Управление структурообразованием дисперсно-армированного пенобетона на макроуровне

Размещено на http://www.allbest.ru/

Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А.

Управление структурообразованием дисперсно-армированного пенобетона на макроуровне

Страхов Александр Владимирович,

Багапова Диана Юрьевна,

Иващенко Юрий Григорьевич

Аннотация

Рост цен на энергоносители все больше заставляет обратить внимание на изделия на основе неавтоклавного пенобетона. Невысокая прочность и низкая трещиностойкость, возникающая вследствие повышенных усадочных деформаций на протяжении всего жизненного цикла материала являются факторами ограничивающими область его применения. В статье рассмотрены теоретические основы процессов структурообразования дисперсно-армированного неавтоклавного пенобетона. Представлены результаты экспериментов, подтверждающих возможность управления на макроуровне процессами структурообразования. Установлена оптимальная концентрация дисперсного наполнителя в пенобетонной смеси и величина водоцементного отношения. пенобетон армированный дисперсный неавтоклавный

Ключевые слова: теплоизоляционные строительные материалы, ячеистый бетон, пенобетон, неавтоклавный пенобетон, дисперсное армирование, структурообразование, технический углерод.

Annotation

CONTROL STRUCTURE FORMATION OF DISPERSE REINFORCED FOAM CONCRETE AT MACRO LEVEL

Rising energy prices are increasingly forcing to pay attention to products based on non-autoclaved foam concrete. Low strength and low crack resistance resulting from increased shrinkage deformation throughout the entire life cycle of a material are factors that limit its scope. The article discusses the theoretical foundations of the process of structure formation of dispersion-reinforced non-autoclaved foam concrete. The results of experiments confirming the possibility of controlling structure formation processes at the macro level are presented. The optimal concentration of the dispersed filler in the foam concrete mixture and the value of the water-cement ratio are established.

Key words: heat-insulating construction materials, cellular concrete, foam concrete, non-autoclave foam concrete, dispersed reinforcement, structure formation, carbon black.

Основная часть

Постоянный рост цен на энергоносители все больше заставляет обратить внимание на изделия на основе неавтоклавного пенобетона. Факторами, ограничивающими область применения данного материала, являются невысокая прочность и низкая трещиностойкость, возникающая вследствие повышенных усадочных деформаций на протяжении всего жизненного цикла материала.

На сегодняшний день в исследованиях направленных на улучшение физико-механических характеристик ячеистых бетонов можно выделить два основных пути:

· Применение химических добавок ориентированных непосредственно на процессы твердения цементного камня;

· Применение армирующих волокон.

В дисперсно-армированных как и в традиционно армированных структурах, упрочнение волокнами основывается на предположении, что материал бетонной матрицы передает волокнам приложенную нагрузку посредством касательных сил, действующих по поверхности раздела фаз, и, если модуль волокна больше модуля матрицы, то основную долю приложенных напряжений воспринимают волокна, а общая прочность композиции пропорциональна их объемному содержанию. [1]

По своему характеру дисперсное армирование может осуществляться одним видом фибр или смесью разных фибр (разной длины и разного состава). [1]

Теоретически процесс структурообразования дисперсно-армированного пенобетона выглядит следующим образом: к поверхности фибры, как области существования максимальных сдвиговых напряжений, перемещаются мельчайшие частицы твёрдой фазы, которые формируют на поверхности пузырька пены твердый слой из бетонной смеси, как бы обжимая его. То есть процессы гидратации осуществляются непосредственно на поверхности раздела фаз, что с одной стороны, ограничивает возможность смещения частиц твёрдой фазы при перераспределении межчастичной влаги в ходе гидратации и твердения вяжущего, а с другой стороны - становится тем конструктивным элементом. [2-4]

Одновременно с этим следует учитывать тот факт, что на формирование макроструктуры цементного неавтоклавного пенобетона существенное влияние оказывают сроки схватывания бетонной смеси. Так как в свежеуложенной пенобетонной смеси упругие связи развиты незначительно, и агрегативную устойчивость позволяет сохранить скорость формирования кристаллического новообразования. Данный процесс должен произойти быстрее, чем снизится упругость водной пленки пузырька во избежание смещения частиц цемента и волокна в пространстве с разрывом агрегатного образования, составляющего межпоровую перегородку. [5]

Опираясь на вышесказанное, был произведен ряд экспериментов, подтверждающих возможность управления на макроуровне процессами структурообразования цементного неавтоклавного пенобетона при помощи наполнения системы дисперсными частицами.

