CC BY
32
УДК 691.328
Д.Г. Сагдатуллин - инженер
H.Н. Морозова - кандидат технических наук, доцент
В.Г. Хозин - доктор технических наук, профессор
И.Р. Сабиров - студент
E-mail: dina.r-207@mail.ru
Казанский государственный архитектурно-строительный университет ДОЛГОВЕЧНОСТЬ КАМНЯ ИЗ ВЫСОКОПРОЧНОГО КОМПОЗИЦИОННОГО ГИПСОВОГО ВЯЖУЩЕГО АННОТАЦИЯ
Исследована долговечность высокопрочного композиционного гипсового камня (ВКГВ) при 180-суточном твердении в воде и при циклическом увлажнении-высушивании. Исследованы деформационные, прочностные характеристики и пористость камня на ВКГВ с бинарной активной минеральной добавкой. Установлена его высокая стабильность и долговечность.
КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: долговечность, собственные деформации, композиционное гипсовое вяжущее, бинарная активная минеральная добавка.
D.G. Sagdatullin - engineer
N.N. Morozova - candidate of technical sciences, associate professor
V.G. Khozin - doctor of technical sciences, professor
I.R. Sabirov - student
Kazan State University of Architecture and Engineering DURABILITY OF THE STONE FROM THE HIGH-STRENGTH COMPOSITE GYPSOUS BINDING AGENT ABSTRACT
The durability of a high-strength composite gypsums binding agent (CGBA) is investigated at 180-daily allowances твердении in water and at cyclic humidifying-drying. Are investigated deformation, прочностные characteristics and porosity of a stone on CGBA with the binary active mineral additive. Its high stability and durability is established.
KEYWORDS: durability, own deformations, composite gypsums binding agent, the binary active mineral additive.
Долговечность является важнейшим показателем надежности изделий и конструкций, характеристикой их способности к длительной эксплуатации. Часто первопричинами повреждений изделий и конструкций являются коррозионные процессы, развивающиеся в материалах из-за неблагоприятного воздействия внешней среды [1]. К таковым можно отнести сульфоалюминатное разрушение в гипсоцементнопуццолановых системах, которое интенсифицируется при повышении влажности среды более 65-70 % [2]. При прогнозировании работоспособности материала в конструкциях и обосновании оценки долговечности должны быть учтены: деформации расширения -усадки материалов в водонасыщенном состоянии, стойкость к знакопеременным температурам и к циклическому увлажнению - высушиванию [3, 4].
Поэтому в работе исследованы деформационные и прочностные свойства камня из высокопрочного композиционного гипсового вяжущего (ВКГВ), твердеющего длительное время в воде, а также его морозостойкость. Результаты приведены в табл. 1 и на рис. 1-2.
ВКГВ изготовлено из гипса марки Г-6, Вольского портландцемента ПЦ500Д0, бинарной активной минеральной добавки (БАМД), состоящей из смеси микрокремнезема марки МК-85 и термоактивированного порошка цеолитсодержащей породы (ЦСП-т) и комплексной химической добавки, количество которой вводили из условия наибольшего водоредуцирующего эффекта [5]. Содержание полуводного гипса составляло 55 % от общей массы вяжущего. Физико-механические
свойства ВКГВ (табл. 1) определяли на образцах размером 20х20х20 мм, изготовленных из теста с расплывом 180ч200 мм по Суттарду и твердевших в течение 7 сут. в нормально-влажностных условиях. Для сравнения испытаны составы с однокомпонентными АМД (МК и ЦСП-т).
