Научная статья на тему 'Влияние волокон на свойства гипсоцементно-пуццоланового вяжущего'

Влияние волокон на свойства гипсоцементно-пуццоланового вяжущего Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

CC BY
198
43
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ГИПСОЦЕМЕНТНО-ПУЦЦОЛАНОВОЕ ВЯЖУЩЕЕ / ВОЛОКНА / ПРОЧНОСТЬ / ВОДОИ КОРРОЗИЕСТОЙКОСТЬ / GYPSUM CEMENT-POZZOLAN BINDER FIBERS / STRENGTH / WATER AND CORROSION RESISTANCE

Аннотация научной статьи по технологиям материалов, автор научной работы — Манушина Анна Сергеевна, Урбанов Андрей Витальевич, Немцев Александр Дмитриевич, Потапова Екатерина Николаевна

Изучено влияние полипропиленового, базальтового, полиакрилового волокон и стекловолокна на свойства гипсоцементно-пуццоланового вяжущего. Показано, что в присутствии базальтового и полипропиленового волокон происходит увеличение прочностных показателей, повышается водостойкость и коррозионная стойкость составов.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по технологиям материалов , автор научной работы — Манушина Анна Сергеевна, Урбанов Андрей Витальевич, Немцев Александр Дмитриевич, Потапова Екатерина Николаевна

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

EFFECT OF FIBER ON PROPERTIES GYPSUM CEMENT - POZZOLANIC BINDER

The effect of polypropylene, basalt, polyacrylic fibers and glass fibers on the properties of gypsum cement-pozzolan binder. It is shown that in the presence of basalt fibers and polypropylene is an increase in strength characteristics, enhanced water resistance and corrosion resistance of the compositions.

Текст научной работы на тему «Влияние волокон на свойства гипсоцементно-пуццоланового вяжущего»

УДК 544.421.42:536.755

А.С. Манушина, А.В. Урбанов, А.Д. Немцев, Е.Н. Потапова*

Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия

125480, Москва, ул. Героев Панфиловцев, д. 20 * e-mail: [email protected]

ВЛИЯНИЕ ВОЛОКОН НА СВОЙСТВА ГИПСОЦЕМЕНТНО-ПУЦЦОЛАНОВОГО ВЯЖУЩЕГО

I изгиб I сжатие

Г Г

Изучено влияние полипропиленового, базальтового, полиакрилового волокон и стекловолокна на свойства гипсоцементно-пуццоланового вяжущего. Показано, что в присутствии базальтового и полипропиленового волокон происходит увеличение прочностных показателей, повышается водостойкость и коррозионная стойкость составов.

Ключевые слова: гипсоцементно-пуццолановое вяжущее, волокна, прочность, водо- и коррозиестойкость.

Возведение современных зданий и сооружений требует применение материалов обладающих высокими эксплуатационными свойствами, такими как прочность на сжатие и растяжение, трещиностойкость, ударная вязкость,

износостойкость, коррозионная стойкость, морозостойкость и т.д. Одним из путей решения задач по совершенствованию эксплуатационных характеристик материалов является их армирование различными видами фибр минерального или органического происхождения. Перспективность использования неметаллических волокон в качестве дисперсного армирования подтверждено

исследованиями, выполненными различными зарубежными и отечественными учеными [1-3].

Для исследований было выбрано гипсоцементно-пуццолановое вяжущее (ГЦПВ) с активной минеральной добавкой метакаолин,

модифицированное пластифицирующей и водоудерживающей добавками и редиспергируемым полимерным порошком (состав 1). Оптимальное содержание функциональных добавок было выбрано по проведенным ранее исследованиям [4, 5].

Изучали влияние различных по природе волокон - полипропиленового (ПП, состав 2), базальтового (Б. состав 3), полиакрилового (ПА, состав 4) и высокомодульного стекловолокна (С, состав 5), которые вводили в ГЦПВ в количестве 0,4 %.

