в нормально влажностных условиях наибольшую прочность при сжатии показал состав с 2,0 % -ным содержанием суперпластификатора С-3 и 4%-ным базальтового волокна от массы цемента. Прочность его на 3-й сутки составила 105 МПа, а на 28-е сутки - 147 МПа, что на 62% и на 67% превосходит контрольный состав с 2,0% содержанием С-3 в соответствующие сроки твердения. Как видно из графиков прирост прочности над контрольным составом с течением времени увеличивается, что говорит о более полном использовании волокон с увеличением прочности самой матрицы. Однако следует отметить, что разница в увеличении прочности в составах с 1,5 и 2,0%-ным содержанием суперпластификатора С-3 составляет 3%, что говорит о пределе пластифицирования цементного теста, который возможно достигнуть при использовании данного вида суперпластификатора с учетом оптимального способа его введения.

Рис. 3.6. Прочность на сжатие пластифицированного (С-3) базальтофиброцементного камня в возрасте 3 суток

Рис. 3.7. Прочность на сжатие пластифицированного (С-3) базальтофиброцементного камня в возрасте 28 суток

Выводы по главе 3

1. Экспериментально установлено количественное значение поглощения СаО из насыщенного раствора извести базальтовым волокном которое составляет 0,18 кг/м², что говорит о его химическом взаимодействии с продуктами гидратации портландцемента.

2. Учитывая то, что в процессе гидратации цемента СаО образуется в начальные сроки твердения, рекомендуется путем введения более активных минеральных наполнителей (в частности, золы - уноса Новоангенской ГРЭС ) регулировать степень взаимодействия щелочной среды с базальтовым волокном.

3. Выявлено, что наибольшую прочность базальтофиброцементный камень достигает при 4% содержании базальтового волокна - прирост прочности во все сроки твердения превосходит контрольный. При этом на 3 сутки нормальных условий хранения базальтофиброцементного камня прирост прочности по сравнению с контрольным составом без базальтового волокна составляет 28% (73 МПа), на 7 сутки - 32% (84 МПа), на 28 сутки - 34% (98 МПа).

3. Экспериментально доказано, что введение базальтового волокна в состав цементного камня существенно повышает его прочность при изгибе. При введении базальтового волокна в количестве 3% от массы вяжущего прочность цементного камня на изгиб повышается более чем в 2 раза.

4. Показано техническая целесообразность введения в состав базальтофиброцементного камня суперпластифицирующей добавки С-3. При этом наибольшая прочность при сжатии достигается при 2,0 % -ном содержанием суперпластификатора С-3 и 4%-ным базальтового волокна от массы цемента: прочность на 3 сутки составила 105 МПа, а на 28 сутки - 147 МПа, что на 62% и на 67% превосходит контрольный состав с 2,0% содержанием С-3 в соответствующие сроки твердения.

ГЛАВА 4. ИССЛЕДОВАНИЕ СВОЙСТВ БЕТОННОЙ СМЕСИ И БЕТОНА С БАЗАЛЬТОВЫМ ДИСПЕРСНО-ВОЛОКНИТЫМ НАПОЛНИТЕЛЕМ

4.1 Исследование свойств бетонной смеси с базальтовым наполнителем

Применение дисперсного армирования для высокопрочных бетонов представляет интерес при условии неизменности или улучшения их технологических свойств. Известно отрицательное влияние дисперсного армирования бетонов на реологические и технологические свойства бетонов. При этом следует иметь ввиду, что дисперсное армирование производиться именно на уровне цементного теста. Исследование влияния базальтового волокна на технологические свойства тонкозернистого бетона представляют большой интерес при изготовлении конструкций из него. Важными показателями здесь являются такие реологические характеристики, как предельное напряжение сдвига и структурная вязкость цементного теста, а также удобоукладываемость тонкозернистого бетона, армированного базальтовым волокном.

Динамический коэффициент вязкости (структурную вязкость) и величину предельного напряжения сдвига оценивали на дисперсно- армированном цементном тесте с помощью ротационного вискозиметра РВ-8 конструкции Волоровича М.П.

Изменение структурной вязкости в зависимости от предельного напряжения сдвига цементного теста армированного базальтовым волокном представлено на рис. 4.1.



Рис.4.1. Зависимость структурной вязкости армированного цементного теста

Кривые вязкости типичны для воднодисперсных систем коагуляционного типа, каковыми являются цементные композиции. С увеличением ф в определенном интервале, наблюдается переход (снижение) вязкости неразрушенной структуры к вязкости разрушенной.

