Мар 102011
 

Особенности технологии ячеистого фибробетона

Совокупность технических и технологических решений в производстве ячеистого фибробетона должны гарантировать получение композита с заданными свойствами, повышенной долговечностью и экономичностью. При этом следует учитывать, что технология фибробетонов в известном смысле существенно отличается от принятой в производстве обычных железобетонных изделий и конструкций.

Приготовление фибробетонных смесей

В технологии фибробетонов вопросы приготовления смесей занимают особое место, так как именно на этой стадии происходит армирование бетона волокнами, обеспечение равномерности распределения которых закладывает основы для получения материала с улучшенными свойствами. В настоящее время исследования, связанные с процессом приготовления фибробетонных смесей, развиваются по двум направлениям: первое направление основано на разработке принципиально новых типов смесителей, второе учитывает возможность получения фиброармированных смесей в существующих серийно выпускаемых смесителях. Несмотря на различный подход, основная задача исследований сводится к снижению трудоемкости и энергоемкости процессов дозирования и перемешивания с обеспечением равномерного распределения армирующих волокон в объеме смеси. При использовании в качестве дисперсной арматуры неметаллических волокон в процессе перемешивания необходимо обеспечить распушку последних, то есть разделить отрезки комплексных нитей на элементарные волокна. Значение распушки обосновано основными положениями теории композиционных материалов, согласно которым величина максимального напряжения в средней части волокна при действии внешних сил определяется как

,

где tсц – прочность сцепления между волокном и матрицей; l и d – длина и диаметр волокон.

Данное уравнение показывает, что при постоянном значении tсц напряжение в волокне определяется отношением его длины к диаметру и может быть увеличено за счет распушки. Очевидно, что в результате распушки появляется возможность уменьшения длины волокон или их содержания без снижения smax, что очень важно, так как значительно облегчает процесс приготовления смеси. Следует отметить, что по мере распушки неметаллических волокон возрастает их число в объеме смеси, следовательно расстояние между фибрами уменьшается даже при постоянном значении процента армирования m, что приводит к заметному повышению трещиностойкости композита. Таким образом, распушка волокон заключает в себе потенциальные возможности улучшения свойств фибробетона, которые должны быть реализованы именно в процессе приготовления смеси.

В связи с этим в серии экспериментов, посвященных вопросам приготовления смесей, армированных полимерными волокнами, использовался серийно выпускаемый турбулентный смеситель СБ-133 Новосибирского завода строительных машин.

Анализ данных, представленных на рисунке, показывает, что независимо от длины фибр и их количества, значения прочности фибробетонов, полученные в ходе эксперимента, близки к теоретическим при степени распушки в пределах 80–100 %.

 

Формование фибробетонных изделий

При изготовлении изделий из фибропенобетона может применяться литьевой способ формования. В этом случае формуемость смесей определяется их структурной вязкостью, которая, в свою очередь, зависит от величины средней плотности, расхода воды и количества армирующих волокон. При этом, как и в обычных бетонных смесях, вязкость может быть отрегулирована введением пластифицирующих добавок, способных существенно понизить поверхностное натяжение на границе раздела фаз.

Для количественной оценки влияния указанных факторов на процесс формования и свойства получаемого материала в турбулентном смесителе приготавливались фибропенобетонные смеси различного состава, для которых определялась величина погружения конуса, характеризующая их структурную вязкость. Из полученных смесей изготавливались образцы размером 4х4х16 см, результаты испытаний которых приведены в таблице 1.

Таблица 1.

Влияние состава смеси на глубину погружения конуса и свойства фибропенозолобетона

Водотвердое отношение Количество С-3, % Ц m,

% мас.

Глубина

погружения конуса,

см

 

Свойства

фибропенозолобетона

r с р ,

кг/м3

Rри ,

МПа

Rсж,

МПа

 

 

 

0,7

 

 

0

 

0 16,9 730 0,9 2,9
0,5 16,2 730 1,3 3,9
1,0 15,1 720 2,0 4,2
 

0,5

0 17,3 715 1,1 2,9
0,5 17,0 715 1,5 4,1
1,0 16,5 705 2,4 4,6
 

 

 

0,5

 

0

0 15,8 760 1,3 3,1
0,5 14,3 755 2,0 4,0
1,0 13,1 740 2,9 4,5
 

0,5

0 17,0 720 1,4 3,6
0,5 16,6 720 2,4 4,3
1,0 15,8 705 3,2 4,9

 

Из таблицы следует, что по мере сокращения расхода воды и увеличения содержания волокон в пенобетонных смесях их вязкость увеличивается. Однако при добавлении суперпластификатора формовочные свойства смесей улучшаются, о чем свидетельствуют увеличение глубины погружения конуса и улучшенные по сравнению с исходными показатели физико-механических свойств получаемого материала.

Одновременно установлено, что в менее плотных смесях (rсм 700 кг/м3) эффект повышения структурной вязкости в результате введения волокон заметно снижается, и формование теплоизоляционных изделий из ячеистого фибробетона литьевым способом возможно без разработки каких-либо специальных приемов. Более того, практический опыт показывает, что в данном случае процесс формования не требует повышения водотвердого отношения или использования пластифицирующих добавок.

Твердение фибробетонных изделий

При производстве ячеистобетонных изделий процесс твердения занимает до 90 % времени, поэтому его сокращение без снижения качества готовой продукции является важнейшей технологической задачей.

