Улучшение свойств бетонов агрессивными воздействиями Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

яние малых изменений p/q на величину Кх\

5) при p/q = 1 все кривые (см. рис. 3) пересекаются в одной точке. Это случай сферического сжатия матрицы, при котором эффективный модуль равен модулю матрицы Кт независимо от величины пористости материала.. Оценки Фойгта и Рейсса здесь также совпадают ;

6) при р/{7 < 0 (отрицательное поро-вое давление, слабый вакуум) кривая с

оценкой по Рейссу вырождается (отрицательные значения). Однако кривые модулей К л и оценка по Фойгту имеют реальные (положительные) значения, причем Кх < Кр;

7) при давлении р = О значения попадают в вилку Хилла во всем диапазоне коэффициентов 0 < Ут< 0,5. При Ут = 0 величина ближе к оценке по Фойгту. В случае, когда, Ут —> 0,5, величина К! стремится к пределу, совпадающему с оценкой Рейсса.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Кристенсен Р. М. Введение в механику композитов. М.: Мир, 1982. 336 с.

2. Соломатов В. И. Объемные модули упругости двухсвязной модели композита / В. И. Солома-тов, В. Д. Черкасов, А. С. Тюряхин, Ю. В. Юркин // Изв. вузов. Стр-во. 2001. № 4. С. 43 — 48.

3. Тюряхин А. С. Эффективные модули упругости двухслойной сферы / А. С. Тюряхин, В. Д. Черкасов // Вестн. Морд, ун-та. 2001. № 3 - 4. С. 135 - 140.

■ ►

Поступила 30.05.02.

УЛУЧШЕНИЕ СВОЙСТВ БЕТОНОВ АГРЕССИВНЫМИ ВОЗДЕЙСТВИЯМИ

А. П. ФЕДОРЦОВ, кандидат технических наук

Более 30 лет назад профессором В. И. Соломатовым была высказана идея о том, что взаимодействие жидких агрессивных сред с компонентами бетона может не только приводить к разрушению материала, но и в определенное время его эксплуатации способствовать сохранению или улучшению его качества. Для обеспечения таких процессов нами предложено вводить в состав материала добавки, обслабляющие действие агрессивной среды [3]. Дальнейшими исследованиями было установлено, что явление, замеченное В. И. Соломатовым, есть выраженное проявление скрытых позитивных взаимодействий, а добавки позволяют их интенсифицировать и разнообразить, т. е. сделать более заметными и длительными.

На рис. 1 показана взаимосвязь изменений предела прочности при сжатии

Рис. 1. Изменение предела прочности (1) и коэффициента вариации (2) полимербетонных

образцов при выдержке в 30% ЫаОН

и коэффициента вариации при выдержке в 30% растворе ЙаОН полиэфирного полимербетона в виде образцов размером 40x40x160 мм состава (% по массе): смола ПН-1—7,52; маршалит — 13,1; кварцевый песок — 26,2; гранитный ще-

© А. П. Федорцов, 2003

§, по

с

£¿100 ¡2 90

{71 ~

О 5

а» 80 с £

5 § 70 8. 60

с 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4

Длительность выдерживания, мес.

к к

Я" л

а а

аз а

н X

<и

Б

05

О

бень — 52,5; гипериз — 0,23; нафтенат кобальта — 0,45.

Видно, что в период выдержки поли-мербетона в агрессивной среде от 0,5 до 1 мес. наблюдается его упрочнение и повышение однородности, что является следствием преобладания позитивных процессов в это время.

Наличие позитивных процессов дало основание применять воздействия различных видов для улучшения свойств бето-

Частичное или полное приспособление бетона к агрессивным средам возможно и в зрелом возрасте. Такие результаты исследования известны и заслуживают пристального внимания [7]. Однако, чтобы избежать нарушения равновесия структуры материала в период эксплуатации, целесообразно, на наш взгляд, приспособление производить на ранней стадии его эволюции. Отверждающийся бетон — это развивающаяся система, и в ней всегда больше микросостояний, чем если бы она была в зрелом возрасте, а соответственно больше конкурирующих образований, из которых «жестко» могут быть отобраны наиболее приспособленные к внешней среде.

