Мар 102011
 

А.В. Бучкин. НИИЖБ, Москва. Россия

Рассматриваются вопросы перспективности использования в качестве дисперсной арматуры базальтового волокна для цементно-иссчаной матрицы, приведены некоторые результаты экспериментальных исследований.

За рубежом и в России уделяется большое внимание развитию технологии фибробетона, в основном стеклофибробетона, изучению и улучшению его физико-технических и деформатнвных характеристик [1,4,5].

Однако недостаточная изученность стойкости волокон в цементной матрице бетона ограничивает области и объем применения фибробстона в строительстве, несмотря на то, что использование неметаллических волокон исключает ряд проблем, связанных с коррозией стальных фибр. Из неметаллических волокон наиболее доступными по эконо­мическим показателям являются стеклянные и базальтовые волокна. Одним из способов повышения стойкости стеклянной фибры является применение щелочестойкого волокна с высоким содержанием оксида циркония. Однако высокая стоимость и сложность тех­нологии его получения сдерживает его применение.

Альтернативой шелочестойкому волокну в строительной индустрии является исполь­зование базальтовых горных пород в производстве различных материалов и изделий, в том числе базальтовых волокон для дисперсного армирования бетона. Базачьтовое во­локно отличается не только своими высокими физико-механическими свойствами, но и повышенной химической стойкостью, температуро- свето- и атмосферостойкостью, и что немаловажно, простотой технологии производства, невысокой стоимостью и эколо­гической безопасностью.

Испытаниями [2,3] установлено, что все минеральные волокна, независимо от хими­ческого состава, вступают в химическое взаимодействие с растворами, имитирующими среду твердеющего бетона на портландцементе. По показателям: количеству поглощен­ного СаО, количеству растворившегося SiO,. количеству связанных щелочей и измене­нию прочности минеральные волокна можно выстроить в ряд: бесшслочнос>щелочнос> кварцевос>базальтовос>цирконневое. Наименее стойкое — бестолочное, наиболее стой­кое — циркониевое волокно.

Исследования базальтового волокна (БВ) выполнялись зарубежными и отечественны­ми организациями, лабораториями, такими как Лаборатория базальтовых волокон (ЛБВ) Института материаловедения АН Украины. НИИЖБ. ЦНИИПромзданий, ЛатНИИстро-ительства, АрмНИИСВ, Basaltex Masurcel Group, Department of Textiles (Ghent University Belgium) и др. Однако имеющиеся данные исследований о коррозионной стойкости ба­зальтового волокна в цементных матрицах носят частный и противоречивый характер, что, в свою очередь, создает затруднение для широкого использования цементнобазаль-товых композитов в строительстве.

Базируясь на накопленном опыте исследований в области фибробстона. проводит­ся работа по созданию цементных композиций, армированных базальтовым волокном, обладающих высокими физико-механическими характеристиками и повышенной корро­зионной стойкостью, в том числе при эксплуатации в агрессивных средах. Основными направлениями являются oipaooiKa 1с\нологии введения базальтового волокна в цемен­тную матрицу; снижение пористости; стабилизация физико-механических свойств; отработка составов смеси для получения базальтофнбробстонов, повышенной прочности, малой проницаемости с улучшенными леформативиыми характеристиками.

Равномерное распределение волокон по объему матрицы — одно из проблемных мест в технологии приготовления базалыофибробетона. Высокие эксплуатационные характе­ристики, а также долговечность фиброкомпозитов напрямую зависят от решения данного вопроса.

При сотрудничестве с ОАО «Мосспецпромпроект» разработан турбулентный смеси­тель пропеллерного типа для приготовления базатьтофибробетонных смесей, армиро­ванных отрезками базальтовой нити диаметром 9,0 — 13.0 мкм длиной от 10 до 50мм. В настоящее время в лаборатории коррозии и долговечности бетонных и железобетонных конструкций НИИЖБ отработана технология введения в смесь тонкого базальтового во­локна, с равномерным распределением элементарных волокон по объему бетонной мат­рицы. Параллельно проведен подбор и оптимизация составов базальтофибробетонов с различными сроками твердения.