При любом способе тепловой обработки ячеистобетонных изделий довольно продолжительной стадией является предварительная выдержка, необходимая для обеспечения определенной структурной прочности материала. Одним из способов ускорения твердения бетонов является разогрев смеси, в том числе путем затворения горячей водой. Однако если для газобетона такой прием обычен и даже желателен, то попытки затворения горячей водой пенобетонных смесей нередко приводят к их осадке. Экспериментально установлено, что при дисперсном армировании осадки не происходит благодаря формированию в пенобетонной смеси пространственного каркаса, сдерживающего деформации материала как в начальный период, так и при последующей тепловой обработке. При этом эффект от использования горячей воды может быть усилен выдерживанием отформованных изделий до начала тепловой обработки в камерах микроклимата с параметрами окружающей среды, соответствующими температуре смеси.

Для комплексной оценки совместного влияния различных факторов на физико-механические свойства ячеистого фибробетона и их оптимизации при разработке условий и режимов твердения исследуемого материала реализован полный факторный эксперимент, в котором варьируемые параметры, их основной уровень и интервалы варьирования были назначены на основании результатов предварительных исследований. В качестве варьируемых величин приняты:

— скорость подъема температуры в пропарочной камере;

— продолжительность предварительной выдержки;

— температура воды затворения;

— температура окружающей среды во время предварительной выдержки.

В качестве параметров оптимизации рассматривались значения прочностных характеристик фибропенобетона.

В результате статистической обработки данных эксперимента получены уравнения регрессии, анализ которых позволил определить оптимальные условия процесса твердения фибропенобетона при его интенсификации:

— затворение смеси водой с температурой 60 °С;

— выдерживание отформованных изделий до начала тепловой обработки при температуре окружающей среды 40 °С;

— сокращение предварительной выдержки до 4 часов;

— применение мягких режимов пропаривания при скорости подъема температуры в камере, равной 10 °С/ч.

Следует отметить, что при твердении в указанных условиях отпускная влажность ячеистого фибробетона составляла 32–34 %, что значительно выше нормируемых значений. В связи с этим предложен комбинированный (двухстадийный) режим ТВО, согласно которому на первой стадии осуществляется обработка твердеющего фибропенобетона паром, а на второй – разогретым до 110 °С сухим воздухом. Сопоставление физико-механических характеристик фибропенобетона, изготовленного с использованием различных способов тепловлажностной обработки, показывает, что несмотря на некоторое увеличение продолжительности процесса, комбинированный прогрев является весьма перспективным и целесообразным технологическим приемом, позволяющим получать композит с высокой прочностью и пониженной влажностью, что предопределяет низкие значения усадки и, следовательно, высокую долговечность изделий в период эксплуатации.

Очевидно, что пропаривание фибропенобетона увеличивает стоимость процесса производства, и в ряде случаев оно невозможно по организационным признакам. В связи с этим целью дальнейших исследований являлось изучение возможности получения ячеистого фибробетона без применения тепловлажностной обработки.

Образцы с расчетной средней плотностью в сухом состоянии 800 кг/м3 формовались литьевым способом из смесей состава цемент : зола = 1 : 1,25 при m = 1,0 % по массе, а по достижении распалубочной прочности освобождались от форм и твердели:

— в условиях естественной влажности при температуре 13–15 °С;

— при той же температуре в условиях повышенной влажности (над водой в эксикаторе).

В процессе твердения в контрольные сроки определялись остаточная влажность и прочность при сжатии образцов (таблица 2).

Таблица 2.

Прочность ячеистых бетонов средней плотности 800 кг/м3 в состоянии естественной влажности

Условия твердения

Вид бетона

Прочность (МПа) / влажность (% мас.) образцов в возрасте, сут.
3 7 14 28
13–15 °С,

естественная влажность

пенозолобетон

0,6 / 41 0,9 / 37 1,1 / 10 1,4 / 9
фибропенозо-лобетон 0,4 / 34

 

0,9 / 27 2,6 / 9 2,8 / 8
13–15 °С,

повышенная влажность

пенозолобетон

 

0,5 / 39 1,1 / 38 0,9 / 36 1,5 / 33
фибропенозо-лобетон 0,3 / 38 0,5 / 34 1,4 / 25 1,8 / 23

Одновременно из смесей указанного состава были изготовлены образцы, твердевшие в формах в условиях пропаривания при температуре изотермической выдержки 80 °С по режиму (в часах):

3 + 6 + естественное охлаждение в закрытой камере.

После освобождения от форм образцы сушились до постоянной массы при температуре 105 °С, после чего определялась их прочность. Результаты испытаний приведены в таблице 3. Здесь же представлены характеристики прочности образцов, твердевших без тепловлажностной обработки и высушенных до постоянной массы.

Таблица 3

Прочность ячеистых бетонов средней плотности 800 кг/м3, высушенных до постоянной массы

Условия твердения

Вид бетона

Прочность на сжатие, МПа
пропаривание пенозолобетон

фибропенозолобетон

2,8

4,9

28 сут. при 13–15 °С и естественной влажности пенозолобетон

фибропенозолобетон

1,8

3,2

28 сут. при 13…15 °С и повышенной влажности пенозолобетон

фибропенозолобетон

3,4

5,1

 

Анализ полученных данных позволяет сделать следующие выводы.

1. Прочность ячеистого фибробетона, начиная с 7 суток, интенсивно нарастает и к контрольному сроку значительно опережает прочность неармированного бетона.

2. Прочность фибробетона естественного твердения в 28-суточном возрасте равна прочности пенобетона, прошедшего ускоренную тепловлажностную обработку и высушенного до постоянной массы.

3. Прочность ячеистых бетонов, твердевших при обычных температурах в условиях повышенной влажности невысока, однако после сушки образцов она превосходит прочность пропаренных (контрольных) образцов.

Таким образом, установлена принципиальная возможность получения эффективного теплоизоляционно-конструкционного фибропенобетона без тепловой обработки, что значительно расширяет области его применения.

 

 

Ю. В. Пухаренко

 

 Posted by at 19:29

 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