Приспособление материала сопровождается перестройкой его структуры. Воз-

нов еще во время отверждения материала. Основной принцип подобного отверждения состоит в том, что всегда можно подобрать такое действие агрессивной среды в процессе эволюции бетона, при котором формируется структура, более приспособленная к данному воздействию [4]. Это положение нашло экспериментальное подтверждение в случае воздействия на цементные композиты растворов серной кислоты (табл.).

никающие в бетоне процессы сопротивления агрессивному воздействию направлены на его ослабление. Очевидно, что это следствие процессов, преобразующих структуру материала под влиянием окружающей среды. Она становится более приспособленной к данному воздействию из-за образования модифицированных гидратов [7] и других соединений с большей устойчивостью к агрессивному фактору. Прежде всего изменению подвергаются поверхностные слои материала. Если бы этого не происходило, то даже слабоагрессивные среды, образующие растворимые соединения с составляющими бетона, могли бы полностью его разрушить. Неподвижная вода была бы для бетона разрушительной средой. Между тем в таких условиях, по данным мно-

Таблица

Влияние среды отверждения на стойкость цементных композитов

в растворах Н-БО,

Материал и среда отверждения а0, МПа Среда выдержки Время выдержки, сут К ст ст, МПа т

Цементный камень с В/Ц 0,33:

1 сут в норм, усл., 27 сут в воде 68 2% Н2504 42 0,44 29,9

1 сут в норм, усл., 13 сут в 0,5% Н2504, 14 сут в воде 56 — 42 0,65 36,4

Цементный бетон состава 1:3с В/Ц 0,45:

1 сут в норм, усл., 27 сут в воде 21,9 1% Н2504 20 0,6 13,1

1 сут в норм, усл., 1 сут в воде, 26 сут в 0,5% Н2504 21,7 — 20 0,78 16,9

1 сут в норм, усл., Зсут в воде, 24сут в 0,5% Н2504 19,8 — 20 0,84 16,6

гих исследовании, материал может сохраняться бесконечно долго благодаря эффекту самоуплотнения. Частичное приспособление раннего бетона наблюдалось даже при выдержке его в 2% НС1 [5]. При этом на поверхности изделий обра-

зовывался

о

ОДНИМ из

инертныи слои, основных составляющих которого, по данным рентгеноструктурного анализа, являлся гель кремниевой кислоты.

Анализ исследований позволил сделать вывод, что при адаптации бетона (системы) происходит выбор процессов, способствующих повышению его (ее) сопротивляемости к конкретному воздействию, и веществ, которые обеспечивают эти процессы [6]. При этом они могут содержаться как внутри материала, так и во внешней среде. Известно, что при воздействии воды уплотнение цементного камня ускоряется, если она засорена примесями, имеет воздушные включения, содержит бикарбонат кальция и угольную кислоту. По нашим данным, мелкозернистый цементный бетон с тонкоизмельченными пиритными огарками, введенными в количестве 10 % от массы цемента, отверж-денный с применением 2% HCl, превосходит по стойкости в этой же среде материал после водного отверждения (рис. 2).

к

н о о

а «

о

н

и

1,2

1,1 1

0,9

н

я

I °'8

S

-е-

о

0,7 0,6

0 7 14 21 28 35 42 49 56

Длительность выдерживания, сут

Рис. 2. Стойкость мелкозернистого бетона с пиритными огарками в 2% НС1 в зависимости от условий твердения: 1 — твердение в течение 1 сут в нормальных условиях, 27 сут в воде; 2 — твердение в течение 1 сут в нормальных условиях, 4 сут в 2% НС1, 23 сут в воде

Улучшение свойств происходит при действии не только жидких агрессивных сред, но и других факторов. Известны случаи, когда нагружение бетонов как в

раннем, так и в зрелом возрасте сжимающими или растягивающими усилиями приводило к соответствующим повышениям прочности до 20 % [1; 2].

На рис. 3 приведены результаты исследования, когда цементный бетон, подвергнутый после двух недель водного хранения замораживанию и оттаиванию с последующей выдержкой до 28 сут в воде, имел значительное упрочнение. При этом повышалась плотность его структуры, т. е. появлялся фактор, который способствует росту сопротивления к этому виду воздействия.

