CC BY
25УДК 691.328.43
К.А. САРАЙКИНА1, магистр (Ksenya_s2004@mail.ru), В.А. ГОЛУБЕВ1, канд. техн. наук (Golubev_va@cems.pstu.ru); Г.И. ЯКОВЛЕВ2, д-р техн. наук (jakowlew@udm.net);
Г.Д. ФЕДОРОВА3, канд. техн. наук (fedorovagd@mail.ru), Г.Н. АЛЕКСАНДРОВ3, инженер; Т.А. ПЛЕХАНОВА2, канд. техн. наук (tat-plekhanova@yandex.ru), И.Г. ДУЛЕСОВА2, инженер
1 Пермский национальный исследовательский политехнический университет (614990, г. Пермь, Комсомольский пр., 29)
2 Ижевский государственный технический университет им. М.Т. Калашникова (426069, г. Ижевск, ул. Студенческая, 7)
3 Северо-Восточный федеральный университет им. М.К. Аммосова (677000, г. Якутск, ул. Кулаковского, 50)
Модификация базальтофибробетона нанодисперсными системами
Управление структурообразованием цементных систем может быть обеспечено введением нанодисперсных компонентов, что подтверждается исследованиями различных ученых. Однако эффект их применения в базальтофибробетонах на сегодняшний день изучен недостаточно. В статье приводятся результаты исследования модификации базальтофибробетонов различными нано- и ультрадисперсными добавками на основе углерода. По результатам исследований установлено, что за счет введения дисперсии многослойных углеродных нанотрубок появляется возможность избирательной дифференциации состава новообразований по поверхности базальтовых волокон, обеспечивающего повышение адгезии в граничных слоях системы, способствующее значительному росту прочностных показателей модифицированных образцов базальтофибробетона. А при модификации базальтофибробетона дисперсией сажи происходит образование частично закристаллизованных тоберморитоподобных гидросиликатов кальция в структуре, также уплотняющих контактную зону армирующих волокон и цементной матрицы. На основании результатов проведенных исследований можно говорить о структурной модификации базальтофибробетона нано- и ультрадисперсными углеродсодержащими системами, интенсификации процесса гидратации портландцемента и уплотнении цементной матрицы на границе с поверхностью базальтового волокна.
Ключевые слова: базальтофибробетон, модификация, нанотрубки, сажа, структурирование.
K.A. SARAYKINA1, Master (Ksenya_s2004@mail.ru), V.A. GOLUBEV1, Candidate of Sciences (Engineering) (Golubev_va@cems.pstu.ru);
G.I. YAKOVLEV2, Doctor of Sciences (Engineering) (jakowlew@udm.net); G.D. FEDOROVA3, Candidate of Sciences (Engineering) (fedorovagd@mail.ru),
G.N. ALEKSANDROV3, Engineer; T.A. PLEKHANOVA2, Candidate of Sciences (Engineering) (tat-plekhanova@yandex.ru), I.G. DULESOVA2, Engineer
1 Perm State National Research Polytechnic University (29, Komsomolskiy Avenue, Perm, 614990, Russian Federation)
2 Izhevsk State Technical University named after M.T. Kalashnikov (7, Studencheskaya Street, Izhevsk, 426069, Russian Federation)
3 North-Eastern Federal University in Yakutsk (50, Kulakovskogo Street, Yakutsk, 677000, Russian Federation)
Modification of Dasaltfiberconcrete by Nanodispersed System
Management of cement systems structure formation can be achieved by introducing nano-dispersed components, which is supported by studies of various scientists. However, the effect of their use in basaltfiberconcrete to date has not been studied. The article presents the results of research modification basaltfiberconcrete various nano- and ultradisperse carbon-based additives. According to the research found that by the introduction of multi-walled carbon nanotube dispersion is possible to differentiate the composition of the electoral of tumors on the surface of basalt fibers, providing increased adhesion in the boundary layers of the system, contributing to a significant increase in strength characteristics of modified basaltfiberconcrete samples. A modification at basaltfiberconcrete by soot dispersion is formed partially crystallized calcium hydrosilicate tobermorit structure, also sealing the contact zone of reinforcing fibers and a cement matrix. Based on the results of the research we can talk about structural modification of basaltfiberconcrete by nano- and ultradisperse carbon-containing systems, intensifying the process of hydration of Portland cement matrix and the seal on the border with the surface of basalt fiber. Keywords: basaltfiberconcrete, modification, multi-walled carbon nanotube, soot, structural.