Основными компонентами состава пенобетонной смеси использованы исходные материалы: портландцемент марки ЦЕМ I 32,5Н ГОСТ 31108-2016 «Цементы общестроительные. Технические условия» производства ОАО «Холсим (Рус)» (Россия); песок Песчанковского месторождения строительных песков, отвечающий требованиям ГОСТ 8736-2014 «Песок для строительных работ. Технические условия», белковый пенообразователь «FOAM X»; вода водопроводная по ГОСТ 23732-2011 «Вода для бетонов и растворов. Технические условия», в качестве дисперсного наполнителя применялся технический углерод - пиролизная сажа с размерами частиц в пределах 10-2-10-5 мм, полученный в результате термического разложения резинотехнических изделий при недостатке кислорода, производства фирмы ООО «Элитар» Саратовской области. [6]

Одним из объективных показателей формирования и управления пористой структурой пенобетона на макроуровне являются силы сцепления между частицами цемента и полимерного волокна, которые определяются величиной пластической прочности пенобетонной смеси.[2]

Таблица 1

Пластическая прочность пенобетонной смеси, в зависимости от содержания дисперсного наполнителя

Рисунок 1 Зависимость пластической прочности пенобетонной смеси от содержания дисперсного наполнителя

Анализ данных таблицы 1 и графиков (рис. 1) можно сделать вывод, что насыщение пенобетонной смеси дисперсными наполнителями влияет на увеличение её пластической прочности. Данный процесс происходит из-за формирования новообразований в виде агрегатных кластеров.

В результате экспериментов установлена оптимальная концентрация дисперсного наполнителя в пенобетонной смеси, которая составляет 1,0% от массы цемента, поскольку увеличение концентрации дисперсного наполнителя приводит к резкому снижению пластической прочности пенобетонной смеси в виду ослабления сил сцепления цементной матрицы и дисперсного наполнителя из-за повышенной гидрофобности и проявления эффекта пластификации технического углерода.

Изменение пластической прочности напрямую зависит от водосодержания пенобетонной смеси. Уменьшение В/Т, приводит к росту значения пластической прочности при условии насыщения пенобетонной смеси оптимальным содержанием дисперсного наполнителя.

Таким образом, подтверждена возможность управления структурообразованием пенобетонной смеси на макроуровне введением дисперсного наполнителя и регулируемым водотвердым отношением системы.

Библиографический список

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

2. Моргун Л.В., Моргун В.Н. Влияние дисперсного армирования на агрегативную устойчивость пенобетонных смесей // Строительные материалы, № 1, 2003, с. 33-35.

3. Моргун В.Н. Структурообразование и свойства фибропенобетонов неавтоклавного твердения с компенсированной усадкой: автореферат дис.... кандидата технических наук: 05.23.05 / Рост. гос. строит. ун-т. Ростов-на-Дону, 2004. 23 с.

4. Ружинский С., Портик А., Савиных А. Все о пенобетоне. Издание 2-ое, улучшенное и дополн. СПб.: Строй Бетон, 2006. 630 с.

5. Шошин Е. А. Исследование электрокинетического потенциала модифицированных углеводами цементных паст на начальной стадии гидратации. / Е.А. Шошин, А.А. Широков // Вестник БГТУ им. Шухова. 2015. №5. С. 235-240.

6. Смесь для изготовления пенобетона: патент РФ №2591996, 2015116058/03, заявл. 27.04.2015, опубл. 20.07.2016, Текст. / Иващенко Ю. Г., Страхов А. В., Багапова Д. Ю., Евстигнеев С. А. Бюл. №20. 7 с.

Размещено на Allbest.ru