Введение волокон незначительно изменяет нормальную густоту вяжущего, сроки схватывания практически не меняются, однако приводит к изменению прочностных показателей (рис. 1). Введение ПП волокна приводит к снижению прочности при сжатии с 26,5 до 22,4 МПа, и незначительно прочности при изгибе - с 12,1 до 11,7 МПа. В присутствии базальтового волокна прочность при сжатии возрастает до 30,2 МПа, а при изгибе - до 14,1 МПа. Наименьшей прочностью характеризуется гипсоцементно-пуццолановый камень со стекловолокном (прочность 17,6 и 9,8 МПа, соответственно).

Составы

Рис. 1. Влияние волокон на прочностные характеристики ГЦПВ (28 сут твердения)

Введение волокон в матрицу гипсоцементно-пуццоланового вяжущего повышает с 0,46 до 0,55 соотношение прочность при изгибе/прочность при сжатии, которое характеризует армирующую способность композиции.

Изучена и структура гипсоцементно-пуццоланового вяжущего, твердевшего 7 - 365 сут (рис. 2). Портландита не наблюдается, двугидрат сульфата кальция кристаллизуется в виде гексагональных призм. Кристаллы эттрингита очень мелкие и их довольно мало. Гидросиликаты кальция кристаллизуются в виде ячеисто-губчатых плёнок. Следует отметить, что после 7 сут твердения структура ГЦП камня довольно неотчетливая (рис. 2 а), к 28 сут кристаллизация новообразований значительно улучшается (рис. 2 б). А к 365 сут твердения происходит рост кристаллов (рис. 2 в).

Полипропиленовое и полиакриловое волокна не корродируют в матрице ГЦПВ. Однако, если на полипропиленовое волокно сразу «садятся» гидратные новообразования (рис. 2 г) и к 1 году твердения все волокно густо покрыто кристаллами гидроалюминатов, гидросиликатов и дигидрата кальция (рис. 2 д), то полиакриловое волокно остается без изменений (рис. 2 е).

Базальтовое и стекловолокно корродируют в среде цементного камня. Видно, что даже через 7 сут гидратации поверхность базальтового волокна «изъедена» (рис. 2 ж), а через 365 сут базальтовых волокон не наблюдается вообще (рис. 2 з).

Аналогичная картина характерна и для стекловолокна (рис. 2 и).

Введение в гипсоцементно-пуццолановое вяжущее волокон приводит к повышению водостойкости, морозостойкости и коррозионной стойкости композиции (табл.1).

Рис. 2. Микроструктура гипсоцементно-пуццоланового камня, твердевшего 1 год: а - без волокон; б - с базальтовым волокном; в - полиакриловым волокном; г - со стекловолокном; д - е - с полипропиленовым волокном

Таблица 2. Свойства гипсоцементно- пуццоланового камня с волокнами, тве рдевшего 28 сут

Сос- Коэффициент Водопоглощение, Открытая Снижение Коэффициент Время до

тавы водостойкости % пористость, прочности коррозионной появления

% после 20 циклов замораживания-оттаивания, % стойкости первых признаков коррозии, ч

1 0.82 11,0 10,2 9,4 0,92 140

2 0,85 10,1 8,4 5,8 0,93 150

3 0,86 9,0 7,4 4,2 0,96 155

4 0,83 9,8 8,8 6,7 0,90 135

5 0,84 10,9 9,1 6,1 0,88 105

Так коэффициент водостойкости повышается с 0,82 до 0,85 (с полипропиленовым волокном) и до 0,86 (с базальтовым волокном). Для этих же составов характерна меньшая открытая пористость (7,4-8,4 %) и ниже водопоглощение (9,0-10,1 %). Для полиакрилового и стекловолокна эти значения близки к составу без волокон.

Морозостойкость гипсоцементно-пуццоланового камня с волокнами определяли ускоренным методом при замораживании-оттаивании в 5%-ом растворе

№С1. Камень из гипсоцементно-пуццоланового вяжущего считается морозостойким, если прочность образцов при испытании их на сжатие падает не более чем на 10 %. По полученным результатам можно сделать вывод, что после 20 циклов попеременного замораживания и оттаивания, все составы являются морозостойкими, но наименьшее снижение прочности (4,2 %) характерно для состава 3 с базальтовым волокном (см. табл. 2).