На сегодняшний день большая часть строительных работ ведется с применением бетона. Несмотря на ряд неоспоримых достоинств и широкое применение, неар-мированные бетоны характеризуются относительно невысокой трещиностойкостью изделий из них. Традиционно эта проблема решается армированием бетона стальной арматурой в виде отдельных стержней, сеток и каркасов [1]. Однако условия эксплуатации и экономические соображения часто диктуют необходимость замены металлической арматуры на неметаллическую, что значительно снижает вес конструкций и улучшает другие характеристики (стойкость к кислотной и электрохимической коррозии, немагнитность, диэлектрические свойства и др.). При этом дисперсное армирование неметаллическими волокнами позволяет изготавливать конструкции сложной конфигурации, повышает пластичность бетонной массы и уменьшает образование усадочных трещин.
Перспективность использования в бетонах неметаллических волокон в качестве дисперсного армирования подтверждена исследованиями, выполненными различными отечественными и зарубежными учеными
To date, most part construction work is carried out using concrete. Despite a number of undeniable advantages and wide application, non-reinforced concrete are characterized by relatively low crack resistance of these products. Conventionally, this problem is solved by steel rebar reinforced concrete to form individual rods, meshes and scaffolds [1]. However, operating conditions and economic considerations frequently dictate the need for replacement of metallic reinforcing elements non-metallic, which significantly reduces the construction weight and improves other structural characteristics (acid resistance and electrochemical corrosion, non-magnetic, dielectric properties and others.). This particulate nonmetallic reinforcement by fibers allows to make the construction of complex configuration, increases the plasticity of the concrete mass and reduces the formation of shrinkage cracks.
The prospect of the use of non-metallic fibers in concrete as particulate reinforcement is confirmed by studies carried out by various national and foreign scientists ofthe Institute of Materials, Academy of Sciences of Ukraine, NIIZhB, TsNIIPromzdany, LatNIIstroitelstva, ArmNIIS and others. They show the fundamental possibility of the use of basalt fibers to improve the performance and physical and mechanical properties of concrete [2].
64
октябрь 2015
J^j ®
Института материаловедения АН Украины, НИИЖБ, ЦНИИПромзданий, ЛатНИИстроительства, АрмНИИС и др. Показана принципиальная возможность применения базальтовых волокон для улучшения эксплуатационных и физико-механических свойств бетона [2].
Однако массовое применение базальтофибробето-нов (БФБ) в строительстве сдерживается недостаточной изученностью их долговечности, износостойкости и эксплуатационной пригодности в различных условиях эксплуатации. Также основным препятствием для широкого внедрения этого материала является неоднозначность результатов исследований стойкости базальтового волокна в цементных матрицах: по данным исследований некоторых ученых, его прочность в цементных бетонах не изменяется в течение всего срока эксплуатации, по другим — базальтовое волокно разрушается в цементном камне в течение трех лет. Тем не менее нельзя недооценивать химические процессы, протекающие в базальтофибробетоне в период его интенсивной эксплуатации [3].
Противоречивость результатов исследований может быть связана с использованием различных экспериментальных моделей при изучении данного вопроса, отличием в химических составах базальтовых волокон и типах применяемых цементов. Следует отметить, что процесс формирования новообразований на поверхности базальтового волокна при его взаимодействии с цементом имеет неконтролируемый характер.
Управление структурообразованием цементных систем может быть обеспечено введением нанодисперс-ных компонентов, что подтверждается различными исследованиями [4—7 и др.]. Однако эффект их применения в базальтофибробетонах на сегодняшний день изучен недостаточно.
При оценке возможности направленного управления структурообразованием в контактной зоне базальтовое волокно — цементная матрица авторами были исследованы различные виды нанодисперсных систем. На первом этапе исследования была применена дисперсия многослойных углеродных нанотрубок, содержащая 2% МУНТ, разработанная сотрудниками Ижевского государственного технического университета им. М.Т. Калашникова и производимая в промышленных масштабах ООО «Новый дом» (г. Ижевск) под торговой маркой Ful Vec.
