CC BY
18УДК 666.972.16
И.Е. СЕСЬКИН, канд. техн. наук, А.С. БАРАНОВ, инженер, Самарский государственный университет путей сообщения
Прочность прессованного фибробетона
Максимальное использование потенциальных прочностных и вяжущих свойств составляющих бетона является важной задачей современного строительного материаловедения. В настоящее время эта задача решается путем как использования технологических приемов (вибрирование, прессование и др.), так и рациональным подбором состава бетона, введением в состав бетона химических добавок и дисперсного армирования. Совместным использованием этих способов удается существенно повысить прочность исходного бетона.
В настоящей работе приведены результаты экспериментальных исследований, касающихся влияния на прочность бетона формования изделий прессованием и дисперсного армирования. Режим прессования был принят таким, который используется при изготовлении мелкоштучных изделий: кратковременное прессование продолжительностью не более 15 с, интенсивностью 6, 12 и 24 МПа. Для сопоставления изготавливали контрольные образцы, не подвергнутые прессованию.
Для дисперсного армирования применяли базальтовые фиброволокна диаметром 13—17 мкм и длиной 6—18 мм, их расход составлял 1,5 и 3% количества цемента. В методическом плане исследования были построены таким образом, чтобы можно было проследить влияние кратковременного прессования и дисперсного армирования отдельно на прочность цементного камня, цементно-песчаного раствора и бетона.
Прочность цементного камня, как показывают выполненные исследования, в основном определяется его плотностью [1]. При прессовании цементного теста на стадии образования коагуляционной структуры из него удаляется часть несвязанной воды, что приводит к сближению твердых частиц и соответственно к ускорению образования кристаллических контактов между ними. Сближение твердых частиц обеспечивает также более высокую плотность формирующей структуры, что создает более благоприятные условия для упрочнения прессованного цементного камня по сравнению с исходным [2].
Кинетику структурообразования устанавливали по изменению прочности при сжатии образцов из обычного и прессованного цементного камня. Исследовали прочность цементного камня как на ранней стадии твердения (до 8 ч), так и в более зрелом возрасте (28 сут), когда в основном завершается гидратация.
Опыты показали, что прессование цементного камня способствует более раннему формированию структуры и соответственно более интенсивному набору прочности. Результаты экспериментальных исследований (см. таблицу) показывают, что прочность образцов из прессованного цементного камня на ранней стадии твердения более чем в 5 раз выше, чем непрессованного. Армирование прессованного цементного камня базальтовыми волокнами позволяет повысить его прочность по сравнению с неармированным почти в 20 раз.
Прессованный цементный камень на начальном этапе твердения более интенсивно набирает прочность. Однако после 14 сут твердения наблюдается некоторый спад прочности. Это можно объяснить неизбежной перекристаллизацией. Перекристаллизация сопровождается частичной потерей прочности контактов срастания, что приводит к снижению прочности цементного камня.
Набор прочности цементного камня нормального твердения протекал вплоть до 28 сут без снижения проч-
ности. Это свидетельствует о том, что деструктивные процессы в непрессованном цементном камне начинают протекать гораздо позже, т. е. формирование прочности нормального и прессованного цементного камня смещено во времени. Структурообразование прессованного цементного камня начинается раньше и протекает более интенсивно по сравнению с цементным камнем нормального твердения.
При армировании цементного камня базальтовыми волокнами перекристаллизация менее сказывается на наборе прочности. Армирование сглаживает явления, связанные с деструктивными процессами, протекающими в цементном камне, что позволяет существенно (в 1,89 раза) увеличить прочность цементного камня. Сопоставляя прочность неармированного прессованного цементного камня с прочностью дисперсно-армированного, нетрудно видеть, что величина последней при одинаковой интенсивности прессования значительно выше (см. таблицу).
Данные влияния количества базальтовых волокон на прочность цементного камня представлены на рис. 1. Полученные результаты свидетельствуют об эффективном влиянии дисперсного армирования на формирование прочности прессованного цементного камня. В экспериментальных исследованиях наибольшее влияние на прочность прессованного цементного камня оказывает введение в цементное тесто базальтовых волокон в количестве 1,5%; дальнейшее повышение их количества не приводит к росту прочности цементного камня.
80 2 ^^^^
70
S J- 60
h-
Прочнос 5 О 1
40 - /
30 1 1 1 1 1
0 6 12 18 24
Интенсивность прессования, МПа Рис. 1. Влияние на прочность цементного камня интенсивности прессования и дисперсного армирования: 1 - неармированного; 2 - дисперсно-армированного с расходом 1,5%; 3 - то же, 3%
Давление прессования, МПа Прочность при сжатии, МПа, через
4 ч 6 ч 8 ч
0 0,19/0,32 0,28/0,55 0,38/0,66
6 0,46/1,77 0,67/2,12 0,9/2,94
12 1,02/2,46 1,27/2,5 1,34/4,36
Примечание. Перед чертой - прочность неармированного цементного камня; за чертой - прочность цементного камня, армированного базальтовыми волокнами в количестве 1,5% расхода цемента.
