Інтенсифікація процесу просочення фібробетонних облицювальних виробів

Размещено на http://www.allbest.ru/

Інтенсифікація процесу просочення фібробетонних облицювальних виробів

Сопов В.П., доктор технічних наук, професор кафедри фізико-хімічної механіки та технології будівельних матеріалів і виробів; Казімагомедов И.Э., кандидат технічних наук, доцент кафедри будівельних матеріалів; Наливайко Т.Т. асистент кафедри інженерної геодезії Харківський національний університет будівництва та архітектури

Abstract

Intensification of the process of replacement of fiber concrete surfaces

Sopov V.P., Doctor of Technical Science, Professor of Department of Physical and Chemical Mechanics and Technology; Kazimagomedov I.E., Candidate of Technical Science, Associate Professor of the Department of Building Materials; Nalivayko T.T., assistant of the Department of Engineering Surveying Kharkrv National University of Civil Engineering and Architecture

Improving the durability of fiberglass concrete products is achieved by filling the pore space with hardening fluids by impregnation. The article analyzes the existing methods of impregnation of concrete products. It was revealed that the most effective is the intensive mode of impregnation with excessive evacuation (degassing) of products. For this, a laboratory impregnation unit was used. The intensive mode of impregnation of fiberglass concrete allows additionally synthesizing calcium hydrosilicates in the pore space of the cement stone and on thesurface of the fiber, which protect the capillaries from water access, and fibrous fillers from destruction in an alkaline environment.

Key words: fiberglass concrete, concrete structure, pore space, strength, volume reinforcement, impregnation.

Анотація

Підвищення довговічності склофібробетонних виробів досягається за рахунок заповнення порового простору твердіючими рідинами шляхом просочення. У статті проведено аналіз існуючих методів просочення бетонних виробів. Виявлено, що найбільш ефективним є інтенсивний режим просочення з надлишковим вакуумуванням виробів. Для цього використовувалась лабораторна просочувальна установка. Інтенсивний режим просочення склофібробетону дозволяє в найкоротші терміни додатково синтезувати в поровому просторі цементного каменю і на поверхні фібри гідросилікати кальцію, які захищають капіляри від доступу води, а волокнисті наповнювачі - від руйнування в лужному середовищі.

Ключові слова: склофібробетон, структура бетону, поровий простір, міцність, об'ємне армування, просочення.

Постановка проблеми

Особливості мікроструктури цементного каменю визначаються багатьма факторами, такими як фізична і хімічна природа цементу, тип і кількість добавок, що вводяться, температура і час гідратації, початкове водо-цементне відношення [1]. При введенні в бетон 35-50% води від маси цементу при його твердінні неминуче формується мікроструктура, яка характеризується наявністю порового простору, що складається із гелевих (10"⁹-10"⁸ м) і капілярних (10"⁸-10"⁵м) пор. Їх співвідношення визначає основні експлуатаційні властивості бетону [1-2].

Опір бетону проникненню агресивних речовин залежить від виду пор. Проникнення агресивних речовин можливо по капілярним порам, порам контактної зони між цементним каменем і заповнювачем, а також по мікротріщинам. Особливе значення для проникності мають капілярні пори з розмірами в діапазоні від 10 нм до 100 мкм.

При таких розмірах пори сприяють виникненню капілярного ефекту, в зв'язку з чим вони «втягують» вологу всередину виробу. Крім того, в них спостерігається конденсація пара з повітря, який відкладається на стінках капілярів у вигляді шарів води. Таким чином, микроструктура цементного каменю сприяє наповненню водою з лужним середовищем відкритого порового простору. Як наслідок, в звичайному бетоні скловолокно завжди буде в контакті з лужним середовищем, тому довговічність склофібробетона обмежена.