Таблица 1
Основные свойства ВКГВ
№ состава Вид и количество АМД, % В/Т Предел прочности при сжатии, МПа, в возрасте Коэффициент размягчения Попеременное увлажнение и высушивание, циклы Марка по морозостойкости
7 сут., высушенных до постоянной массы 6 мес., твердеющих в воде
ЦСП-т МК
1 100 - 0,240 51,6 60,3 0,86 40 F 75
2 75 25 0,229 44,1 69,6 0,96 40 F 150
3 50 50 0,232 47,2 72,8 0,98 30 F 200
4 25 75 0,235 48,0 75,2 0,98 30 F 200
5 - 100 0,215 54,8 68,5 0,94 30 F 200
Все составы ВКГВ (табл. 1, рис. 1) в начальные сроки интенсивно твердеют и на 28 сут. имеют прочность не менее 50 МПа. Прочность ВКГВ тем выше, чем больше в нем МК. Однако, на 50-е сутки и последующие сроки твердения наблюдается наибольший прирост прочности ВКГВ, в состав которых введены бинарные АМД. Максимальные значения прочности при этом составили 70ч75 МПа. Составы с бинарной АМД характеризуются высоким коэффициентом размягчения. При этом оценку собственных деформаций ВКГВ, твердеющих в воде, проводили на образцах размером 20х20х250 мм, на торцы которых были приклеены стальные шарики - репера.
Ш
« 70
£
с?
Я
to
50
л"
О
С.
+0
30
/\ ь - с
Ч і I/ iff* t ^ ч и* (
о
30
60
W 120 150
Ср^мя твердея ня, сут.
Рис. 1. Кинетика прочности КГ-камня, твердеющего в воде: цифры у кривых соответствуют составам табл. 1
Рис. 2. Кинетика собственных деформаций КГ-камня водного хранения: цифры у кривых соответствуют составам табл. 1
Анализ показывает (рис. 2), что собственные деформации образцов незначительные и наименьшими значениями характеризуются составы ВКГВ на бинарных АМД. В составах на бинарных АМД, где доля ЦСП-т составляет 50 % и более, вначале наблюдается незначительное расширение образцов до 0,02 %, а затем усадка.
0,4
0,3
S
«3
I
с
и
ол
0,0
о
so
20 40 60
Количество 11И001Э Рис. 3. Кинетика собственных деформаций КГ-камня при попеременном высушивании и увлажнении: цифры у кривых соответствуют составам табл. 1
Li
1Д0
1,00
0,50
< \
/1 {A
jfA г \
: J
& -0 1 r
- J
~T~ vib^S
к
\
і
А
О 10 20 30 50 60
Циклы испытали й Рис. 4. Кинетика изменения стойкости КГ-камня от циклических воздействий водонасыщения-высушивания: цифры у кривых соответствуют составам табл. 1
Процесс линейного расширения образцов возрастает при испытаниях на попеременное водонасыщение и высушивание (рис. 3), достигая 0,35 %, что в 10 раз выше тех же составов при водных условиях твердения. Следует отметить, что даже при такой жесткой модели агрессии, как циклическое водонасыщение и высушивание, композиционный гипсовый камень (КГ-камень) из ВКГВ имеет меньшие значения линейного расширения, чем предельно допустимое 0,4 % [6].
2,5 ■-
■_i
-
S 1.5 г
|
-
!_■
С
□
і
55
0,5
l"a4
6 8 Бремя, tyr,
ІП 12 14
Рис. 5. Кинетика водопоглощения КГ-камня: номера кривых соответствуют составам табл. 1
\2 -1
1*0
£
і
0.0
о
ДВЯ?— і L
Л \
4 1
4 \ \
\ \ a
50 то 150 200
Циклы негьпанггй
Рис. 6. Кинетика изменения стойкости КГ -камня от циклических воздействий замораживания-оттаивания: цифры у кривых соответствуют составам табл. 1
Стойкость образцов из КГ-камень, подвергнутых циклическим воздействиям - увлажнению-высушиванию, оценивалась по изменению прочности, снижение которой не должно превышать 10 % от прочности контрольных образцов (не подвергнутых испытаниям).
Анализ результатов (рис. 4 и 6) показывает, что до 20 циклов попеременного увлажнения-высушивания наблюдается рост прочности, к 40 циклам - прочность сравнима с первоначальными значениями, но на составе с МК появляются микротрещины.
По коэффициенту стойкости, по прочности к процессу циклического попеременного водонасыщения и увлажнения (Кв/у), а также коэффициенту стойкости по морозостойкости (Кмрз), рассчитанных как отношение прочности соответствующего цикла испытания к прочности контрольного образца, можно выделить состав ВКГВ с БАМД при соотношении ЦСП-т к МК, равной 75 % к 25 % (состав 2), который имеет наиболее высокие его значения.