Для сравнительной оценки эффекта модифицирования базальтофибробетона дисперсией МУНТ были изготовлены серии образцов следующих составов: контрольный цементно-песчаный раствор; цементно-песчаный раствор, модифицированный дисперсией Ful Vec; базальтофибробетон, модифицированный дисперсией МУНТ. В исследованиях была принята дозировка нанотрубок, рекомендуемая производителем, в количестве 0,005% от массы цемента; содержание базальтового волокна составляло 0,4% от массы цемента (оптимальная дозировка базальтовой фибры согласно литературным данным). После проведения тепловлажностной обработки были определены физико-механические пока-
However, massive application basaltfiberconcrete (BFC) in the construction of constrained insufficient knowledge of its longevity, durability and serviceability in various operating conditions. It is also the main obstacle to the widespread introduction of this material is the ambiguity of the results of studies of basalt fiber resistance in cement matrices, according to research of some scientists its strength in cement concrete does not change during the entire period of operation, according to others — basalt fiber is destroyed in the cement stone for 3 years. Nevertheless, one should not underestimate the chemical processes occurring in basaltfiberconcrete during its intensive use [3].
The contradictory results of research may be associated with the use of different experimental models in the study of this issue, the differences in the chemical compositions of basalt fibers and types of cement used. It should be noted that the formation of tumors on the surface of the basalt fiber due to its interaction with cement is uncontrollable.
Control structurization cement systems may be provided by introducing nanosized components, as evidenced by various studies [4—7, etc.]. However, the effect of their use in basaltfiberconcrete to date insufficiently studied.
In the research of the possibility of directional control structure formation in the contact zone "basalt fiber — cement matrix" we investigated different types of nano-dispersed systems. In the first stage of research was applied dispersion of multilayer carbon nanotubes, containing 2% MWCNTs, developed by employees of the Kalashnikov Izhevsk State Technical University and produced on an industrial scale of " Noviy dom" OOO (Izhevsk) under the brand name Ful Vec.
To compare the effect of basaltfiberconcrete modification dispersion of MWNTs were produced series of samples the following compositions: a control cement-sand mortar; cement-sand mortar, modified dispersion Ful Vec; basaltfiberconcrete modified dispersion of MWNTs. The research has been accepted dose nanotubes recommended by the manufacturer, in an amount of 0,005% by weight of cement, basalt fiber content was 0,4% by weight of cement (optimal dose of basalt fiber according to the literature). After the heat and humidity treatment were defined physical and mechanical characteristics of control and experimental samples, the results are summarized in Table 1.
In analyzing presented data, should be noted the increase in compressive strength to 50% with the introduction of carbon nanotubes as compared to the control sample. Increase in flexural strength modification basaltfiberconcrete of multilayer carbon nanotubes was 25%, during compression — up to 80% relative to a strength characteristics of control sample. Thus, as can be seen from Table 1, with the introduction of modifiers placeability mixture is in the regulatory region at a constant water/cement-regard.
In the study of the microstructure of the obtained samples is clearly visible a significant contribution from the introduction of the dispersion of multilayer carbon nanotubes in the formation of a defect-free dense shell growths on the surface of basalt fiber (Figure 1, a).
By studying the structure of the boundary layer on the submitted images, we can say firmly, adjacent to the surface of the fiber sheath tumors (Fig. 1, a), which provides im-
Таблица 1 Table 1
Состав The composition В/Ц W/C Расплыв конуса, мм Wreathed cone, mm Яизг (ср), МПа RFlexural strength, MPa Ясж (ср), МПа ^Compressive strength MPa
Контрольный Control 0,4 109 4,67 28,97
МУНТ MWNTs 111-114 5,31 43,42
Фибра+МУНТ Fiber+MWNTs 107 5,76 51,93
октябрь 2015
65
Рис. 1. Микроструктура базальтофибробетона, модифицированного дисперсией МУНТ: а - плотное прилегание оболочки из новообразований к поверхности базальтового волокна; b - базальтовое волокно в окружении блоков из пластинок новообразований на изломе; c - новообразования в цементной матрице; увеличение Х10000
Fig. 1. Microstructure basaltfiberconcrete modified MWCNT dispersion: a - a snug fit sheath tumors of the surface of basalt fiber; b - basalt fiber surrounded by blocks of tumors plates on a break; c - tumors in the cement matrix, increase Х10000
затели контрольных и опытных образцов, полученные результаты сведены в табл. 1.
