CC BY
9УДК 691.535
В.А. ГУРЬЕВА, д-р техн. наук, Т.К. БЕЛОВА, инженер (belova_tatyana_90@mail.ru)
Оренбургский государственный университет (460018, г. Оренбург, пр. Победы, 13)
Влияние дисперсного армирования модифицированным базальтовым микроволокном на истираемость цементных растворов для устройства полов
В современном строительстве при устройстве монолитных покрытий полов широко применяются растворы на основе портландцемента. Системным недостатком, предопределяющим снижение их эксплуатационных свойств, является низкая стойкость к истиранию цементно-песчаного композита. Приведены результаты экспериментальных исследований влияния дисперсного армирования модифицированным базальтовым микроволокном (МБМ) на истираемость цементных растворов, применяемых для устройства монолитных полов. Показано, что увеличение содержания МБМ в композите на 0,5% от массы вяжущего приводит к снижению величины истираемости раствора в среднем на 46,9%. Увеличение содержания МБМ в составе растворной смеси приводит к снижению истираемости цементного раствора. Установленный результат позволяет прогнозировать применение дисперсно армированного раствора для устройства малопылящих покрытий полов, к которым предъявляются повышенные требования к истираемости.
Ключевые слова: ресурсосбережение, долговечность, цементные растворы, монолитные полы, дисперсное армирование, базальтовое микроволокно, истираемость, пыление.
V.A. GURIEVA, Doctor of Sciences (Engineering), T.K. BELOVA, Engineer (belova_tatyana_90@mail.ru) Orenburg State University (13 Pobedy Avenue, Orenburg, 460018, Russian Federation)
Influence of Dispersed Reinforcement with Modified Basalt Micro-Fiber on Dusting of Cement Mortars for Flooring
In modern construction when constructing the monolithic flooring, mortars on the basis of Portland cement are widely used. A system shortcoming, which predetermines the loss in operating properties, is low resistance to the abrasion of cement-sand composite. Results of the experimental study of the influence of dispersed reinforcement with modified basalt microfiber (MBM) on the dusting of cement mortars used for monolithic flooring are presented. It is shown that the increase in the content of MBM in the composite by 0.5% of the weight of the binder leads to the reduction in the abradability value of the mortar by 46.9% on average. The increase in the content of MBM in the composition of mortar leads to the reduction in the abradability of the cement mortar. The established result makes it possible to predict the use of the dispersed reinforced mortar for the little dusty floor covering to which high requirements for abradability are set.
Keywords: resource saving, durability, cement mortars, monolithic floors, dispersed reinforcement, basalt microfiber, abradability, dusting.
При устройстве монолитных покрытий полов на объектах различного назначения широко применяются растворы на основе портландцемента. Однако в ряде случаев в процессе эксплуатации заказчик остается недоволен эксплуатационными свойствами данных материалов [1, 2]. Поверхностный слой монолитных полов подвергается различным механическим нагрузкам, что приводит к образованию пыли и снижению стойкости к истиранию. Полы промышленных объектов, к которым предъявляются повышенные требования по стой-
кости к истиранию, зачастую находятся в неудовлетворительном состоянии [3]. Таким образом, возникает необходимость в развитии способов устранения пыле-ния, повышения износостойкости покрытий монолитных полов.
В последнее время в строительном комплексе одним из перспективных направлений в упрочнении и снижении пыления бетонов и растворов является дисперсное армирование [4, 5]. Оптимальной областью применения цементного камня, армированного волокнами, являет-
Рис. 2. Зависимость истираемости дисперсно армированного раствора при крупности песка 1,25 мм от содержания МБМ и расхода добавки
104
январь/февраль 2016
.А ®
Results of scientific research
Сравнение различных видов армирующих волокон для устройства монолитных полов
Вид армирующего волокна Расход волокна, кг/м3* Стоимость 1 кг волокон, р. Удорожание 1 м2 покрытия пола толщиной 50 мм**, р. Снижение показателя истираемости**, %
Стальное ^=0,8-1,3 мм; 1=50-60 мм) 15-30 50 56,25 50
Полипропиленовое - ВСМ ^=0,8-1,3 мкм; 1=6; 12; 18 мм) 0,9-1,2 165-200 9,33 65
Базальтовое тонкое ^=13-17 мкм; 1=12; 18; 24 мм) 0,9-2,7 135-160 13,27 63
Модифицированное базальтовое микроволокно - МБМ ^=8-10 мкм; 1=100-500 мкм) 0,5-4,5 100 12,5 72
Примечания. * - расход волокна в 1 кг на 1 м3 растворной смеси; ** - в сравнении с неармированным цементно-песчаным раствором.