Аналіз останніх досліджень і публікацій

Застосування скловолокон у якості армуючих структурних елементів бетона має важливий недолік: скловолокно не є стійким у лужному середовищі, яке характерно для цементних систем [3-7]. З іншого боку наявність відкритих капілярних пор сприяє транспортуванню агресивних речовин всередину бетону, розвитку корозійних процесів та подальшому його руйнуванню [8]. Одним із засобів зниження проникності бетону є просочення поверхні бетону спеціальними речовинами. Дослідження застосування твердіючої рідини для просочення бетону показало [9], що доцільно використовувати композицію з рідкого скла з додаванням кремнійфтористого натрію в якості затверджувача. Особливість такої просочувальної рідини полягає в тому, що вона при розкладанні виділяє кремнекислоту, яка помітно ущільнює структуру бетону, знижуючи пористість і захищаючи скловолокно від корозії в середовищі гідратуючого цементу. Метою статті є встановлення особливостей дії просочувальної композиції на властивості склофібробетону та розробка методу ефективного просочування.

Викладення основного матеріалу

Процес заповнення пор бетону є тривалим (~10 годин) і загасаючим в часі, при цьому просочувальна рідина заповнює тільки 50-55% пор [10]. Характеристика міцності зразків фібробетону після просочення встановлюється за показником - коефіцієнтом зміцнення, який залежить від ступеня заповнення пористого простору (приросту маси рідкого скла):

Ку = ЯщЖ (1)

де Я_пр - міцність бетону після просочення, Я_к - міцність до просочення.

Для інтенсифікації процесу просочення фібробетону перспективним методом є збільшення швидкості і повноти просочення. При капілярному просоченні проникнення просочувальної речовини по капілярам відбувається під дією рушійного тиску (Рдв) [11]:

Рдв = Рк + Рат, (2)

де Р_к - капілярний тиск, Р_ат - атмосферний тиск.

З протилежного фронту просування просочувальної рідини діє реактивний тиск Р_р, що істотно знижує швидкість просочення. Умова Рдв>Рр забезпечує процес просочення, який припиняється при Р_дв = Р_р. Таке явище пояснюється тим, що поровий простір не є порожнім, а заповнений повітрям, стиснення якого викликає відповідну реакцію - зростання Рр [12]:

де V і У_ж - поровий простір до і після заповнення рідким склом.

Залежності (3) і (4) вказують на неможливість повного просочення порового простору фібробетону, зануреного в рідке скло.

(5)

де л - в'язкість рідини, і і г - довжина і радіус капілярів.

Якщо у формулі (5), зменшити і навіть прирівняти до нуля Р_ат, замінивши атмосферний тиск вакуумом, можна перетворити процес просочення фібробетону з експоненціального в прямолінійний.

Для встановлення ефективності застосування методу інтенсивного просочення для фібробетонів, були проведені експериментальні дослідження шляхом просочення фібробетонних виробів - фасадних облицювальних плит, які мали наступний склад: цемент (Ц) = 550 кг/м³, водо-цементне співвідношення (В/Ц = 0,45), скловолокно - 4% від маси цементу, довжина - 15 мм

Вакуумування здійснювали вакуум-насосом РВН - 20. Залишковий тиск контролювався стрілочним вакуумметром.

Вагу зразків вимірювали електронними вагами з точністю до 0,1 г, приріст ваги рідкого скла ДS визначали за формулою:

(6)

де Gs_t - = вага зразка в момент Gн = початкова вага зразка.

Капілярне просочення фібробетонних зразків проводилось зануренням зразка в розплав рідкого скла (рис. 1а). Для проведення насичення фібробетонних зразків за допомогою інтенсивного методу (рис. 16) з попереднім вакуумуванням використовувалася лабораторна просочувальна установка, розроблена на кафедрі будівельних матеріалів і виробів ХНУБА [9].

а

б

Рис. 1. Капілярне (а) і інтенсивне (6) просочення пористого тіла фібробетону

Для інтенсивного вакуумування виробів з фібробетону на виробництві доцільно застосовувати обладнання, що використовувалось раніше для вакуумування монолітного бетону (вакуум щити, вакуум трубки) [13-14]. На рис. 2 показана схема проведення вакуумування і просочення фібробетонних панелей.