Анализируя представленные данные, стоит отметить прирост прочности при сжатии до 50% при введении углеродных нанотрубок в сравнении с контрольным образцом. Увеличение прочности при изгибе при модификации базальтофибробетона многослойными углеродными нанотрубками составило до 25%, при сжатии — до 80% относительно прочностных показателей контрольного образца. При этом, как видно из табл. 1, с введением модификаторов удобоукладываемость смеси находится в нормативном диапазоне при постоянном В/Ц.
При изучении микроструктуры полученных образцов отчетливо заметен значительный вклад от введения дисперсии многослойных углеродных нанотрубок в формирование плотной бездефектной оболочки новообразований на поверхности базальтового волокна (рис. 1, а).
Изучая структуру граничных слоев на представленных снимках, можно говорить о плотно прилегающей к поверхности волокна оболочке новообразований (рис. 1, а), обеспечивающей улучшение адгезионных свойств системы базальтовое волокно — цементный камень за счет структурирования цементной матрицы вокруг волокна с формированием кристаллогидратов, ориентированных вертикально к поверхности твердой фазы (рис. 1, b).
На изломе образца (рис. 1, b) отчетливо видны новообразования в виде блоков из пластинок (предположительно из гид-роксида кальция), прилегающих к базальтовому волокну. Это позволяет говорить об интенсификации гидролиза трехкальциевого силиката в цементном клинкере в присутствии углеродных нанотрубок, сопровождающегося кристаллизацией новообразований на поверхности базальтового волокна в объеме цементной матрицы, модифицированной дисперсией углеродных нанотрубок Ful Vec. Наблюдается достаточно плотное прилегание даже крупных блоков гидроксида кальция к поверхности базальтового волокна, что говорит о подтверждении выдвинутой гипотезы об обеспечении уплотнения контактной зоны волокно — цементный камень за счет структури-
proved adhesion properties of the basalt fiber — cement stone due to the structuring of the cement matrix around the fibers to form a crystalline oriented perpendicular to the surface of the solid phase (Fig. 1, b).
At the turn of the sample shown in Figure 1, b, clearly visible tumors in blocks of records (presumably from calcium hydroxide), adjacent to the basalt fiber, which suggests an intensification of hydrolysis of tricalcium silicate in the cement clinker in the presence of carbon nanotubes being accompanied by tumors on surface of the basalt fiber in the volume of the cement matrix, the modified carbon nanotube dispersion Ful Vec. There is sufficiently a snug fit even large blocks of calcium hydroxide to the surface of basalt fiber, which indicates the confirmation of the hypothesis of providing seals contact zone fiber — cement stone by structuring the dispersion of multi-walled carbon nanotubes. Besides plates calcium hydroxide, tumors near the basalt fibers surface are presented and other products of hydration of portland cement (Fig. 1, c).
To determine the composition of the cement matrix adjacent to the surface of the basalt fiber X-ray microanalysis was carried out tumors, the results of which are shown in Fig. 2.
According the presented data it can be argued that there are around basalt fiber tumors lamellar structure (calcium hydroxide) coated with amorphous calcium hydrosilicates. The presence of carbon in the composition indicates the presence of carbon nanotubes in the test microvolume.
