Исследование свойств цементных композитов, модифицированных поливинилацетатной эмульсией и фиброй «Ricem» для изготовления каркасных бетонов Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

МАШИНОСТРОЕНИЕ И МАШИНОВЕДЕНИЕ

УДК691

В.В. Леснов, канд. техн. наук, доц., (8342) 47-33-75, [email protected] (8342) 48-25-64 (Россия, Саранск, МГУ им. Н.П. Огарева),

В.Т. Ерофеев, чл.-корр. РААСН, д-р техн. наук, проф., зав. кафедрой, (8342) 48-25-64 (Россия, Саранск, МГУ им. Н.П. Огарева)

ИССЛЕДОВАНИЕ СВОЙСТВ ЦЕМЕНТНЫХ КОМПОЗИТОВ, МОДИФИЦИРОВАННЫХ ПОЛИВИНИЛАЦЕТАТНОЙ ЭМУЛЬСИЕЙ И ФИБРОЙ «ШСЕМ» ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КАРКАСНЫХ БЕТОНОВ

Исследовано влияние содержания металлической фибры и типа суперпластификатора матричной составляющей на упруго-прочностные свойства каркасных композитов. Отмечено повышение начального модуля упругости, прочности при изгибе и сжатии, получены математические модели физико-механических свойств.

Ключевые слова: каркасные композиты, металлическая фибра, пластифицированная цементная матрица, упруго-прочностные свойства.

Технология изготовления бетонов каркасной структуры заключается в изготовлении на первоначальном этапе каркаса со сквозной пористостью с последующей пропиткой пустот каркаса, на втором этапе, матричным высокоподвижным составом [1]. Наиболее широко распространенный способ получения каркаса - метод склеивания между собой зерен крупного заполнителя. Существуют и другие способы получения каркаса: спекание между собой зерен при повышенных температурах, виброуплотнение или трамбование, уложенных в форму заполнителей. Клеевые составы должны обладать хорошей адгезией к заполнителю каркаса и создавать клеевые прослойки заданной толщины. Матричные композиции должны не расслаиваться, иметь необходимую подвижность и отсутствие нежелательных

химических реакции с составными элементами каркаса.

Улучшение своИств цементных композиции возможно за счет введения в их составы различных модификаторов, поэтому улучшение физико-механических характеристик цементных клеевых и матричных составов является актуальной задачеИ.

Целью работы являлось исследование влияния модифицирующей добавки и полиакрилнитриловой дисперсной арматуры (ДА) на реологические, структурные и прочностные свойства цементных клеевых и матричных композиций, которые в дальнейшем применяются для изготовления каркасных композитов.

В качестве дисперсной арматуры использовали полиакрилнитрило-вую фибру марки <^юет», модифицирующей добавки - поливинилаце-татную эмульсию (ПВА) вяжущего - портландцемент марки Цем I 52,5 (ОАО «Мордовцемент», ГОСТ 31108-2003). Составы изготавливались при постоянном водоцементном отношении (В/Ц) равном 0,4 с помощью смесителя., Время перемешивания составляло 2 мин. Количество ДА <^юет» было постоянным и равным 0,25 % от массы цемента, арматура вводилась при перемешивании тремя порциями,. После твердения композиций в течение 1 суток при нормальных температурно-влажностных условиях, их подвергали тепловлажностной обработке при температуре 950С в течение 8 ч. Подвижность цементных композиций находили по расплыву на вискозиметре Суттарда. Физико-механические свойства затвердевших материалов проводили на образцах-призмах размером 2x2x7 см.

По результатам проведенных экспериментов и статистической обработки были получены математические модели изменения свойств цементных композиций при введении ДА и ПВА. В качестве факторов уравнений регрессии принимались: Х1 - содержание ПВА от массы вяжущего по сухому веществу на относительных уровнях -1, -0,333, +0,333 и +1 (фактические уровни: 0, 0,5, 1,0 и 1,5 %) и Х2 - длина ДА <^юет» на относительных уровнях -1, 0 и +1 (фактические уровни: 8, 8/12 и 12 мм). Показатель 8/12 означает, что в состав вводилась смесь из волокон длиной 8 и 12 мм в соотношении по массе равном 50 % на 50 %.

Математические модели изменения физико-механических свойств клеевых и матричных композиций, модифицированных ПВА и ДА <^юет», имеют следующий вид:

L = 104,79 - 13,63X1 - 14,87X2, р = 1715,8 - 43,5Х1 - 18,0X2,

^ = 11,24 - 0,30Х1 + 0,67Х2 - 0,93Х12, Rb = 27,85-7,13Х1 - 2,20Х2 + 3,30 Х12

Е0 = 8829,7 - 1145,1Х1 - 443,3Х2,

где L - подвижность (мм), р - средняя плотность (кг/м ), ^ и Rb - пределы прочности при сжатии и изгибе (МПа), Е0 - начальный модуль упругости (МПа) клеевых и матричных цементных композиций.

Графики изменения физико-механических характеристик клеевых и

матричных цементных композитов, армированных ДА «Шсет» различной длины и модифицированных ПВА, показаны на рис. 1-5.