При этом введение базальтового волокна увеличивает вязкость в 2-3 раза в обоих случаях, резко сдвигая интервал перехода в сторону больших напряжений сдвига. Суперпластификатор сдвигает кривую влево-вниз, т.е. сильно снижает структурную вязкость цементного теста с БВ.

4.2 Исследование свойств бетона с базальтовым наполнителем

Получение высокопрочных мелкозернистых бетонов заключается не только в использовании оптимальной гранулометрии заполнителя, но и использованием активных минеральных дисперсных наполнителей, обладающих пуццолановыми свойствами, и суперпластификаторов, которые наиболее полно проявляют себя в цементно-песчаных смесях с высоким содержанием вяжущего [8]. Мелкозернистый бетон является также наилучшей средой для дисперсного армирования. Исключение из состава бетона крупного заполнителя позволяет наиболее полно использовать дисперсную арматуру в его среде, что благоприятно сказывается на физико-механических характеристиках мелкозернистого бетона.

Основываясь на проведенных нами ранее исследованиях были изготовлены образцы дисперсно-армированные базальтовым волокном.

Волокно вводилось путем совместного помола с цементом, суперпластификатором и золой-уноса. Данный способ обеспечивает более полное распределение волокна в среде портландцемента и исключает образование комков при приготовлении бетонной смеси.

На оптимальном фракционном составе песчаного заполнителя, одинаковом соотношении Ц:П, добавке золы-уноса от массы цемента и разных соотношениях БВ и гиперпластификатора С-3 были изготовлены образцы мелкозернистого базальтофибробетона (табл.4.1).

Прочностные показатели дисперсно-армированного мелкозернистого бетона в 28 суточном возрасте нормального хранения представлены на рис 4.2

Таблица 4.1

Составы мелкозернистого бетона на фракционируемом заполнителе

№ п/п	Цемент. кг/м3	Кварцевый песок, кг/м3	Зола-уноса, % от массы Ц	С-3, % от массы Ц	БВ, % от массы Ц
			кг/м3	кг/м3	кг/м3
1	710	1460	-	-	-
2	710	1460	10/71	1,0/7,1	-
3	710	1460	10/71	1,0/7,1	1% /7,1
4	710	1460	10/71	1,5/10,7	3% /21,3
5	710	1460	10/71	2,0/14,2	4% / 28,4
6	710	1460	10/71	2,0/14,2	5%/35,5

Рис 4.2. Прочностные показатели мелкозернистого базальтофибробетона.

Как видно из рис 4.2. наилучший результат показал состав с 4% содержанием волокна (состав №5). Его прочность на изгиб превосходит контрольный состав без волокна более чем в 2,2 раза по прочности на растяжение при изгибе и в 1,5 раза по прочности на сжатие. Следует также отметить, что при увеличении процентного содержания волокна водопотребность смеси увеличивается незначительно, что говорит о хорошем распределении волокна в смеси мелкозернистого бетона.

4.3 Оптимизация состава бетона с базальтовым наполнителем

Подбор оптимального состава базальтофибро бетона произведен методом математического планирования экспериментов. Методика эксперимента изложена в главе 2. Оптимизацию состава производили почти в стационарной области, т.е. в области оптимума, так как из ранее проведенных опытов [63] эта область известна.

В качестве оптимизируемой величины принята прочность бетона на сжатие в возрасте 28 суток нормального твердения (R_сж²⁸). Описание данного свойства бетона производили полиномом второго порядка с тремя переменными факторами. В качестве переменных факторов были приняты:

X₁ - дозировка суперпластификатора С-3, % от массы смешенного вяжущего;

X₂-содержание золы-уноса, % от массы цемента;

X₃-степень наполнения базальтовым волокном,% от массы смешенного вяжущего.

В проведенных исследованиях был реализован план полного факторного эксперимента 2³. Центр эксперимента (X₀) и интервалы варьирования переменных факторов (?X_i) приведены в табл.4.2. При назначении интервалов варьирования перменных факторов были использованы ранее полученные и опубликованные результаты исследований [25].

Таблица 4.2.

Исходные данные для планирования экспериментов

№	Исходные данные планирования	X1	X2	X3
1	Центр эксперимента	2,0	10	4
2	Интервал варьирования	0,5	4	1
3	Верхний уровень	2,5	14	5
4	Нижний уровень	1,5	6	3
5	Звёздные точки: +б = +1,215 - б = - 1,215	2,61 1,39	14,8 5,2	5.2 2,8

В результате реализации ортогонального плана полного факторного эксперимента 2³ были плучены следующие результаты (табл.4.3.)

Таблица 4.3.