Thus, we can conclude a significant influence of the dispersion of multi-layer carbon nanotubes on the structure and
Элемент Весовой Атомный
1 Element Weight Atomic
1 С 5,15 8,37
0 60,72 73,99
Mg 0,48 0,38
Al 0,43 0,31
Si 3,57 2,48
s 0,43 0,26
Ca 29,23 14,22
1 Итого / In total 100
|ММЧ1|МЧ11ЧМ"ЧЧ'Т1|МИМММ,1ЧЧМ1|11МЧ1!М
0 0,5 1 1,5 2 2,5 3
Полная шкала 653 имп. Курсор: 0.000 кэВ
Full scale pulse 653 Сursor: 0.000 keV
Рис. 2. Результаты рентгеновского микроанализа новообразований на поверхности базальтового волокна
Fig. 2. The results of X-ray microanalysis of tumors on the surface of basalt fiber
научно-технический и производственный журнал Q'fffjyTf S JJbrlbJ" 66 октябрь 2015
Таблица 2 Table 2
Состав The composition В/Ц W/C Фибра, %Ц Fiber, %C Сажа, % от массы цемента Soot, % by weight of cement Яизг (ср), МПа RFlexural strength, MPa Ясж (ср), МПа ^Compressive strength MPa
Контрольный Control 0,4 0 0 4,75 28,85
Сажа Soot 0 0,03 4,7 33,3
Фибра+сажа Fiber+Soot 0,4 0,03 5,75 35,13
рования дисперсиеи многослойных углеродных нано-трубок. Помимо пластинок гидроксида кальция новообразования вблизи поверхности базальтового волокна представлены и другими продуктами гидратации портландцемента (рис. 1, с).
Для определения состава цементной матрицы, прилегающей к поверхности базальтового волокна, был проведен рентгеновский микроанализ новообразований (рис. 2).
Проанализировав полученные данные, можно утверждать, что вокруг базальтового волокна присутствуют новообразования пластинчатой структуры (гид-роксид кальция), покрытые аморфными гидросиликатами кальция. При этом наличие углерода в составе говорит о присутствии углеродных нанотрубок в исследуемом микрообъеме.
Таким образом, можно сделать вывод о существенном влиянии дисперсии многослойных углеродных нанотрубок на структуру и свойства базальтофибробето-на. За счет введения МУНТ появляется возможность избирательной дифференциации состава новообразований по поверхности базальтовых волокон, обеспечивающего повышение адгезии в граничных слоях системы, способствующее улучшению прочностных показателей модифицированных образцов базальтофибро-бетона.
Высокая стоимость дисперсии углеродных нанотру-бок привела к поиску возможных заменителей наноди-сперсных добавок. Согласно исследованиям П.Н. Курочки, А.В. Гаврилова [8], Г.В. Несветаева, Та Ван Фана [9], введение в бетонную смесь дисперсной сажи позволяет обеспечить плотную упаковку зерен бетонной матрицы, обеспечить повышение плотности контактных слоев матрицы и наполнителей, повысить прочность и трещиностойкость модифицированного бетона. Таким образом, сажа повышенной дисперсности могла бы выступать в качестве альтернативы МУНТ.
Для проведения экспериментальной части исследования был использован диспергированный 41 j концентрат сажи в водном растворе ПАВ, представленный в виде суспензии, торговой марки «Pallzh» производства ООО «Новый дом». Дисперсионный анализ данной добавки, выполненный на лазерном сканирующем анализаторе размера частиц Horiba LA 950, представлен на рис. 3.
На основании представленных данных можно сделать вывод, что средний размер частиц составляет 0,158 мкм, что можно отнести к ультрадисперсным системам.
Результаты физико-механических испытаний образцов, модифицированных дисперсией сажи, представлены в табл. 2.
Анализируя полученные данные, следует отметить, что предел прочности при изгибе при модифицировании дисперсией сажи находится на уровне прочности контрольного образца, в то время как прочность этих же образцов при сжатии выше прочности кон-
30
20
properties of basaltfiberconcrete. Due to the introduction of MWCNTs appears possible to selectively differentiate tumors on the surface of the composition of basalt fibers, providing increased adhesion in the boundary layers of the system, contributing to the improvement of strength characteristics of modified basaltfiberconcrete samples.
Relatively expensive dispersion of carbon nanotubes has led to the search for possible replacements nanodispersed additives. According to research by P.N. Kurochkin, A.V. Gavrilova [8], G.V. Nesvetaeva, Ta Van Phan [9], the introduction of the concrete mixture was dispersed of soot enables dense packing of the grains of the matrix of the concrete, to provide increased density of contact layers of the matrix and fillers, to improve the strength and fracture toughness of the modified concrete. Thus, the increased soot dispersion could serve as an alternative to MWCNTs.