ся устройство полов покрытий [6]. Введение волокон в растворную смесь упрочняет структуру цементного камня, соответственно может значительно снизить истираемость и пыление покрытия полов на основе таких растворов. При этом упрочняется не только поверхностный слой конструкции, но и обеспечивается повышение эксплуатационных характеристик по всему объему цементного камня.
Наряду с традиционными фибрами (стальными, базальтовыми, стеклянными и т. д.) находят применение волокна, модифицированные углеродными наномоди-фикаторами [7, 8]. Одним из видов таких волокон является модифицированная базальтовая микрофибра (МБМ). Данный материал представляет собой промышленный отход измельченной базальтовой фибры (ГОСТ 4640—2011 «Вата минеральная. Технические условия»), модифицированной гидроксидом натрия в количестве 0,05—0,1%, водой в количестве 0,3—0,5% и астраленом в количестве от 0,0001 до 0,01% от массы фибры в зависимости от назначения армируемой конструкции. Введение таких наномодифицированных волокон в растворную смесь способствует значительному упрочнению структуры цементного камня [9, 10, 11].
Цель исследования — установить влияние степени армирования цементного раствора модифицированной базальтовой микрофиброй на показатель его истираемости.
Для достижения поставленной задачи запроектирован трехфакторный эксперимент, в котором в качестве значимых факторов выбраны: Х1 — содержание МБМ, % от массы цемента, Х2 — расход добавки суперпластификатора, % от массы цемента, Х3 — крупность песка, мм. Откликом эксперимента (У) явилась истираемость раствора (г/см2).
Содержание микрофибры варьировалось в пределах от 0 до 1% от массы цемента, дозировка суперпластификатора — 0—1% от массы цемента, крупность песка изменялась от 0,63 мм до 2,5 мм. В качестве матрицы принят цементный раствор состава: цементно-песчаное отношение 1:3; водоцементное отношение подбиралось опытным путем до установления равной подвижности марки П3.
В качестве материалов для приготовления растворов применялись: портландцемент ПЦ 500 Д0 производства г. Новотроицк, «Южно-уральская Горно-пере-рабатывающая Компания», песок Архиповского месторождения Оренбургской области, истинная плотность ри.п.= 2,69 г/см3; насыпная плотность рн.п.= 1,26 г/см3, суперпластификатор «Штайнберг GROS-63MC» по ТУ 5745-008-69867132-2011, модифицированная базальтовая микрофибра производства ООО «НТЦ прикладных нанотехнологий», средний диаметр волокон составил 8-10 мкм, длина 100-500 мкм.
Приготовление дисперсно армированной смеси проводилось на территории завода ЖБИ «Степной» с использованием промышленного растворосмесителя.
Сначала осуществляли сухое гомогенное и последовательное перемешивание цемента с модифицированной микрофиброй не менее 10 мин. Затем в растворосмеси-тель подавали заполнитель и воду затворения, смешанную с добавкой суперпластификатора. После этого производили окончательное перемешивание дисперсно армированной растворной смеси.
Истираемость растворов определялась на образцах кубах с ребром длиной 70,7 мм по ГОСТ 13087-81 на испытательном круге ЛКИ-3 с использованием шлиф-зерна 16. По результатам испытаний получено уравнение регрессии и построены графические зависимости (рис. 1, 2) влияния рассматриваемых факторов на истираемость растворов.