Матрица планирования экспериментов и результаты испытаний

№ серии	X1	X2	X3	Yэкс	Yрасч	Yрасх
1	-1	-1	+1	52,40	52,49	-0,09
2	+1	-1	-1	57,10	58,19	-1,09
3	-1	+1	-1	56,20	56,75	-0,55
4	-1	+1	+1	60,20	59,25	1,05
5	-1	-1	-1	57,10	57,69	-0,59
6	+1	-1	+1	58,00	58,19	-0,19
7	-1	+1	+1	56,70	56,75	-0,05
8	+1	+1	-1	62,40	62,53	-0,13
9	- 1,215	0	0	55,20	55,79	-0,59
10	+1,215	0	0	61,10	61,02	0,08
11	0	- 1,215	0	61,50	60,80	0,70
12	0	+1,215	0	62,10	62,47	-0,37
13	0	0	- 1,215	63,80	63,90	-0,10
14	0	0	+1,215	59,70	60,19	-0,49
15	0	0	0	62,30	62,40	-0,10

Математической обработкой полученных результатов экспериментов были вычеслены коэффициенты уравнения, описывающее прочность бетона на сжатие в возрасте 28 суток нормального твердения. Полученное уравнение имеет следующий вид:

R_сж²⁸ =62,3+2,82 X₁+1,30 X₂ +2,07 X₃-2,95X₁² - 0,88X₂² -1,75X₃²-1,23X₁X₂X_3.

Технологический анализ математической модели прочности бетона

R_сж²⁸ производили графоаналитическим методом. Для этого были построены графические зависимости прочности бетона от группы технологических факторов. Анализ математической модели прочности бетона при введении МЗН на основе суперпластификатора С-3 позволил сделать следующие выводы:

- начиболее значимым фактором в математической модели являетической модели является дозировка добавки С-3 (X₁), так как коэффициенты при X₁ и X₁² оказались наибольшими по абсолютной величине : +2,82 и -2,95. Различие в знаках при коэффициентах свидетельствует о том, что центр эксперимента выбран в области оптимума. Оптимальное значение дозировки суперпластификатора С-3 в составе составляет 2,1%;

- вторым по значимости фактором в математической модели является фактор X₃ - степень наполнения базальтовым волокном базальтофиробетона. С увеличением содержания базальтового наполнителя в базальтофибробетон непрочность будет снижаться и за пределами исследуемой области. Поэтому содержание базальтового волокна в базальтофибробетоне следует ограничить из условия достижения прочности бетона класса В40. Исходя из этих соображений, максимальная степень наполнения бетона базальтовой фиброй должен быть равной 4 %.

- наименее значимым фактором в математической модели является фактор X₂-содержание золы-уноса в базальтофибробетоне. Коэффициенты при X₂ (+1,30) и X₂² (- 0,88) также подтверждают, что центр эксперимента находится в области оптимума. Оптимальное значение содержание золы-уноса в базальтофибробетоне находится путем исследования уравнения регрессии на экстремум по переменному - X₂. Выявленное оптимальное значение содержание золы-уноса в базальтофибробетоне равняется 11 %;

Таким образом, применение золы-уноса, базальтового дисперсно-волокнистого наполнителя и суперпластификатора С-3 в мелкозернистых бетонных смесях и при двухстадийной технологии приготовления позволяет получить высокопрочный бетон класса В40 на рядовом цементе марки М400. При этом следует обеспечить оптимальное значение следующих технологических параметров: дозировка суперпластификатора С-3 в составе базальтофибробетона - 2,1% от массы смешенного вяжущего ;содержание базальтового волокна в базальтофибробетоне - 4% ; содержание золы-уноса в базальтофибробетоне- 11%.

Выводы по главе 4

1. Экспериментально установлено, что введение базальтового волокна увеличивает структурную вязкость цементного теста в 2-3 раза, резко сдвигая интервал перехода в сторону больших напряжений сдвига. Введение в состав суперпластификатора С-3 сдвигает кривую относительно координатных осей влево-вниз, т.е. сильно снижает структурную вязкость цементного теста с базальтовым волокном.

2. С использованием математического метода планирования экспериментов установлена математическая модель прочности мелкозернистого базальтофибробетона, позволяющая оптимизировать его состав.

3. Выявлено, что применение золы-уноса, базальтового дисперсно-волокнистого наполнителя и суперпластификатора С-3 в мелкозернистых бетонных смесях при двухстадийной технологии приготовления позволяет получить высокопрочный мелкозернистый бетон класса В40 на рядовом цементе марки М400. При этом следует обеспечить оптимальное значение следующих технологических параметров: дозировку суперпластификатора С-3 - 2,1% от массы смешенного вяжущего ;содержание базальтового волокна - 4% от массы вяжущего; содержание золы-уноса - 11% от массы вяжущего.