Фібробетонні фасадні панелі 4 поміщаються в герметичну камеру 3, максимально заповнюючи її простір. Вакуум-агрегат 1 за допомогою шланга 2 створює в камері розрідження на час, необхідний для повної дегазації склофібропанелей.

Рис. 2. Схема вакуумування склофібробетонних панелей: 1 ? камера вакуумування і просочення; 2 ? склофібропанелі; 3 ? шланг подачі просочувальної рідини; 4 ? вакуумні шланги; 5 ? вакуум-агрегат

Після проведення вакуумування, по шлангу 5 в камеру подається просочувальна рідина. Поступово вакуум-агрегат скидає вакуум в камері і створює в ній надлишковий тиск для більш ефективного насичення бетонних виробів просочувальною рідиною. Після закінчення процесу просочення камера відкривається, а просочені вироби витягуються. Цей процес можливо повністю автоматизувати. Порівняльні результати випробувань представлені в табл. 1.

Таблиця 1. Характеристики фібробетону, просоченого рідким склом

*П-пісок, Ц цемент, СВ-скловолокно, НК-нанокремнезем.

Дані експерименту показали, що середнє Ку при капілярному режимі просочення становить 2,5, середнє Ку при інтенсивному режимі просочення становить 3,7. Приріст ваги рідкого скла склав 10%.

Процес просочення твердіючою рідиною пористого тіла цементу з використанням вакууму полягає в попередньому вакуумуванні зразка, армованого волокнами. При цьому, створення вакууму проводиться не тільки для захисту армуючих елементів і матриці від окислення, а головним чином, з метою використання атмосферного тиску в якості сили, що здійснює дезаерацію пор та примусового просочення матриці рідким склом. В цьому випадку виникає перепад тиску (Ар) між відвакуумованним обсягом і атмосферою, внаслідок чого атмосферне повітря тисне на повітря в порах і забезпечує заповнення простору між волокнами.

Як показало дослідження поздовжніх і поперечних зрізів модельних зразків, просочених рідким склом з подальшим затвердженням, спостерігається проникнення твердіючої рідини в мікро- і макродефекти ниток із заповненням всього об'єму (рис. 3).

Рис. 3 - РЕМ - зображення поперечного (а) і поздовжнього (б) зрізів склофібробетонних зразків (довжина маркера на фотографії відповідає 5 мкм); 1 - скловолокно, 2 - ділянки твердіючої рідини

У поперечному зрізі видно вкриті суцільною волокон і відносно рівномірним їх розподілом в полімерною плівкою волокна з характерними обсязі матеріалу. Поздовжній зріз демонструє горбистими заповненнями нерівностей на поверхні утворення на поверхні волокон плівку, товщиною менше 1 мкм.

Повнота просочення склофібробетону в найкоротші терміни дозволяє додатково синтезувати в поровому просторі цементного каменю і на поверхні фібри нерозчинні або важкорозчинні гідросилікати кальцію, які захищають капіляри від доступу води, а волокнисті наповнювачі - від руйнування в лужному середовищі. При надлишку волокна і відсутності твердіючої рідини цілісність кристалічної обойми на поверхні фібри порушується, відбувається її розчинення, збільшується пористість, що призводить до зниження міцності і втрати гідроізоляційних властивостей (рис. 4).

Рис.4 - Електронна мікрофотографія скловолокна в структурі цементного каменю, просоченого твердіючою рідиною: 1 - волокно в бетоні без просочення з порушеною цілісністю кристалічної обойми; 2 - волокно в бетоні з просоченням, покрите кристалогідратами, що утворюють безперервну структуру з цементним каменем.

склофібробетон просочення скло вакуумування

Висновки

З метою скорочення термінів і підвищення повноти просочення майже до 100%, на підставі формул (2) - (5), використано комплексний режим інтенсивного просочення відкритого порового простору склофібробетону. Даний режим просочення включає наступні операції:

1. Фібробетон розміщується в камері просочення і піддається вакуумуванню до величини залишкового тиску Р.