Общепринято определять разрушение материала различными масштабами: от больших, когда физическое тело распадается на отдельные несвязные составляющие, до очень малых, представляющих собой расхождение атомов. Очевидно, что воздействия, приводящие к таким последствиям, будут разрушающими. Тогда применительно к ним можно отметить, что если на материал произвести воздействие с определенной интенсивностью и длительностью, направленное на разрушение его структуры, а соответственно ухудшение свойства, то в нем возникают процессы, которые стремятся это свойство сохранить или сделать его более выраженным. Поскольку те или иные свойства характеризуют конкретный бетон (систему), то возникающие процессы их сохранения и улучшения направлены на сохранение материала в целом.

35

5 л

йе зз

^ - 31 о к 01

а* к ВЙ 29 3 §

5 а 27

О- о,

С С 25

0 1 2 3 4 5

Количество замораживаний и оттаиваний,

циклы

Р и с. 3. Влияние попеременного замораживания и оттаивания бетона состава 1:3 с В/Ц 0,45 на

прочность при сжатии

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Макаренко Л. П. Изменение физико-механических свойств бетонов при сжатии и растяжении при повторных нагружениях // Бетон и железобетон. 1989. № 2. С. 38 — 40.

2. Саталкин А. В. Раннее нагружение бетона и железобетона в мостостроении / А. В. Саталкин, Б. А. Сенченко. М.: Автотрансиздат, 1956. 214 с.

3. Соломатов В. И. Позитивный эффект коррозии полимербетонов / В. И. Соломатов, А. П. Фе-дорцов // Бетон и железобетон. 1981. № 2. С. 20 — 21.

4. Федорцов А. П. Повышение прочности и физико-химического сопротивления бетонов агрессивными факторами среды // Композиционные строительные материалы: Теория и практика: Сб. науч. тр. междунар. науч.-практ. конф. Пенза, 2002. С. 344 — 346.

5. Федорцов А. П. Повышение физико-химического сопротивления цементных композитов путем применения при их отверждении агрессивных сред / А. П. Федорцов, В. Т. Ерофеев // Вестн. ВРО РААСН [Ниж. Новгород]. 2002. Вып. 5. С. 98 - 101.

6. Федорцов А. П. Характеристика сред и особенности их взаимодействия с бетонами / А. П. Федорцов, А. Ф. Андронов // Материалы научной конференции «XXX Огаревские чтения (естественные и технические науки)». Саранск, 2001. С. 335 — 338.

7. Чернявский В. Л. Роль адаптации в формировании коррозионной стойкости бетона / Изв. вузов. Сер. Стр-во и архитектура. 1995. № 4. С. 34 — 39.

Поступила 09.12.02.

ЭКОЛОГИЧЕСКИ БЕЗВРЕДНЫЙ ПЛАСТИФИКАТОР СТРОИТЕЛЬНОГО НАЗНАЧЕНИЯ

С. В. ДУДЫНОВ, кандидат технических наук

Введение добавок как средство регулирования свойств строительных материалов известно давно. Они позволяют создавать более гибкую и совершенную технологию производства строительных изделий и конструкций на имеющемся оборудовании.

Среди многообразия применяемых в технологии бетона добавок наибольшей популярностью пользуются поверхност-но-активные вещества (ПАВ). Появившись в 1960-е годы, они сравнительно быстро и очень успешно вошли в мировую строительную практику, поэтому в наши дни номенклатура поверхностно-активных веществ строительного назначения чрезвычайно велика. Более того, современный уровень технического развития позволяет, теоретически, расширять ассортимент до бесконечности.

Однако реальная действительность не столь безоблачна. Причиной для пессимизма служит то обстоятельство, что многие из продуктов, используемых в совре-

менном производстве строительных материалов имеют неудовлетворительные экологические показатели. Возможно, в первую очередь это касается известных суперпластификаторов С-3, 10-03, серии ВРП и других из-за входящих в их состав таких вредных веществ, как бензол, нафталин, фенол (он является канцерогеном), формальдегид. Причем как в период эксплуатации конструкций, так и в процессе получения материалов, содержащих перечисленные компоненты, последние способны выделяться в течение длительного времени, оказывая отрицательное влияние на организм человека и окружающую среду [5; 6]. В связи с этим поиски экологически чистых и безопасных соединений для применения в технологии бетона представляются весьма актуальными.

Вполне естественно, что к таковым должны относиться вещества с высокой степенью биодеградации, по возможности существующие в природе или в струк-

© С. В. Дудыиов, 2003