ГЛАВА 5. ТЕХНОЛОГИЯ ПОЛУЧЕНИЯ ФИБРОБЕТОНА С БАЗАЛЬТОВЫМ ДИСПЕРСНО-ВОЛОКНИТЫМ НАПОЛНИТЕЛЕМ

5.1 Технология получения фибробетона с базальтовым дисперсно- волокнистым наполнителем

Для изготовления мелкозернистого базальтофибробетона рассматривались несколько альтернативных вариантов. Как показала практика, наиболее рациональным является двухстадийная (двухэтапная) технология. На первой стадии изготовления механоактивированное композиционное вяжущее с базальтовой фиброй путем смшения-помола в мельнице (шаровой, вибрационной и др.) всех компонентов. Это сухое прошковое вяжущее может быть самостоятельным продуктом. На второй стадии производится фракциониронный заполнитель оптимальной гранулометрии (рассев-дозирование 4-х фракций кварцевого песка) и его смешивание с сухим композиционным вяжущем и водой затворения в обычном лопастном смесителе как показано на рис. 5.1.



Рис. 5.1. Схема приготовления мелкозернистого базальтофибробетона

5.2 Рекомендации по производству фибробетона с базальтовым наполнителем

5.2.1. Настоящие рекомендации содержат указания по приготовлению базальтофибробетонной смеси и получению мелкозернистого базальтофибробетона класса В40 на рядовом цементе марки М400 при нормальных условиях твердения.

5.2.2. Рекомендации предназначены для инженерно-технических работников предприятий стройиндустрии, предприятий малого и среднего бизнеса и содержат все необходимые сведения для пролучения базальтофибробетона в производственных условиях.

5.2.3. Для получения мелкозернистого базальтофибробетона необходимы следующие исходные материалы: цемент, базальтовое волокно (фибра), суперпластификатор С-3, кварцевый песок и вода.

5.2.4. В качестве вяжущего для получения базальтофибробетона применяются портландцемент марки М400, удовлетворяющий требованиям ГОСТ 10178-85.

5.2.5. В качестве мелкогозаполнителя применяются: кварцевые пески природные, дробленые, отвечающие требованиям ГОСТ 8736-85 и ГОСТ 10268-80.

5.2.6. В качестве микронаполнителя пименяется зола-уноса, отвечающая требованиям ГОСТ 25818-83.

5.2.7. В качестве пластифицирующей добавки пименяется суперпластификатор С-3, отвечающий требованиям ТУ 6-36-0209229-625-90.

5.2.8. В качестве дисперсно-волокнистого наполнителя пименяется моноволокно диаметром 10 мм, производства ЧПП «Тризол-Н»(г.Навои).

5.2.9. Вода для затворения должна соответствовать требованиям ГОСТ 23732-79.

5.2.10.Оптимальный состав тонкозернистого базальтофибробетона определяется в лабораторных условиях. При этом рекомендуется обеспечивать оптимальные значения следующих технологических параметров: дозировка суперпластификатора С-3 -2,1% от массы смешенного вяжущего, содержание базальтового волокна в базальтофибробетоне - 4% от массы вяжущего, содержание микронаполнителя (золы-уноса) - 11% от массы вяжущего.

5.2.11. Смешение-помол компонентов: цемента, базальтового волокна, золы-уноса и суперпластификатора С-3 производится в шаровых и вибрационных мельницах.

5.2.12. Перемешивание сухого активированного композиционного вяжущего и фракционированного мелкозернистого заполнителя с водой затворения осуществляется в лопастном смесителе.

5.2.13. На стадии подачи материалов в расходные бункеры, дозирования материалов никаких изменений в технологический процесс пригтовления бетонных смесей не вносится.

5.2.14. Перед приготовлением бетнной смеси необходимо добиться в исправной работе помольного оборудования, смесителя и дозировочных устройств.

5.2.15. Общий цикл смешивания составляет 100-120 минут.

5.2.16. Контроль качества базальтофибробетонной смеси и бетона осуществляется в соответствии со СНиП 3.09.01-85 в 2 этапа:

А) первый этап включает:

- контроль всех технологических переделов и преаций по приготовлению базальтофибробетонной смеси;

- отбор проб для котроля прочности по ГОСТ 18005-86;

Б) второй этап заключается:

-в оценке коэффициента вариации прочности базальтофибробетона.

5.2.17. Контроль выполняется в период освоения технологии базальтофибробетона - 1 раз в 2 недели; в дальнешем - не реже 1 раз в месяц.

5.2.18. Коэфициент вариации прочности бетона должен соответствовать требованиям приведенным в ГОСТ 16349-85.

