CC BY
44
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: cement@rctu.ru
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: cement@rctu.ru
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.
