Материал: Физико-химические проблемы и высокие технологии строительного материаловедения. Колодяжный С.А
Научный Вестник Воронежского государственного архитектурно-строительного университета
В качестве материала для изготовления изгибаемых и растягиваемых строительных конструкций, целесообразно использовать фибропенобетоны пористость которых не превышает 50% их объема, то есть со средней плотностью 600 кг/м3 и более. Исследованиями физико-механических свойств в зависимости от расхода полиамидной фибры занималась А.Ю. Богатина [3].
Согласно выполненным ею исследованиям фибропенобетоны со средней плотностью 600 кг/м3 и выше, наилучшими конструкционными свойствами обладают при содержании дисперсной арматуры 1,5% от объема твердой фазы, т.е. примерно 3% по массе. При повышении средней плотности материала наблюдается тенденция к снижению процентного содержания фибры при достижении наилучших конструкционных свойств до 0,7% от объема твердой фазы. Отсюда следует, что соотношение механических свойств между фиброй и затвердевшим цементным камнем управляет эффективностью её использования в газонаполненных каменных материалах.
При изготовлении энергоэффективных ячеистобетонных изделий конструкционного назначения их армируют металлическими каркасами [8]. Известно, что металлическая стержневая арматура в таких конструкциях коррозионно неустойчива, поэтому нормативные документы [8] регламентируют специальную защиту стержневой металлической арматуры от коррозии в таких паропроницаемых материалах, какими являются ячеистые бетоны. Альтернативным материалом, способным воспринимать растягивающие напряжения в бетонах, является композитная арматура. Благодаря коррозионной и химической стойкости применение стержневой неметаллической арматуры на основе минеральных волокон (стеклянных, базальтовых, углеродных) в бетонах различного вида в настоящее время постоянно увеличивается [9].
2. Экспериментальная оценка влияния длины и содержания фибры на прочность сцепления фибропенобетона со стержневой арматурой. Опираясь на ранее проведенные научные исследования [6,7], о том, что вещественная природа стержневой арматуры влияет на прочность её сцепления с бетоном, нами был проведен эксперимент по оценке сцепления стержневой арматуры с фибропенобетоном с различным содержанием фибрового волокна длиной от 12 до 40 мм. Для проведения эксперимента были использованы следующие сырьевые материалы:
- портландцемент ПЦ 500 Д0 оценка качества которых осуществлялась по ГОСТ 31076* «Цементы. Методы определения нормальной густоты, сроков схватывании и равномерности изменения объема». Портландцемент имеет следующие свойства: нормальная густота цементного теста 26,6 % при В/Ц=0,488, сроки схватывания (начало-225 мин., конец-345 мин.);
- песок компании сухие строительные смеси «Стимул» фракция 0,315…0,63 мм, оценка качества которого осуществлялась по ГОСТ 8736-2014 «Песок для строительных работ. Технические условия». Песок без органических примесей, с модулем крупности 1,25, насыпной плотностью в сухом состоянии 1,38 кг/л;
-пенооборазователь "Ареком-4", который относится к группе белковых пенообразователей и отличается высокой пенообразующей способностью при малых расходах. "Ареком – 4", выпускается ООО "Декор-Строй" (г. Старая Русса) и предназначен для получения пены средней и высокой кратности.
-дисперсная арматура полипропиленовая компании ВСМ по ТУ 2272-006-1349727- 2007 длиной 12 и 40 мм, диаметром 20…22 мкм, прочностью на разрыв 550 МПа, с модулем упругости не менее 10000 МПа;
-вода из водопроводной сети лаборатории, соответствующая ГОСТ 23732-79 «Вода для бетонов и растворов», не содержит вредных примесей, препятствующих нормальному схватыванию и твердению цемента;
-стержневая арматура стеклопластиковая АКП-10, производителем которой является
ООО«Московский завод композитных материалов», соответствующая металлической А III-
26
Серия «Физико-химические проблемы и высокие технологии строительного материаловедения» Выпуск № 2(13), 2016
14, имеющая диаметр 10 мм, модуль упругости 55 ГПа, временное сопротивление при растяжении 1,2 ГПа.
Фибропенобетонная смесь изготовлялась лабораторном бетоносмесителе турбулентного типа емкостью 60 литров. Из неё были изготовлены образцы-кубы с ребром 100 мм конструкционного фибропенобетона плотностью D700…800 кг/м3 и содержанием фибры 0,5 %, 1%, 1,5% от массы цемента. Соотношение между песком и цементом в исследуемых материалах составляло 1:1, следовательно, объемное содержание фибры по отношению к твердым компонентам изменялось в диапазоне от 0,63% до 1,89%.