Как показала практика, наиболее рациональным является двухстадийная (двухэтапная) технология. На первой стадии изготовления готовят механоактивированное композиционное вяжущее с базальтовой фиброй путем смшения-помола в мельнице (шаровой, вибрационной и др.) всех компонентов. Это сухое прошковое вяжущее может быть самостоятельным продуктом. На второй стадии производится изготовление фракциониронного заполнителя оптимальной гранулометрии (рассев-дозирование 4-х фракций кварцевого песка) и его смешивание с сухим композиционным вяжущем и водой затворения. Смешивание на второй стадии производится в обычном лопастном бетоносмесителе как показано на рис. 5.1.

Выводы по главе 5

1. Предложена наиболее рациональная двухстадийная (двухэтапная) технология получения мелкозернистого базальтофибробетона. На первой стадии изготовления приготавливается механоактивированное композиционное вяжущее с базальтовой фиброй: путем смешения-помола в мельнице (шаровой, вибрационной и др.) всех компонентов. Это сухое порошковое вяжущее может быть самостоятельным продуктом. На второй стадии, производится фракционирование и получение мелкого заполнителя оптимальной гранулометрии (рассев-дозирование 4-х фракций кварцевого песка), а затем смешивание мелкого заполнителя с сухим композиционным вяжущем и водой затворения. Смешивание на второй стадии производится в обычном лопастном бетоносмесителе.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ ПО ДИССЕРТАЦИИ

1. Экспериментально установлено количественное значение поглощения СаО из насыщенного раствора извести базальтовым волокном которое составляет 0,18 кг/м², что говорит о его химическом взаимодействии с продуктами гидратации портландцемента.

2. Учитывая то, что в процессе гидратации цемента СаО образуется в начальные сроки твердения, рекомендуется путем введения более активных минеральных наполнителей (в частности, золы - уноса Новоангенской ГРЭС) регулировать степень взаимодействия щелочной среды с базальтовым волокном.

3. Выявлено, что наибольшую прочность базальтофиброцементный камень достигает при 4% содержании базальтового волокна - прирост прочности во все сроки твердения превосходит контрольный. При этом на 3 сутки нормальных условий хранения базальтофиброцементного камня прирост прочности по сравнению с контрольным составом без базальтового волокна составляет 28% (73 МПа), на 7 сутки - 32% (84 МПа), на 28 сутки - 34% (98 МПа).

4. Экспериментально доказано, что введение базальтового волокна в состав цементного камня существенно повышает его прочность при изгибе. При введении базальтового волокна в количестве 3% от массы вяжущего прочность цементного камня на изгиб повышается более чем в 2 раза.

5. Показана техническая целесообразность введения в состав базальтофиброцементного камня суперпластифицирующей добавки С-3. При этом наибольшая прочность при сжатии достигается при 2,0 % -ном содержанием суперпластификатора С-3 и 4%-ным базальтового волокна от массы цемента: прочность на 3 сутки составила 105 МПа, а на 28 сутки - 147 МПа, что на 62% и на 67% превосходит контрольный состав с 2,0% содержанием С-3 в соответствующие сроки твердения.

6. Экспериментально установлено, что введение базальтового волокна увеличивает структурную вязкость цементного теста в 2-3 раза, резко сдвигая интервал перехода в сторону больших напряжений сдвига. Введение в состав суперпластификатора С-3 сдвигает кривую относительно координатных осей влево-вниз, т.е. сильно снижает структурную вязкость цементного теста с базальтовым волокном.

7. С использованием математического метода планирования экспериментов установлена математическая модель прочности мелкозернистого базальтофибробетона, позволяющая оптимизировать его состав.

8. Выявлено, что применение золы-уноса, базальтового дисперсно-волокнистого наполнителя и суперпластификатора С-3 в мелкозернистых бетонных смесях при двухстадийной технологии приготовления позволяет получить высокопрочный мелкозернистый бетон класса В40 на рядовом цементе марки М400. При этом следует обеспечить оптимальное значение следующих технологических параметров: дозировку суперпластификатора С-3 - 2,1% от массы смешенного вяжущего ;содержание базальтового волокна - 4% от массы вяжущего; содержание золы-уноса - 11% от массы вяжущего.

9. Предложена наиболее рациональная двухстадийная (двухэтапная) технология получения мелкозернистого базальтофибробетона. На первой стадии изготовления приготавливается механоактивированное композиционное вяжущее с базальтовой фиброй: путем смешения-помола в мельнице (шаровой, вибрационной и др.) всех компонентов. Это сухое порошковое вяжущее может быть самостоятельным продуктом. На второй стадии производится фракционирование и получение мелкого заполнителя оптимальной гранулометрии (рассев-дозирование 4-х фракций кварцевого песка) и его смешивание с сухим композиционным вяжущем и водой затворения. Смешивание на второй стадии производится в обычном лопастном бетоносмесителе.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Адылходжаев А.И., Тахиров М.К., Самигов Н.А. О полиструктурной теории композиционных строительных материалов // Сб. науч. трудов ТАСИ.- Ташкент, 2008.- С 10-16.