For conducting the experimental part of the study was used the concentrate dispersed soot in the aqueous surfactant, presented in the form of suspension of trade mark «Pallzh» produced by "Novyi dom" Dispersion analysis of the additive, made on a laser scanning particle size analyzer Horiba LA 950, shown in Fig. 3.
From the data it can be concluded that the average particle size of 0.158 microns, which can be attributed to the ultradispersed systems.
The results of physical and mechanical tests samples modified of soot dispersion are shown in Table 2.
Analyzing the obtained data it should be noted that the flexural strength in the modification of soot dispersion at a level of strength is the control sample, while as the strength of the same samples at a higher compression strength at 15% control. In the study of effect of basaltfiberconcrete modification by ultradisperse soot observed increase the flexural strength of more than 15% relative to samples without the fibers, and the compressive strength exceeds the strength of the control composition is 20%.
In order to study processes occurring when introduced into a mixture of soot dispersion, investigated the structure of
0n 0,01
Диаметр, мкм Diameter, цт
Рис. 3. Дисперсионный анализ частиц в суспензии сажи Fig. 3. Dispersion analysis of soot particles in suspension
Cj научно-технический и производственный журнал
® октябрь 2015 67"
а
'\ I - :* :
the modified samples, the results of which are shown in Fig. 4.
As seen from the pictures, the contact area with the filler is sufficiently dense and smooth, indicating that the sealing effect of the introduction of soot dispersion. Around the cement particles no clear boundaries, wherein the particles are arranged near these blocks platelets calcium hydroxide, confirming the acceleration of hydration of Portland cement. However the intensification of the cement hydration soot the introduction appears to a lesser extent than in the modification of multilayer carbon nanotubes — in the cement matrix is significantly lower content of calcium hydroxide.
The presented images show that the basalt fiber surface is covered with dense surrounding sheath tumors. At higher magnification (Fig. 4) clearly shows that the shell consists of a grid of needles in combination with an amorphous phase of calcium hydrosilicates. According to studies of cement hydration [10, 11], a semi-amorphous hydrous calcium different base are the main components of tobermorite, which, covering the surface of the filler particles, under the influence of surface energy is compacted to form a sufficiently strong
Рис. 4. Микроструктура БФБ, модифицированного дисперсией сажи: а - граничная зона с заполнителем; b - частица цемента в окружении новообразований из гидросиликатов кальция; c - поверхность базальтового волокна после взаимодействия с цементным камнем, модифицированным дисперсией сажи
Fig. 4. The microstructure of the BFC, modified disperse soot: a - a boundary zone with a filler; b - cement particles surrounded by tumors of Hydrosilicates calcium; c - The surface of basalt fiber after reaction with cement stone, modified disperse soot
трольных на 15%. При изучении эффекта модифицирования базальтофибробетона ультрадисперсной сажей наблюдается прирост прочности при изгибе более чем на 15% относительно образцов без фибры, а прочность при сжатии превышает прочность контрольного состава на 20%.
Для изучения процессов, происходящих при введении в смесь дисперсии сажи, проведены исследования структуры модифицированных образцов (рис. 4).
Как видно из представленных снимков, зона контакта с заполнителем достаточно плотная и ровная, что говорит об уплотняющем эффекте введения дисперсии сажи. Вокруг частиц цемента не наблюдается четкой границы, при этом вблизи этих частиц располагаются блоки пластинок гидроксида кальция, что подтверждает ускорение процесса гидратации портландцемента. Однако интенсификация гидратации цемента при введении сажи проявляется в меньшей степени, чем при модификации многослойными углеродными нанотруб-ками, — в цементной матрице значительно меньшее содержание гидроксида кальция.
Представленные снимки показывают, что поверхность базальтового волокна покрыта плотно прилегающей оболочкой из новообразований. При большем увеличении (рис. 4, с) отчетливо видно, что данная оболочка представляет собой сетку из игольчатых кристаллов в сочетании с аморфной фазой из гидросиликатов кальция. Согласно исследованиям процесса гидратации цемента [10, 11] полуаморфные гидросиликаты кальция разной основности являются основными составляющими тобер-морита, который, покрывая поверхность частиц наполнителя, под действием их поверхностной энергии уплотняется и образует достаточно прочную оболочку, что и демонстрируют полученные снимки микроструктуры поверхности базальтового волокна.