Уравнение регрессии:
Y = 0,3495+0,019Х12+0,01Х22+0,0645Х32-0,1945Х1--0,1535Х2-0,024Х3+0,023Х1-Х2+0,0125Х1-Х3+0,0015Х2-Х3
Анализ результатов эксперимента показал, что истираемость цементного раствора варьируется от 0,852 г/см2 до 0,05 г/см2 и зависит в большей степени от содержания МБМ, а также расхода суперпластификатора, и в меньшей степени от крупности песка.
В составах без дисперсного армирования истираемость образцов изменяется от 0,852 г/см2 до 0,395 г/см2. Снижение истираемости цементных растворов обеспечивается преимущественно увеличением дозировки добавки суперпластификатора (рис. 1). Как видно на рис. 1, оптимальное значение достигается при крупности песка 1,25 мм и расходе суперпластификатора 1% от массы цемента. При крупности заполнителя более 1,25 мм при постоянном содержании добавки величина истираемости повышается.
При фиксированной крупности песка 1,25 мм, снижение истираемости происходит главным образом за счет увеличения содержания МБМ в составе раствор-
0,8
0 0,5 1
Содержание МБМ, % от массы цемента
Рис. 3. Истираемость цементного раствора в зависимости от содержания МБМ и расхода добавки
JJ. ®
январь/февраль 2016
105
ной смеси и в меньшей степени увеличением расхода суперпластификатора (рис. 2, 3). Наименьшая величина истираемости, которая составила 0,05 г/см2, достигается в составах с содержанием микрофибры и суперпластификатора в количестве 1% от массы цемента и крупности песка 1,25 мм. Таким образом, можно судить о том, что совместное влияние указанных факторов формирует наиболее плотную структуру композита.
Согласно СП 29.l3330.2011 (актуализированная редакция СНиП 2.03.13—88 «Полы»), истираемость мало пылящих покрытий полов должна составлять не более 0,4 г/см2, а беспыльных — не более 0,2 г/см2.
Таким образом, дисперсное армирование модифицированной базальтовой микрофиброй цементного раствора позволяет характеризовать его по показателю истираемости как износоустойчивый материал пригодный для устройства мало пылящих покрытий полов.
Ниже приведены сравнительные характеристики различных видов армирующих волокон для устройства монолитных полов на основе цементно-песчаного раствора (см. таблицу).
Исходя из вышеизложеного, покрытие монолитных полов, выполненное на основе цементных растворов, армированных модифицированным базальтовым ми-
Список литературы
1. Каприелов С.С., Шейнфельд А.В., Кардумян Г.С. Новые модифицированные бетоны. М.: ООО «Типография Парадиз». 2010. 258 с.
2. Батраков В.Г. Модифицированные бетоны. М.: Стройиздат. 1990. 400 с.
3. Горб А.М., Войлоков И.А. Вопросы обеспечения долговечности и эксплуатационной надежности полов производственных зданий // Склад и техника. 2010. № 4. С. 38-43
4. Рабинович Ф.Н. Композиты на основе дисперсно армированных бетонов. Вопросы теории и проектирования, технология, конструкции. М.: АСВ. 2004. 560 с.
5. Ambroise J., Rols S., Pera J. Propertiesofself-leveling concrete reinforced by steelfibers. Proceedings of the 3-d International RILEM Workshop on Reinforced Cement Composites. HPFRCC3. Mainz. 1999, pp. 9-17.
6. Колчеданцев Л.М., Войлоков И.А., Горб А.М. Влияние технологических факторов на качество покрытий полов из фибробетона // Строительные материалы. 2010. № 8. С. 34-37.
7. Патент РФ 2355656. Бетонная смесь / Пономарев А.Н., Юдович М.Е.; Заявл. 10.05.2007. Опубл. 20.05.2009. Бюл. № 14.
6. Фаликман В.Р. Наноматериалы и нанотехнологии в современных бетонах // Промышленное и гражданское строительство. 2013. № 1. С. 31-34.
8. Сарайкина К.А., Голубев В.А., Яковлев Г.И., Сеньков С.А.,Политаева А.И.Наноструктурирование цементного камня при дисперсном армировании базальтовым волокном // Строительные материалы. 2015. № 2. С. 34-38.