2. Ахвердов И. Н. Теоретические основы бетоноведения. - Минск: Высшая школа, 1991. - 390 с.

3. Баженов Ю.М. Новому веку -- новые эффективные материалы и технологии // Строительные материалы, оборудование и технологии ХХ1в.- 2001.-№1.-С. 12-13.

4. Баженов Ю.М. Бетоны XXI века // Ресурсо- и энергосберегающие технологии строительных материалов, изделий и конструкций / Материалы Международной конференции. - Белгород, 1995. - С. 3-5.

5. Баженов Ю.М. Технология бетонов XXI века / Академические чтения РААСН. Новые научные направления строительного материаловедения. Часть 1. - Белгород, 2005. - С. 9-20.

6. Баженов Ю.М., Фаликман В.Р. Новый век: новые эффективные бетоны и технологии // Материалы I Всероссийской конференции. - М., 2001. -С. 91-101.

7. Баженов Ю.М. Высокопрочный бетон с химическими добавками // Бетон и железобетон. - 1977, № 8. - С. 29-31.

8. Баженов Ю.М. Многокомпонентный мелкозернистый бетон для высотного строительства // Сборник докладов. II Международный симпозиум но строительным материалам КНАУФ для СНГ «Современное высотное строительство.Эффективные технологии и материалы». - М., 2005. - С. 7-73.

9. Батраков В.Г. Теория и перспективные паправления развития работ в области модифицирования цементных систем // Цемент и его применение. -М., 1999.-№11-12.-С. 14-19.

10. Батраков В.Г. Модифицированные бетоны. Теория и практика. 2-е изд., перераб. и доп..- М., 1998.- 768 с.

11. Бучкин, В.Ф. Степанова. Цементные композиции повышенной коррозионной стойкости, армированные базальтовыми волокнами // Строительные материалы. 2006. -- №7 -- С. 12-16/

12. Волков И.В. Проблемы применения фибробетона в отечественном строительстве // Строительные материалы. - 2004. - №6. - С. 12-13.

13. Волков И.В. Фибробетонные конструкции // Обз. инф. Серия «Строительные конструкции». Вып. 2. - М.: ВНИИИС Госстроя СССР, 1988. -18 с.

14. Волков И.В. Проблемы применения фибробетона в отечественном строительстве // Строительные материалы -- 2004. - №6. - С. 13-15

15. Волков И.В. Фибробетон - состояние и переспективы применения в строительных конструкциях // Строительные материалы, оборудование и технологии ХХ1в.-2005.-№4.-С. 24-25

16. Волков И.В. Проблемы применения фибробетона в отечественном строительстве // Строительные материалы.-2005.-№6.-С. 27-29.

17. Власов В.К. Закономерности оптимизации состава бетона с дисперсными минеральными добавками // Бетон и железобетон. - 1993. - №4. - С. 10-12.

18. Глекель Ф.Л. Физико-химические основы применения добавок к минеральным вяжущим. - Ташкент, изд-во "Фан", 1974. - 123 с.

19. Глекель Ф.Л., Кооп Р.З., Ахмедов К.С. Регулирование гидратационного структурообразования поверхностно-активными веществами. - Ташкент, изд-во "Фан", 1986. - 223 с.

20. Добролюбов Г., Ратинов В.Б., Розенберг Т.И. Прогнозирование долговечности бетона с добавкой. - М.: Стройиздат, 1983. - 212 с.

21. Демьянова B.C. Калашников С.В., Казина Г.Н., Тростянский В.М. Многокомпонентные дисперсно-армированные бетоны с улучшенными эксплуатационными свойствами // Международная научно-практическая конференция. Девятые Академические чтения РААСН "Достижения, проблемы и перспективные направления развития теории и практики строительного материаловедения" - Казань, 2006. с. 161-163.

22. Демьянова B.C., Калашников В.И. Быстротвердеющие высокопрочные бетоны с органоминеральными модификаторами // Пенза: ПГУАС, 2003. - 195 с.

23. Дворкин Л.И., Кизима В.П. Эффективные литые бетоны. - Львов: Вища школа, 1986. - 142 с.

24. Добролюбов Г.Г., Ратинов В.Б., Розенберг Т.И. Прогнозирование долговечности бетона с добавками, - М.: Стройиздат, 1983. - 212 с.