Для изучения состава новообразований был произведен синхронный термический анализ модифицированных образцов, результаты которого приведены на рис. 5.
mg 92
90
88
86
84
82
80
78
76
74
72
70
68
369 C
Г
mW 200
180
160
140
120
100
80
60
40
20
0
-20
40
100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 750 800 850 900 950 1000 1050 0C
Рис. 5. Дифференциальная сканирующая калориметрия контрольного образца (пунктирная линия) и базальтофибробетона, модифицированного дисперсией сажи (сплошная линия) Fig. 5. Differential Scanning Calorimetry control sample (dotted line) and basaltfiberconcrete modified soot dispersion (solid line)
научно-технический и производственный журнал QTfCjyTf S JJbrlbJ" 68 октябрь 2015
Интерпретируя представленную термограмму, можно говорить о значительном содержании гидроксида кальция в цементном камне, модифицированном дисперсией сажи. Отмечен интенсивный эндотермический эффект при 523,5оС в опытном образце, связанный с дегидратацией гидроксида кальция Ca(OH)2. Также отмечается увеличение температуры дегидратации гидросиликатов кальция и большая потеря массы, происходящие в опытном образце при температуре 791оС. Вероятно, это связано с изменением основности гидросиликатов кальция, образующихся в условиях влияния на них дисперсии сажи. Таким образом, данные синхронного термического анализа подтверждают образование частично закристаллизованных тоберморитопо-добных гидросиликатов кальция в структуре образцов базальтофибробетона, модифицированного дисперсией сажи, уплотняющих контактную зону армирующих волокон и цементной матрицы.
Анализируя полученные данные, можно говорить о структурной модификации базальтофибробетона нано-и ультрадисперсными углеродсодержащими системами, об интенсификации процесса гидратации портландцемента и уплотнении цементной матрицы на границе с поверхностью базальтового волокна.
Список литературы
1. Зимин Д.Е., Татаринцева О.С. Армирование цементных бетонов дисперсными материалами из базальта // Ползуновский вестник. 2013. № 3. С. 286-289.
2. Бучкин А.В. Мелкозернистый бетон высокой коррозионной стойкости, армированный тонким базальтовым волокном. Дисс... канд. техн. наук. Москва.
2011. 130 с.
3. Бучкин А.В., Степанова В.Ф. Цементные композиции повышенной коррозионной стойкости, армированные базальтовыми волокнами // Строительные материалы. 2006. № 7. С. 82-83.
4. Яковлев Г.И., Первушин Г.Н., Керене Я., Мачулай-тис Р., Пудов И.А., Полянских И.С., Сеньков С.А., Политаева А.И., Гордина А.Ф., Шайбадуллина А.В. Наноструктурирование композитов в строительном материаловедении: Монография под общей редакцией Г.И. Яковлева. Ижевск: Изд-во ИжГТУ им. М.Т. Калашникова, 2014. 196 с.
5. Simone Musso, Jean-Marc Tulliani, Giuseppe Ferro, Alberto Tagliaferro Influence of carbon nanotubes structure on the mechanical behavior of cement composites // Composites Science and Technology. 2009. No. 69, pp. 1985-1990.
6. Thanongsak Nochaiya, Arnon Chaipanich Behavior of multi-walled carbon nanotubes on the porosity and microstructure of cement-based // Applied Surface Science. 2011. No. 257, pp. 1941-1945.
7. Monica J. Hanus, Andrew T. Harris Nanotechnology innovations for the construction industry // Progress in Materials Science. 2013. No. 58, pp. 1056-1102.
8. Гаврилов А.В. Бетоны на мелком песке и наполненном цементе. Дисс... канд. техн. наук. Ростов н/Д, 2013. 157 с.
9. Та Ван Фан, Несветаев Г.В. Влияние белой сажи и метакаолина на прочность и деформационные свойства цементного камня // Инженерный вестник Дона.