9. Кондаков А.И., Михалева З.А., Ткачев А.Г., Попов А.И., Горский С.Ю. Модификация матрицы строительного композита функционализированными углеродными нанотрубками // Нанотехнологии в строительстве: научный Интернет-журнал. 2014. № 4. С. 31-44. http://www.nanobuild.ru/magazine/nb/ Nanobuild_4_2014.pdf (дата обращения 25.11.2015).
10. Qiaohuan Cheng Beng Meng. Dispersion of singlewalled carbon nanotubes in organic solvents. Dublin. 2010. 176 p.
кроволокном, является экономически конкурентноспо-собным по сравнению с другими видами покрытий, дисперсно армированных волокнами. Таким образом, цементный раствор, дисперно армированный МБМ, может с успехом применяться для устройства покрытий полов, к которым предъявляются повышенные требования к их износоустойчивости.
Выводы.
1. Установлено, что дисперсное армирование цементных растворов модифицированной базальтовой микрофиброй обеспечивает повышение плотности структуры материала и, как следствие, снижение истираемости.
2. Показано, что увеличение содержания МБМ в композите на 0,5% от массы вяжущего приводит к снижению величины истираемости раствора в среднем на 46,9%.
3. Монолитное покрытие пола, выполненное на основе цементных растворов, дисперно армированных модифицированной базальтовой микрофиброй, является износоустойчивым и экономически выгодным в сравнении с аналогичными дисперсно армированными напольными покрытиями.
References
1. Kaprielov S.S., Sheinfel'd A.V., Kardumyan G.S. Novye modifitsirovannye betony [The new modified concrete]. Moscow: Tipografiya Paradiz. 2010. 258 p.
2. Batrakov V.G. Modifitsirovannye betony [The modified concrete]. Moscow: Stroiizdat. 1990. 400 p.
3. Gorb A.M., Voilokov I.A. Questions of ensuring durability and operational reliability of floors of production buildings. Sklad i tekhnika. 2010. No. 4, pp. 38-43. (In Russian).
4. Rabinovich F.N. Kompozity na osnove dispersno armirovannykh betonov. Voprosy teorii i proektirovaniya, tekhnologiya, konstruktsii [Composites on the basis of dispersno the reinforced concrete. Questions of the theory and design, technology, designs]. Moscow: ASV. 2004. 560 p.
5. Ambroise J., Rols S., Pera J. Propertiesofself-leveling concrete reinforced by steelfibers. Proceedings of the 3-d International RILEM Workshop on Reinforced Cement Composites. HPFRCC3. Mainz. 1999, pp. 9-17. (In Russian).
6. Kolchedantsev L.M., Voilokov I.A., Gorb A.M. Influence of technology factors on quality of coverings of floors from a fiber concrete. Stroitel'nye materialy [Construction Materials]. 2010. No. 8, pp. 34-37. (In Russian).
7. Patent RF 2355656. Betonnaya smes' [Concrete mix]. Ponomarev A.N., Yudovich M.E. Declared 10.05.2007. Published 20.05.2009. Bulletin No. 14. (In Russian).
8. Falikman V.R. Nanomaterials and nanotechnologies in modern concrete. Promyshlennoe i grazhdanskoe stroitel'stvo. 2013. No. 1, pp. 31-34. (In Russian).
8. Saraikina K.A., Golubev V.A., Yakovlev G.I., Sen'kov S.A., Politaeva A.I. Nanostructuring a cement stone at disperse reinforcing by basalt fiber. Stroitel'nye materialy [Construction Materials]. 2015. No. 2, pp. 34-38. (In Russian).
9. Kondakov A.I., Mikhaleva Z.A., Tkachev A.G., Popov A.I., Gorskii S.Yu. Modification of a matrix of a construction composite funktsionalizirovanny carbon nanotubes. Nanotekhnologii v stroitel'stve: scientific Internet-journal. No. 4, pp. 31-44.http://www.nanobuild.ru/magazine/ nb/Nanobuild_4_2014.pdf (data of access 25.11.2015). (In Russian).
10. Qiaohuan Cheng Beng Meng. Dispersion of singlewalled carbon nanotubes in organic solvents. Dublin. 2010. 176 p.
106
январь/февраль 2016
.A ®