25. Звездов А.И., Волков Ю.С. Бетон и железобетон: наука и практика // Материалы I Всероссийской конференции по бетону и железобетону. - М., - 2001.-С. 288-297.

26. Зазимко В.Г. Оптимизация свойств строительных материалов. - М.: Транспорт, 1981. - 103 с.

27. Иванов Ф.М., Шипулин А.А. Бетон на шлакопортландцементе с суперпластификатором С-3 // Бетон и железобетон.I981.- № I.- С.10 -12.

28. Исследование и применение бетонов с суперпластификаторами // Сб.

29. науч. тр./ НИИЖБ Госстроя СССР. - М., 1982. - 159 с.

30. Курбатов Л.Г. Проектирование и изготовление сталефибробетонных конструкций: Обзорная информация ЦНТИ Госгражданстроя. - Л., 1985. - 55 с.

31. Курбатов Л.Г., Рабинович Ф.Н. Об эффективности бетонов, армированных стальными фибрами. // Бетон и железобетон. - 1980. - № 3. - С.6-7.

32. Комохов П.Г. О бетоне XXI века // Вестник РААСН. - М., 2001. - №5.

33. Комохов П.Г., Грызлов B.C. и др. Оценка модификации бетона на макро- и микроуровне // Общие проблемы и решения теории и практики строительного материаловедения / Доклад к Международной конференции. 4.1. - Казань: КГАСА, 1996.-С. 14-18.

34. Копацкий А.В., Курбатов Л.Г., Ефремова В.М. Структура бетонной составляющей зон сталефибробетона с повышенным содержанием крупных фибр // Технология изготовления и свойства новых композиционных строительных материалов: Межвуз. темат. сб. науч. тр. - Д.: ЛИСИ, 1986. - С.44 -49.

35. Крылов Б.А. Фибробетон и его применение в строительстве - М.: Стройиздат, 1979. - 173 с.

36. Касымова С.С., Тулаганов А.А. Нанотехнологии в производстве цемента (обзор) // Сб. науч. трудов ТАСИ.- Ташкент, 2008.- С 65-69.

37. Ким К.Н. Методика исследования реологических свойств бетонной смеси, М., НИИЖБ, вып. 29, 1977 - С 2-16.

38. Леонтьев В.Н., Приходько В.А., Андреев В.А. О возможности использования углеродных волокнистых материалов для армирования бетонов // Строительные материалы. - 1991. - №10. - С. 27-28.

39. Михайлов В.В., Волков Ю.С. Бетон и железобетонные конструкции. Состояние и перспективы применения в промышленном и гражданском строительстве. - М.: Стройиздат, 1983. - 358 с.

40. Михайлов В.В., Беликов В. А. Перспективы применения конструкций из высокопрочных бетонов // Бетон и железобетон. - 1982. - №5. - С. 7-8.

41. Маилян P.Л, Маилян Л.P., ОсиновK.M. и др. Рекомендации по проектированию железобетонных конструкций из керамзитобетона с фибровым армированием базальтовым волокном. - Ростов н/Дону, 1996. - 14 с.

42. Маилян P.Л, Аль-Хужейри Халед, Польской П.П. Влияние фибрового армирования на трещиностойкость наклонных сечен

43. Маилян Л.Р., Шилов Ал.В., Джаварбек Н. Влияние фибрового армирования базальтовым волокном на свойства легкого и тяжелого бетонов // Новые исследования бетона и железобетона. - Ростов н/Д, 1997. - С. 7-12.

44. Малинина Л.А., Королев K.M., Рыбасов В.Н. Опыт изготовления изделий из фибробетона в СССР и за рубежом: Обзор ВЕИИЭСМ. - М., 1981.

45. Махаматалиев Э. М. О новой стратегии применения полиструктурной теории композиционных строительных материалов в исследованиях по совершенствованию технологии наполненных бетонов// Сб. науч. трудов ТАСИ.- Ташкент, 2008.- С 34-37.

46. Махаматалиев Э. М. Бетон на активированном вяжущем и с зольным наполнителем: Автореферат. дис. канд. техн. наук: 05.23.05- Ташкент 1993 - 23 с.

47. Новая добавка для бетона / Логинова Т.Н. - Ташкент, 1985. - (Информ. Листок / УзНИИНТИ, № 85-38).

48. Новая комплексная добавка / Алиев А.Г., Борисов М.Е., Алиев Р.Н,-

49. Ташкент, 1985. - (Информ. листок/ УзНИИНТИ; №. 777-85).

50. Пащенко A.A. Сербии В.П. Пасласская А.П. и др. Армирование неорганических вяжущих веществ минеральными волокнами. - М.:Стройиздат. 1988. -201с.