2012. № 4. С. 9-13.
10. Кузнецова Т.В., Кудряшов И.В., Тимашев В.В. Физическая химия вяжущих материалов. М.: Высшая школа, 1989. 383 с.
11. Мчедлов-Петросян О.П. Химия неорганических строительных материалов. М.: Стройиздат, 1988. 303 с.
shell that show these photos of basalt fiber surface microstructure.
In order to study composition of the tumors was produced by synchronous thermal analysis of modified samples, the results of which are shown in Figure 5.
Interpreting thermograms presented, we can talk about the high amount of calcium hydroxide in the cement paste, modified disperse soot. Marked intense endothermic effect at 523,50C prototype associated with dehydration of calcium hydroxide Ca (OH)2. Also, there is an increase in temperature of dehydration of calcium hydrosilicates and large weight loss occurring in the prototype at a temperature of 7910C. This is probably due to change base Hydrosilicates calcium, formed under the influence of the dispersion soot on them. Thus, these synchronous thermal analysis confirm the formation of partially crystallized calcium hydrosilicate tobermorit structure basaltfiberconcrete samples modified soot dispersion, the sealing contact zone of reinforcing fibers and a cement matrix.
Thus, analyzing the obtained data, you can talk about structural modification basaltfiberconcrete by nano- and ul-tradispersed carbon-containing systems, intensifying the process of hydration of Portland cement matrix and the seal on the border with the surface of basalt fiber.
References
1. Zimin D.E., Tatarinceva O.S. Reinforcement of cement concrete particulate materials from basalt. Polzunovskiy vestnik. 2013. No. 3, pp. 286-289. (In Russian).
2. Buchkin A.V. Fine-grained concrete high corrosion resistance of reinforced thin basalt fiber. Cand. Diss. (Engineering). Moscow. 2011. 130 p. (In Russian).
3. Buchkin A.V., Stepanova V.F. Cement compositions enhanced corrosion resistance, reinforced with basalt fibers. Stroitel'nye Materialy [Construction Materials]. 2006. No. 7. pp. 82-83. (In Russian).
4. Jakovlev G.I., Pervushin G.N., Kerene Ja., Machulaj-tis R., Pudov I.A., Poljanskih I.S., Sen'kov S.A., Politaeva A.I., Gordina A.F., Shajbadullina A.V. Shaibadulli-na A.V. Nanostrukturirovanie kompozitov v stroitel'nom materialovedenii: Monografiya pod obshchei redaktsiey G.I. Yakovleva. [The nanostructuring of composites in building materials: Monograph edited by G.I. Yakovlev]. Izhevsk: IzhGTU Publishing. 2014. 196 p.
5. Simone Musso, Jean-Marc Tulliani, Giuseppe Ferro, Alberto Tagliaferro Influence of carbon nanotubes structure on the mechanical behavior of cement composites. Composites Science and Technology. 2009. No. 69, pp. 1985-1990.
6. Thanongsak Nochaiya, Arnon Chaipanich Behavior of multi-walled carbon nanotubes on the porosity and microstructure of cement-based. Applied Surface Science. 2011. No. 257, pp. 1941-1945.
7. Monica J. Hanus, Andrew T. Harris Nanotechnology innovations for the construction industry. Progress in Materials Science. 2013. No. 58, pp. 1056-1102.
8. Gavrilov A.V. Concrete on the fine sand and filled with cement. Diss. Cand. (Engineering). Rostov-on-Don. 2013. 157 p. (In Russian).
9. Ta Van Fan, Nesvetaev G.V. Effect of white soot and metakaolin in the strength and deformation properties of cement stone. Inzhenernyj vestnik Dona. 2012. No. 4, pp. 9-13. (In Russian).
10. Kuznecova T.V., Kudrjashov I.V., Timashev V.V. Fizicheskaya khimiya vyazhushchikh materialov [Physical chemistry of binding materials]. Moscow: Vysshaya shkola. 1989. 383 p.
11. Mchedlov-Petrosjan O.P. Khimiya neorganicheskikh stroitel'nykh materialov [Chemistry of inorganic construction materials]. Moscow: Strojizdat. 1988. 303 p.
октябрь 2015
69