Анализ физико-механических свойств и сопоставление их с показателями собственных деформаций образцов на высокопрочном КГВ позволяют установить высокую стабильность структуры его камня, которая выражается в обеспечении устойчивости системы к знакопеременным воздействиям и циклическому увлажнению-высушиванию. Разработанные составы ВКГВ отвечают требованиям марки по морозостойкости Б75, и с увеличением количества МК в бинарной АМД марка его увеличивается до Б200, что, несомненно, свидетельствует о его долговечности, в отличие от гипсовых или традиционного ГЦПВ.
Определение строения порового пространства КГ-камня из ВКГВ на бинарных АМД проведено согласно методике ГОСТ 12730.3 и 12730.4 по кинетике водонасыщения образцов с размерами 70х70х70 мм. Результаты представлены в табл. 2 и на рис. 5.
Применение бинарной АМД для ВКГВ существенно изменяет поровую его структуру. С увеличением количества МК в бинарной АМД общая пористость, объем открытых капиллярных и условно-замкнутых пор уменьшается, а средняя плотность образцов возрастает.
Согласно данным [3, 7], поровая структура КГВ низкой водопотребности обладает более крупно пористой структурой КГ-камня, которая представлена общим объемом пор 25ч40 %; объемом открытых капиллярных пор - 9ч24 %; условно-замкнутыми порами - 13ч25 %, при В/Т от 0,33 до 0,4 и средней плотности образцов - 1500ч1700 кг/ш. В нашем случае, КГ-камень можно
охарактеризовать как низкопористый с л < 0,35, но с неоднородным распределением пор по размерам (б < 0,3).
Таблица 2
Характеристика пористости КГ-камня
№ состава Плотность в сухом состоянии, кг/ш Водопоглощение по массе*, % Общий объем пор, % Объем открытых капиллярных пор, % Объем открытых некапиллярных пор, % Объем условнозамкнутых пор, % Показатель среднего размера пор (л) Показатель однородности распределения пор по размерам (б) Показатель микропористости (Пмк)
1 1990 2,59 18,03 5,16 0,72 12,16 0,120 0,16 0,47
2 2010 1,98 17,95 3,95 0,67 13,33 0,167 0,17 0,47
3 2030 1,74 17,83 3,60 0,62 13,62 0,187 0,18 0,49
4 2080 1,81 16,25 3,8 0,56 11,89 0,184 0,19 0,46
5 2130 1,17 14,43 2,49 0,48 11,46 0,313 0,30 0,36
* - максимальное водонасыщение образцов после выдержки их в воде производили путем вакуумирования.
Таким образом, ВКГВ обладает низкопористой и плотной структурой затвердевшего КГ-камня,
что обуславливает его высокую прочность и долговечность. Применение бинарных АМД позволяет
«улучшить» поровую структуру КГ-камня.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Пухонто Л.М. Долговечность железобетонных конструкций инженерных сооружений. - М.: Изд-во АСВ, 2004. - 424 с.
2. Волженский А.В., Ферронская А.В. Деформации цементных и гипсоцементных растоворов в различных условиях твердения // Бетон и железобетон, 1962, № 2. - С. 549-553.
3. Ферронская А.В. Долговечность гипсовых материалов, изделий и конструкций. - М.: Стройиздат, 1984. - 256 с.
4. Волженский А.В., Стамбулко В.И., Ферронская А.В. Гипсоцементнопуццолановые вяжущие, бетоны и изделия. - М.: Стройиздат, 1971. - 317с.
5. Сагдатуллин Д.Г., Морозова Н.Н., Хозин В.Г. Реологические характеристики водных суспензий композиционного гипсового вяжущего и его компонентов // Известия КазГАСУ, 2009, № 2 (12). -
С. 263-268.
6. Волженский А.В., Ферронская А.В. Линейные деформации гипсоцементно-пуццолановых вяжущих на образцах плотной и ячеистой структуры // В кн.: Структура, прочность и деформации бетона. - М., 1966. - С. 218.
7. Коровяков В.Ф. Повышение эффективности гипсовых вяжущих и бетонов. Автореф. дисс. на соис. уч. ст. д-ра техн. наук. - М., 2002. - 35 с.