51. Погорелов СИ. Повышение долговечности сталефибробетонов путем использования шлаковых цементов // Работоспособность строительных материалов при воздействии различных эксплуатационных факторов: Межвузовский сборник. - Казань: КХТИ, 1988. - С. 99-101.

52. Прасолов Е.Я., СопильнякA.B., Клименко Е.В. Количественная оценка ползучести сталефибробетона // Работоспособность строительных материалов при воздействии различных эксплуатационных факторов: Межвузовский сборник. - Казань: КИСИ, 1988. - С. 52-53.

53. Применение суперпластификаторов в бетоне. Обзорная информация. - ВНИИМС Госстроя СССР, 1982. - 58 с.

54. Ратинов В.Б., Розенберг Т.Й., Кучеряева Т.Д. Комплексные добавки для бетона // Бетон и железобетон. - 1981. - № 9. - C.9-IQ.

55. Рекомендации во применению химических добавок в бетоне. - М.: Минстрой СССР, 1985. - I7 с.

56. Рекомендации по определению оптимальной дозировки химических добавок в бетонах / Госстрой УзССР. - Ташкент, 1983. - 23с.

57. Рабинович Ф.Н., Курбатов Л.Г. Применение сталефибробетона в конструкциях инженерных сооружений // Бетон и железобетон. - 1984. - № 12.-С. 22-25.

58. Рабинович Ф.Н. Композиты на основе дисперсно армированных бетонов. Вопросы теории и проектирования, технология, конструкции: Монография - М.: Издательство АСВ, 2004. - 560с.

59. Рабинович Ф.Н. Применение фиброармированных бетонов в конструкциях промзданий // Фибробетон и его применение в строительстве: Труды НИИЖБ. - М., 1979. - С. 27-38.

60. Рабинович Ф.Н. Бетоны, дисперсно-армированные волокнами: Обзор ВПИИЭСМ. - М., 1976. - 73 с.

61. Рабинович Ф.Н., Романов В.П. О пределе трещиностойкости мелкозернистого бетона, армированного стальными фибрами // Механика композитных материалов, - 1985.-№ 2. - С. 277-283.

62. Рабинович Ф.Н. Оптимальные параметры дисперсного армирования фибробетонных конструкций // Транспортное строительство- 1998.-№8.- с.20-23.

63. Рабинович Ф.Н. Об уровнях дисперсности армирования бетонов // Строительство и архитектура: Изв. вузов. -1981.-№11.-С. 30-36.

64. Рабинович Ф.Н. Еткин Н.В. Перспективы освоения производства базальтовых волокон на базе Норильского горно-металлургического комбината//Строительные материалы.-1997.-№8-С.6-7.

65. Рабинович Ф.Н., Зуева В.Н., Макеева Л.В. Устойчивочть базальтовых волокон в среде гидратирующихся цементов // Стекло и керамика. 2001. -№12 - С.29-32.

66. Рамачандран В. и др. Добавки в бетон: Справочное пособие. - М.: Стройиздат, 1988. - С.575.

67. Соломатов В.И. Проблемы современного строительного материаловедения // Общие проблемы и решения теории и практики строительного материаловедения / Докл. к Международной конференции. - Казань: КГАСА. Ч.1., 1996.-СЗ-9.

68. Соломатов В.И., Тахиров М.К., Коротин М.М. Бетон с АЦФ добавкой для транспортного строительства. - М.: Транспорт, 1986.

69. Соломатов В.И., Тахиров М.К., Ханин В.К. Ресурсосберегающая технология бетона.- Ташкент: Мехнат, 1990.-239 с.

70. Сталефибробетон и конструкции из него. Серия «Строительные материалы» Вып. 7 ВНИИНТПИ. - М., 1990.

71. Стеклофибробетон и конструкции из него. Серия «Строительные материалы». Вып.5. ВНИИНТПИ.

72. Состав, структура и свойства цементных бетонов / Под ред. Г.И.Горчакова. - М.: Стройиздат, I986. - 143 с.

73. Суперпластификатор разжижитель СМФ/ Батраков В.Г. и др.// Бетон

74. и железобетон. - 1985. - № 5. - С. 18-20.

75. Фибробетон в Японии. Экспресс-информация. Строительные конструкции». - М, ВНИИИС Госстроя СССР, 1983. - 26 с.

76. http://www.eremont.ru/enc/materials/beton/beton_sv.html

77. http://www.audax.ru/products/construction/additives/fm/scc/

78. http://www.formulalsr.ru/beton_rastvor/articles/sub.htm

Размещено на Allbest.ru

...