72
научно-технический и производственный журнал
октябрь 2012
jVJ ®
0 6 12 18 24
Интенсивность прессования, МПа
Рис. 2. Изменение коэффициента упрочнения в зависимости от интенсивности прессования: 1 - дисперсно-армированного с расходом 1,5%; 2 - дисперсно-армированного с расходом 3%
Прочность цементно-песчаного раствора исследовали на составе Ц:П=1:1,5. Было выявлено, что армирование цементно-песчаного раствора базальтовыми волокнами также способствует увеличению его прочности при сжатии. Максимальный прирост прочности при введении в раствор фибры составил 1,42 раза, т. е. влияние дисперсного армирования принятыми в опытах волокнами менее эффективно, чем это наблюдалось в цементном камне.
Опытным путем также установлено, что для армированного базальтовыми волокнами цементно-песчаного раствора существует некоторый предел интенсивности прессования, при достижении которого указанный способ уплотнения приводит к увеличению прочности, превышение же этого давления не приводит к росту его прочности.
Сказанное более наглядно можно проследить по изменению коэффициента упрочнения К, который представляет собой отношение прочности прессованного дисперсно-армированного раствора Rш к прочности прессованного неармированного раствора RП такой же интенсивности прессования:
к = ^Пй /
На рис. 2 приведены кривые изменения коэффициента упрочнения в зависимости от интенсивности прессования. Данные свидетельствуют, что для дисперсно-армированного раствора с расходом базальтовых волокон 1,5% оптимальным давлением прессования является 12 МПа, а при количестве волокон 3% наибольший эффект от прессования достигается при давлении 6 МПа.
Прочность бетона исследовали на составе бетонной смеси с расходом цемента 500 кг/м3 и водоцементным отношением 0,4. Результатами экспериментальных исследований установлено, что кратковременное прессование менее эффективно влияет на увеличение прочности бетона, чем на формирование прочности цементного камня. Кратковременное прессование позволяет повысить прочность исходного бетона не более чем на 26%. Наибольший прирост прочности при прессовании бетонной смеси достигается в диапазоне давления от 6 до 12 МПа. В этом интервале давления формируется основная часть прочности, а дальнейшее его увеличение не приводит к существенному росту прочности бетона.
Известно, что повышение прочности бетона при прессовании достигается за счет более качественного уплотнения бетонной смеси, удаления части несвязанной воды, улучшения сцепления крупного заполнителя с цементным камнем из-за проникновения цементного молока при прессовании в поры и трещины крупного заполнителя.
Армирование бетона базальтовыми волокнами в количестве 1,5% расхода цемента способствует незначительному (до 15%) повышению прочности при сжатии исходного бетона. Дальнейшее увеличение их расхода (до 3 %) на прочность бетона влияния не оказывает.
Объяснение в большой разнице прочности дисперсно-армированного прессованного цементного камня и бетона, очевидно, следует искать в разных механизмах разрушения двух этих материалов.
Ранее [3] было показано, что разрушение бетона начинается на контакте крупного заполнителя и растворной его части. Армирование бетона базальтовыми волокнами не оказывает влияния на прочность контактной зоны и соответственно на формирование прочности самого бетона.
В цементном камне, где отсутствуют концентраторы напряжений, нормально ориентированные возникающим растягивающим напряжениям волокна включаются в работу, способствуя тем самым существенному увеличению прочности цементного камня.
Ключевые слова: пресс-бетон, прессование, базальтовая фибра, прочность, цементный камень, бетон.
Список литературы
1. Шейкин А.Е., Чеховский Ю.В., Бруссер М.И. Структура и свойства цементных бетонов. М.: Стройиздат, 1979. 344 с.
2. Сеськин И.Е., Бабков В.В., Мирсаев Р.Н. и др. Прессованные материалы на основе гипсовых и цементных вяжущих в производстве строительных изделий и конструкций. Самара: СамГУПС, 2009. 167 с.
3. Берг О.Я. Физические основы теории прочности бетона и железобетона. М.: Госстройиздат, 1962. 96 с.
А.В. Ушеров-Маршак
БЕТОНОВЕДЕНИЕ
лексикон
М.: РИФ «СТРОЙМАТЕРИАЛЫ», 2009. 112 с.
Издание подготовлено в виде толкового словаря, ориентированного на формирование понятийно-терминологического аппарата бетоноведения - одной из динамично развивающихся, сложных и специфических областей материаловедения. Учтены тенденции международной интеграции науки о бетоне и его технологии.
«Бетоноведение: лексикон» содержит более 650 терминов и понятий, 150 аббревиатур международно признанных словосочетаний, наиболее часто употребляемых в профессиональной научно-технической литературе и нормативных документах. Особенность издания состоит в насыщенности информацией физико- и коллоидно-химического характера в связи с возрастающей ролью этих знаний при обосновании составов, структур, свойств, технологических процессов получения и службы бетона.
Издание рассчитано на широкий круг представителей науки, образования, в том числе учащихся вузов и колледжей, практики строительной сферы.
Цена 1 экз. без почтовых услуг 250 р., НДС не облагается Книгу можно заказать с сайта издательства
www.rifsm.ru
Тел./факс: (499) 976-20-36, 976-22-08 e-mail: mail@rifsm.ru
rj научно-технический и производственный журнал
J^J ® октябрь 2012 73~