-1 (0) -0,333 (0,5) 0,333(1,0) +1(1,5)

Содержание ПВА, отн. ед. (%)

■ факт. знач. ДА "гасет"1_=8 мм полином. ДА "Р1сет"1_=8 мм

▲ факт. знач. ДА "гасет"1_=8/12 мм ^^^полином. ДА "Р1сети1_=8/12 мм

• факт. знач. ДА "гасет"1_=12 мм полином. ДА "Р1сеггГ1_=12 мм

Рис. 1. Подвижность цементных композиций, модифицированных ПВА и ДА «Шсет»

1800 Т

-1 (0) -0,333 (0,5) 0,333 (1,0) +1(1,5)

Содержание ПВА, отн. ед. (%)

■ факт. знач. ДА "Рйсет"1_=8 мм полином. ДА "Рюет"1_=8 мм

А факт. знач. ДА "^сетТ=8/12 мм ^—полином. ДА 'тет"1_=8/12 мм

• факт. знач. ДА "Рйсет"1_=12 мм полином. ДА "Рк:егтГ1_=12 мм

Рис. 2. Средняя плотность цементных композитов, модифицированных ПВА и ДА «Шсет»

5

12 -

ГО 1=

6

и

5 <

со

а с л

8 ю

X -

т о а с

о

-1(0)

0,5

-0,333 (0,5) 0,333 (1,0)

Содержание ПВА, отн. ед. (%)

1,5

+1(1,5)

■ фькк знач. дм К1сеш 1_=о мм А факт. знач. ДА 'тет"1_=8/12 мм • факт. знач. ДА "гасет"1_=12 мм

•ПОЛИНОМ. ДА К1С«Ш 1_=о мм

•полином. ДА "Рйсет"1_=8/12 мм •полином. ДА "РюетТ=12 мм

Рис. 3. Предел прочности при изгибе цементных композитов, модифицированных ПВА и ДА «Шсет»

50

ГО С

х

5 40 ГО £ о

а с л

О 30

X 7

о а С

20

0

-1(0)

0,5 1

-0,333 (0,5) 0,333 (1,0)

Содержание ПВА, отн. ед. (%) факт. знач. ДА "К1сет"1_=8 мм полином. ДА "К1сет"1_=8 мм

1,5

+1(1,5)

А факт. знач. ДА "гасет"1_=8/12 мм • факт. знач. ДА "гасет"1_=12 мм

•полином. ДА "Рйсет"1_=8/12 мм •полином. ДА "Рйсе1тГ1_=12 мм

Рис. 4. Предел прочности при сжатии цементных композитов, модифицированных ПВА и ДА «Шсет»

-1 (0) -0,333 (0,5) 0,333 (1,0) +1(1,5)

Содержание ПВА, отн. ед. (%)

■ факт. знач. ДА "гасет"1_=8 мм полином. ДА "К1сет"1_=8 мм

▲ факт. знач. ДА "Рйсет"1_=8/12 мм полином. ДА "Р^сет"1_=8/12 мм

• факт. знач. ДА "Рйсет"1_=12 мм ^^"полином. ДА"Р^сет"1_=12 мм

Рис. 5. Начальный модуль упругости цементных композитов, модифицированных ПВА и ДА «Шсет»

По полученным результатам можно сделать следующие выводы: полученные цементные композиции, модифицированные ПВА и ДА «Шсет», имеют подвижность, среднюю плотность, прочность при изгибе и сжатии, начальный модуль упругости в следующих диапазонах со-ответственно: 76,3...133,3 мм, 1663...1773 кг/м , 9,4...11,9 МПа и 21,8...40,5 МПа, 7240...10420 МПа (рис. 1-5);

увеличение длины фибры, в выбранном диапазоне, незначительно влияет на изменение средней плотности, прочности при сжатии и начального модуля упругости (рис. 2, 4, 5);

введение в цементные композиции добавки ПВА в количестве от 0,5 до 1,5 % приводит к увеличению прочности при изгибе на 6...13 % по отношению к составам без ПВА (рис. 3), позволяет получать материалы с повышенной деформативностью (рис. 5);

модифицирование цементных композиций ДА «Шсет» и ПВА позволяет получать эффективные матричные и клеевые составы пониженной плотности, с повышенными показателями прочности при изгибе и дефор-мативности, которые пригодны для получения каркасных бетонов с требуемыми физико-механическими показателями для использования в качестве дорожных покрытий и в конструкциях полов, подверженных интенсивным физико-механическим воздействиям.

Список литературы

1. Каркасные строительные композиты [текст]: В 2. Ч. 1. Структу-рообразование. Свойства. Технология / В.Т. Ерофеев, Н. И. Мищенко, В.П. Селяев, В.И. Соломатов; под ред. Акад. РААСН. В.И. Соломатова. Саранск: Изд-во Мордов. ун-та, 1995. 200 с.

V.V. Lesnov, V.T. Erofeev

INVESTIGATION OF THE PROPERTIES OF CEMENT COMPOSITES MODIFIED POLYVINYLACETATE EMULSION AND FIBER «RICEM» FOR MANUFACTURE OF CARCASS CONCRETE

The results of investigation of the properties of cement composites modified поливинилацетатной emulsion and reinforced polyacrylonitrile fiber, suitable for the manufacture of CARCASS concrete. An increase of the bending strength and deformability of cement composites, obtained mathematical models of physical-mechanical properties.

Key words: carcass concretes, cement composites, polyacrylonitrile fiber, polyvinylacetate emulsion, mathematical models of physical-mechanical properties.

Получено 20.11.12

УДК 621.941

М.В. Матрохин, асп., (910)554-58-76, [email protected] (Россия, Тула, ТулГУ)

СТАТИЧЕСКИЙ СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЖЕСТКОСТИ СТАНКОВ

Приведены схемы замера жесткости токарного станка и данные по жесткости конкретного образца станка мод. 16К20. Показано, что в станках данной модели имеется значительная петля гистерезиса.

Ключевые слова: станок, жесткость, деформации, петля гистерезиса.

Статический способ используется на практике для оценки технического состояния нового оборудования при его производстве (технический контроль, [1]) или после ремонтов в процессе эксплуатации. Принцип контроля жесткости основан на законе Гука

' 4 о

А

где < - модуль силы, воздействующей на элемент технологической системы в направлении соответствующей оси координат; А - величина суммарных перемещений звеньев технологической системы, измеренная в том же

8