В ходе изготовления образцов арматурные стержни фиксировали в форме с помощью шаблона, поэтому оценку прочности сцепления арматуры с фибропенобетоном осуществляли методом продавливания (рис.1, 2).
Рис. 1. Фото испытаний прочности сцепления фибропенобетона со стеклопластиковой арматурой периодического профиля
Механические испытания осуществляли на поверенном гидравлическом прессе П-10 испытательной лаборатории кафедры «Строительные материалы».
Поскольку между механической прочностью материалов и прочностью их сцепления с арматурой периодического профиля существует корреляционная связь, было бы логично предположить, что она также будет зависеть от расхода и длины фибры. Экспериментальные исследования показали, что по мере насыщения пенобетонной смеси дисперсной арматурой прочность сцепления со стеклопластиковыми стержнями периодического профиля вначале растет, а потом незначительно снижается, что происходит из-за комкования фибры. В исследованном диапазоне длин фибры это снижение составляло от 2 до 5% (рис. 2).
27
Научный Вестник Воронежского государственного архитектурно-строительного университета |
||||
|
1 |
|
|
|
, МПа |
0,9 |
|
|
|
|
|
|
|
|
сцепления |
0,8 |
|
|
|
0,7 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Прочность |
0,6 |
|
|
|
0,5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,4 |
|
|
|
|
0 |
0,93 |
1,94 |
2,88 |
Содержание фибры в % от объема твердой фазы
|
Длина 12 мм |
Длина 40 мм |
|
||
|
Рис. 2. Экспериментальная зависимость прочности сцепления стеклопластиковой арматуры с фибропенобетоном
Самым значимым фактором, управляющим величиной сцепления фибропенобетона со стеклопластиковой арматурой следует признать длину фибры (рис.2). В диапазоне длин от 12 до 40 мм разница в прочности сцепления составила 15…17%. Причиной столь существенного изменения прочности сцепления следует считать изменение характера распределения растягивающих напряжений в структуре дисперсно армированных материалов по сравнению с материалами, состоящими из дисперсного зернистого сырья.
Выводы:
1.Результаты исследования позволяют сделать вывод о том, что применение композитной арматуры в фибропенобетоне является целесообразным, так как в отличие от металлической она не подвержена коррозии в паропроницаемых материалах.
2.Введение пенобетонную смесь дисперсной арматуры в рассмотренном диапазоне положительно влияет на прочность сцепления фибропенобетона с композитной арматурой периодического профиля.
3.Значительное влияние на сцепление фибропенобетона с композитной арматурой имеет длина фибры. Экспериментально установлено, что в фибропенобетонах, смеси которых изготовлены по одностадийной технологии в турбулентном смесителе, при содержании фибры около 2% от объема твердой фазы, прочность сцепления стержневой
арматуры периодического профиля возрастает в на 37…42% по сравнению с равноплотным пенобетоном, не содержащим дисперсной арматуры. Насыщение смесей фиброй до 2,9% от объема межпоровых перегородок приводит к некоторому снижению эффективности влияния дисперсного армирования на прочность сцепления газонаполненного бетона со стержневой арматурой. Повышение длины фибры от 12 до 40 мм обеспечивает прирост прочности сцепления на 15…17%.
28
Серия «Физико-химические проблемы и высокие технологии строительного материаловедения» Выпуск № 2(13), 2016
Список литературы
1.Баженов Ю.М., Король Е.А., Ерофеев В.Т., Митина Е.А. Ограждающие конструкции
сиспользованием бетонов низкой теплопроводности (основы теории, методы расчета и технологическое проектирование): Научное издание. – М.: Издательство Ассоциации строительных вузов, 2008. – 320 с.
2.Пушкина В.В. Пенобетон на гипсоглиноземистом расширяющемся цементе // Строительные материалы №1. 2010. - С. 50-51
3.Богатина А.Ю. Конструкционные фибропенобетоны для зданий гражданского типа. Дисс. на соиск. уч. ст. к.т.н., Ростов-на-Дону, РГСУ, 2005. – 267 с.
4.Войлоков И.А. Перспективы развития рынка теплоизоляционных материалов. Сборник трудов II Всероссийской научно-технической конференции «Строительная теплофизика и энергоэффективное проектирование ограждающих конструкций зданий. С.
26-32.
5. Красиникова Н.М., Хозин В.Г. Новый способ приготовления пенобетона // Известия Казанского государственного архитектурно - строительного университета. 2009. № 1 (11). С.