Коррозионная стойкость гипсоцементно-пуццоланового камня с волокнами оценивалась двумя методами: при погружении в 3 %-ый раствор сульфата натрия и в камере солевого тумана. Коэффициент коррозионной стойкости ГЦП камня после твердения 1 мес в растворе сульфата натрия равен 0,92. Для составов с полипропиленовым и базальтовым волокнами коэффициент коррозионной стойкости повышается до 0,93-0,96. В присутствии полиакрилового и стекловолокна, наоборот, понижается до 0,90-0,88.

Камера солевого тумана предназначена для проведения испытаний материалов на коррозионную стойкость в воздушной среде. Помещенные внутрь испытательной камеры образцы подвергаются воздействию солевого тумана (распыляется 5%

раствор NaCl), температуры и влажности в течение определенного времени. После окончания тестов поверхность образцов исследуется на устойчивость к возникновению коррозии. Полученные результаты показывают, что наилучшие результаты в камере солевого тумана показал состав 3 с базальтовым волокном - время до появления первых признаков коррозии составляет 155 ч. Близкие результаты имеет и состав с полипропиленовым волокном (150 ч.). Однако в случае полиакрилового и стекловолокна первые признаки коррозии наступают через 135-105 ч.

Таким образом проведенные исследования показали, что наилучшими свойствами обладают составы гипсоцементно-пуццоланового вяжущего с полипропиленовым и базальтовым волокнами.

Манушина Анна Сергеевна, магистрант 1 курса факультета Инженерной химии, РХТУ им. Д. И. Менделеева, Россия, Москва.

Урбанов Андрей Витальевич, студент 2 курса бакалавриата факультета Технологии неорганических веществ и высокотемпературных материалов, РХТУ им. Д. И. Менделеева, Россия, Москва

Немцев Александр Дмитриевич, студент 3 курса бакалавриата факультета Инженерной химии, РХТУ им. Д. И. Менделеева, Россия, Москва.

Потапова Екатерина Николаевна, д.т.н., профессор кафедры химической технологии композиционных и вяжущих материалов РХТУ им. Д. И. Менделеева, Россия, Москва

Литература

1.Bangi M.R., Horiguchi T. Effect of fibre type and geometry on maximum pore pressures in fibre-reinforced high strength concrete at elevated temperatures// Cement and Concrete Research. - 2012. - № 42. - P. 459-466.

2.Степанова В.Ф., Бучкин А.В. Коррозионное поведение базальтового волокна в цементной матрице бетона // Строительные материалы, оборудование, технологии XXI века. - 2011. - № 9. - С. 22-26.

3.Урханова Л.А., Лхасаранов С.А., Розина В.Е., Буянтуев С.Л., Бардаханов С.П. Повышение коррозионной стойкости базальтофиброцементных композиций с нанокремнеземом // Нанотехнологии в строительстве. 2014. - Том 6, № 4. - С. 15-29. URL: http // www.nanobuild.ru (дата обращения: 16.05.2016).

4.Потапова Е.Н., Исаева И.В. Повышение водостойкости гипсового вяжущего// Строительные материалы. -2012. - № 7. - С. 20-24.

5.Манушина А. С., Ахметжанов А. М., Потапова Е. Н. Влияние добавок на свойства гипсоцементно-пуццоланового вяжущего // Успехи в химии и химической технологии. - 2015. - т. 29. - № 7 (166). - С. 59-61.

Manushina Anna Sergeevna, Urbanov Andrey Vitalevich, Nemtsev Alexander Dmitrievich, Potapova Ekaterina Nikolaevna*

D.I. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russia. * e-mail: [email protected]

EFFECT OF FIBER ON PROPERTIES GYPSUM CEMENT - POZZOLANIC BINDER

Abstract

The effect of polypropylene, basalt, polyacrylic fibers and glass fibers on the properties of gypsum cement-pozzolan binder. It is shown that in the presence of basalt fibers and polypropylene is an increase in strength characteristics, enhanced water resistance and corrosion resistance of the compositions.

Keywords: gypsum cement-pozzolan binder fibers, strength, water and corrosion resistance.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.