2. Просочувальне рідке скло подається в герметичну вакуум-камеру через розпилювач і піддається дегазації до досягнення камерою залишкового тиску Р₂ (Р\>Р₂).

3. Дегазоване рідке скло подається в камеру просочення до повного покриття їм фібробетонного виробу.

4. У камері просочення створюється надлишковий тиск Р_дв, під дією якого відбувається просочення відкритого порового простору фібробетонного виробу.

Експерименти показали, що процес просочення інтенсивним способом фібробетонних фасадних панелей рідким склом забезпечує повноту просочення протягом 20-30 хв, збільшення К_у в 1,5 рази, при цьому максимальні значення К_у(_зг) = 4,0 і Ку(ст) = 2,38 і скорочення часу просочення з 8 годин до 0,5 години. Просочені фібробетонні панелі дозволяють прискорювати терміни будівництва і мінімізувати витрати на створення оригінального і міцного фасаду будівлі.

Список літератури

1. Mehta P.K. and Monteiro P.J. Concrete: Microstructure, Properties and Materials. 3rd ed. London: McGraw-Hill; 2006.

2. Asamoto S., Ishida T., Maekawa K. Time- Dependent Constitutive Model of Solidifying Concrete Based on Thermodynamic State of Moisture in Fine Pores. // Journal of Advanced Concrete Technology, 2006. - 4 (2). - рр. 301-323.

3. Демешкин А.Г., Шваб А.А. Влияние агрессивной щелочной среды на прочностные свойства технических волокон. Вестник Самарского гос. техн. ун-та. Сер. Физ.-мат. науки. 2013. № 2 (31). С.36-41.

4. Рабинович Ф.Н. Прогнозирование изменений во времени прочности стеклофибробетонных композитов // Стекло и керамика. -- 2003 -- №2. -С.24-27.

5. Салия Г.Ш., Шагин А.Л., Бетонные конструкции с неметаллическим армированием. М.: Стройиздат, 1990, 144 с.

6. Фибробетон и его применение в строительстве / Под. ред. Б.А. Крылова. -2001.-214 с.

7. Shrikant Harle. Glass Fiber Reinforced Concrete & Its Properties. International Journal of Engineering Sciences & Research Technology. 2014. 3(1). Pp. 118-120.

9. Сопов В.П., Гуркаленко В.А., Мартынова К/Г. Взаимосвязь процессов коррозии бетона с характеристиками микроструктуры. // Науковий вісник будівництва. - 2014. - № 76. - С. 215-220.Вандаловский А.Г., Токарев М.Н. Физика процесса пропитки капиллярно-пористых тел. // Науковий вісник будівництва, вип. 36. ХДТУБА, Харків, 2006, с.55-60.

10. Баженов Ю.М., Угинчус Д.А., Улитина Г.А. Бетонополимерные материалы и изделия. К., «Будівельник», 1978, - 89с.

11. Вознесенский В.А., Ляшенко Т.В. Рецептурно-технологические поля свойств материала в компьютерном строительном материаловедении // Строительные материалы, 2006. - №7. - С.8-11.

12. Мчедлов-Петросян О.П. Повышение долговечности бетонных и железобетонных конструкций путем их поверхностной пропитки / О.П. Мчедлов-Петросян, В.Л. Чернявский, В.В. Савенков - М.: Труды «Водгео», Гидротехника, 1975. - № 55. - 77-84с.

13. Скрамтаев Б.Г. О вакуумировании бетона / Б.Г. Скрамтаев // Бетон и железобетон. - 1965. - № 12. - С. 42 - 44.

14. Сторожук Н.А. Теоретические исследования по вакуумированию бетонных смесей // Вісник Придніпровської державної академії будівництва та архітектури. - Д.: ПДАБА, 2012. - № 2 - 3. - С. 32 - 38.

Размещено на Allbest.ru