266 - 272.
6.Комохов, П.Г. Современные пенобетоны / П.Г. Комохов. – М. : Наука, 1997. – 284 с.
7.Костыленко К.И., Моргун В.Н. Стеклопластиковая арматура для пенобетона // Материалы международной научно-практической конференции "Строительство – 2012", - Ростов н/Д: Рост. гос. Строит. ун-т, 2012, - с.64-66.
8.Проектирование железобетонных сборно-монолитных конструкций. Справочное пособие к СНиП 2.03.01-84. М.: Стройиздат, 1991. – 69 с.
9.Хозин В.Г., Гизатулин А.Р., Куклин А.Н., Пискунов А.А. Сцепление полимеркомпозитной арматуры с цементным бетоном// Известия КГАСУ, 2013. №1 (23).-
С.211-213.
________________________________________________________________________________________________
Моргун Любовь Васильевна, д-р.техн.наук, профессор кафедры «Строительные материалы» ФГБОУ ВО «Донской государственный технический университет», г. Ростов-на-Дону, пл. Гагарина, 1, 8 800 100-19-30
Email: konst-lvm@yandex.ru, visnap-antn@rambler.ru
Виснап А.В., аспирант кафедры «Строительные материалы» Моргун Владимир Николаевич, к.т.н., доцент кафедры «Инженерные дисциплины» ФГБОУ ВО «Южный Федеральный университет», Email: morgun_vlad@bk.ru
29
Научный Вестник Воронежского государственного архитектурно-строительного университета
ФИЗИЧЕСКАЯ ХИМИЯ СТРОИТЕЛЬНЫХ И ТЕХНИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ
УДК 621.315.592; 538.975
Е.А. Тутов, Д.Л. Голощапов, О.В. Артамонова
СОРБЦИОННО-ЕМКОСТНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ КОНДЕНСАТОРНЫХ СТРУКТУР С ДИЭЛЕКТРИКОМ НА ОСНОВЕ ПОВЕРХНОСТНОМОДИФИЦИРОВАННОГО ПОРТЛАНДЦЕМЕНТА
Методом диэлектрической спектроскопии исследованы электрофизические параметры цементсодержащих конденсаторных структур в условиях сорбции паров воды. Обнаружено повышение гидрофобных свойств портландцемента в результате его обработки парами солей четвертичных аммониевых оснований (триамона).
Ключевые слова: портландцемент, четвертичные соединения аммония, адсорбционное модифицирование, гидрофобность
E.A. Tutov, D.L. Goloshchapov, O.V. Artamonova
SORPTION AND CAPACITIVE CHARACTERISTICS OF CAPACITOR STRUCTURES WITH DIELECTRIC ON THE BASIS OF THE SURFACE-MODIFIED PORTLAND CEMENT
The electro-physical parameters of cement-containing capacitor structures are studied using dielectric spectroscopy under water vapor sorption conditions. Increase of hydrophobic properties of an ordinary Portland cement as a result of processing in vapors of quaternary compounds of ammonium (triamon ) is revealed.
Keywords: ordinary Portland cement, quaternary ammonium compound, adsorption modification, water repellency
Введение. Минеральные дисперсные композиты, используемые для создания конструкционных материалов, представляют собой сложные гетерофазные системы, структура и свойства которых зависят от концентрации компонентов, размеров и формы дисперсных частиц, расстояний между частицами, количества и распределения жидкой фазы, а также внешних воздействий. Широкое применение на практике гетерогенных материалов и их использование в различных конструкциях предъявляют высокие требования к их физикохимическим характеристикам.
Цементный бетон - это искусственный строительный материал, полученный в результате затвердевания растворной смеси, состоящей из вяжущего вещества (цемента), воды и заполнителя. В процессе твердения и формировании структуры цементного камня происходит химическое взаимодействие свободной воды с цементом, а также испарение влаги. Определение характеристик строительных материалов, влагосодержание которых может претерпевать значительные изменения, требует проведения исследований влияния влажности на их параметры [1-4]. Важное место в ряду экспериментальных методов изучения взаимодействия воды с дисперсной матрицей занимают электрофизические методы, в том числе различные варианты диэлектрической спектроскопии [5-8].
Эволюционное развитие понимания структуры как определяющего фактора в разработке высокоэффективных строительных композитов с совершенствованием качественной и количественной ее идентификации происходит в направлении от макрочерез мезо- и микроструктуру и неизбежно дошло до наноструктурного уровня.
________________________________________________________________________________
© Тутов Е.А., 2016
30