В процессе опытно-экспериментальной работы были решены вопросы:

влияние режимов перемешивания смесей и последовательность введения компо­нентов смеси, воды затворсния, отрезков ровннга, модификаторов и ускорителей набора прочности;

влияние процентного содержания и длин волокон на физико-механические характе­ристики;

—           отработаны оптимальные режимы перемешивания смесей.

Подобраны и оптимизированы составы цементно-песчаных растворов с различны­ми модификаторами, где постоянными факторами являлись содержание цемента и песка при постоянном В/Ц, диаметр базальтового волокна, варьируемыми факторами являлись длина и процентное содержание базальтового волокна, последовательность загрузки со­ставляющих смеси и режимы приготовления. Результаты испытаний составов базальто-фибробетона на физико-механические характеристики представлены в таблице 2 и на диаграмме.

 

Таблица 1.Приготовление смеси в турбулентном смесителе
По результатам определения физико-механическ

х характеристик и по равномернос­ти распределения базатьтового волокна были выбраны две схемы приготовления базальтофибробетона (таблица 1).

 

При выдержке образцов в агрессивных средах и ускоренном старении с различными температурными режимами образцов базальтофибробетона на контактной зоне волокно-цементная матрица образуются новообразования в результате взаимодействия гидрокси-да кальция портландцемента с оксидом кремния базальтового волокна. По результатам коррозионных исследований, полученных после воздействия агрессивных сред можно сказать, что применение модификатора МБ-01 также благоприятно влияет на сохраняе­мость волокна в цементной матрице (рис а,б).

 

 

 

 
Полученные результаты подтверждают воз­можность получения высоких прочностей компо­зита в ранние сроки твердения, что очень важно при использовании их в ремонтных составах. Также не мало важным фактором является повы­шенная трещиностойкость образцов при их раз­рушении.

Диаграмма физико-механических показателей составов базальтофибро­бетона

Проведенный подбор оптимальных соста­вов базальтофибробетона показал, что наиболее эффективно применение модификатора поли­функционального действия МБ-01, содержащий суперпластификатор и микрокремнезем, который позволяет снизить водоцементное отношение, повысить физико-механические показатели. Проводятся исследования по оценке развития коррозионных процессов базальтового волокна в цементной матрице и оценке долговечности материала.

В основу оценки долговечности положена методика А.А. Пащенко, в которой усо­вершенствован численный расчет на скорость взаимодействия компонентов базальтовых волокон с компонентами матрицы во времени Это позволяет наиболее достоверно про­гнозировать долговечность композита до ЮОлет.

Для наблюдения за изменением базальтового волокна в цементной матрице, опреде­ления наличия продуктов новообразований при взаимодействии волокна с ней во вре­мени применялись петрографический, рентгенографический, элсктронноскопический методы и дифференциально-термический анализ.

 

 

 

 

 

 

 

а)         б)

Микрофотографии базальтового волокна в теле бетона после выдержки в афессивном растворе при температуре 550С течение 30 суток, увеличение х 1000:

а)         без модификатора МБ-0

б)         с модификатором МБ-01

Приведенные выше данные, а также результаты коррозионных исследований позво­лят определить рациональные области применения цементнобазальтовых композитов повышенной коррозионной стойкости, нормируемой долговечности с обоснованием эко­номической целесообразности.

 

Ссылки

Стеклофибробетон в строительстве: Материалы семинара. — М.; Центральный Российский Дом знаний, 1992.

Разработка технологии, конструкторской документации, изготовление и испы­тания опы гно-промышленных партий композитных (стеклопластиковых и других видов) соединителей слоев бетона и трехслойных стеновых панелей: Научно-технический от­чет.-М, НИИЖБ.1999.

Пащенко А.А. Армирование неорганических вяжущих веществ минеральными волокнами. Наука строительному производству — М. Стройиздат., 1988.

Shuaib Н., Ahmad George С, Hoff Morris Schupack State-of-the-Art Report on Fiber Reinforced Concrete. Reported by ACI Conrmittee 544, MCP2004.

Velde K., Kiekens P., Van Langenhove L. Basalt fibers as reinforcement for composites// Van de Department of Textiles, Ghent University, Technologiepark 907, B-9052 Zwijnaardc, Belgium.

 

 

 Posted by at 19:07

 Leave a Reply

You may use these HTML tags and attributes: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <s> <strike> <strong>

(required)

(required)

Включите изображения, чтобы увидеть вопрос *

Яндекс.Метрика