Вплив дисперсного армування на агрегативну стійкість пінобетонних сумішей 2006-10-28 12:10:30

December 1st, 2012
Будівництво і реконструкція.

Вплив дисперсного армування на агрегативну стійкість пінобетонних сумішей
2006-10-28 12:10:30

Федеральний закон про енергозбереження стимулює інтерес вчених і будівельників-практиків до закономірностей формування оптимальних структур пенобетонов в залежності від технологічних і рецептурних особливостей. Будівельно-експлуатаційні властивості ніздрюватого бетону формуються в результаті затвердіння ячеисто-бетонної суміші. У період між моментом приготування суміші і переходом її в стан каменю всі компоненти можуть переміщатися в просторі під дією гравітаційних сил і, таким чином, негативно впливати на стереорегулярность сформованої структури. Тому чим вище агрегативна стійкість пеноструктур в період від початку до кінця тужавлення в них цементу, тим краще повинні бути будівельно-експлуатаційні властивості затверділого бетону. Розглянемо схему розташування в просторі і взаємний зв'язок частинок, що складають пінобетонну суміш (рис. 1а). У такій суміші газоподібна фаза знаходиться всередині суспензії, що складається з твердих частинок в'яжучого і заповнювача, роз'єднаних прошарками води завтовшки (5 – 15) -10-7 м. Капілярні сили, що забезпечують агрегативну стійкість вищеперелічених елементів макроструктури, залежать від співвідношення між капілярним тиском і розклинюється тиском плівковою води в зоні капілярних менісків, а також сил поверхневого натягу [1]. Будь-яка структура в умовах земного тяжіння відчуває гравітаційні навантаження і залишається стійкою по відношенню до них до тих пір, поки напруги, що виникають між окремими її елементами, менше міцності зчеплення цих елементів між собою. Агрегативна стійкість пеноструктур в часі залежить від товщини водної плівки на поверхні твердої фази. Однак забезпечити сталість розмірів цієї плівки або плавний перехід води з фізично в хімічно пов'язане стан практично неможливо. Зміна товщини водної плівки навколо частинок твердої фази пов'язано з розвитком гідратаційні і седиментаційних процесів, характерних для цементосодержащіх трифазних дисперсних систем [1]. У пінобетонних сумішах під дією гравітаційних сил, коливань температури і будь-яких механічних впливів (ударів, поштовхів, вібрації і т. п.) зміна товщини водних плівок навколо частинок твердої фази в результаті седиментації носить нерівномірний характер і залежить від висоти розташування шару. У верхніх шарах міжпоровими перегородок таких сумішей завжди має місце потоншення водних плівок, обумовлене міграцією слабосвязанной води зверху вниз. У нижніх шарах міжпоровими перегородок за рахунок надійшла зверху води спостерігається потовщення водних плівок навколо частинок твердої фази. Оскільки сили вандерваальсови взаємодії між твердими частинками зменшуються пропорційно відстані від їх поверхні в сьомий ступеня | 2], а капілярний тиск змінюється обернено пропорційно радіусів капілярних менісків [3], будь-яка пінобетонна суміш після укладання її в опалубку знаходиться в постійно змінюваному складному напруженому стані. Таким чином, сили зчеплення між твердими частинками, що залежать від товщини водних плівок, зменшуються у напрямку зверху вниз. В такому ж напрямку зростають нормальні напруги в суміші, обумовлені тиском верхніх шарів на нижні. Тому накопичення дефектів в макроструктуру починається в той момент, коли напруги, викликані впливом зовнішніх сил, виявляться здатними перевищити міцність зчеплення між якими двома частинками твердої фази. Втрата зчеплення призведе до зміщення частинки в просторі і розриву агрегатного освіти, що становить міжпоровими перегородку в макроструктуру пенобетонной суміші. Розриви між дрібними порами, сформованими в початковий період, відразу після укладання суміші в опалубку спочатку призведуть до збільшення середнього радіусу пор. Далі за рахунок розвитку седиментаційних процесів розсунення частинок твердої фази буде відбуватися з прискоренням. Це призведе до осаді пеноструктури. При введенні в структуру пенобетонной суміші додаткових елементів твердої фази (фібр), у яких довжина істотно (в 100-2000 разів) більше розмірів поперечного перерізу, стійкість макроструктури по відношенню до діючих на неї навантажень повинна змінитися (рис. 1б). Фіброві частки (волокна) у складі трифазних дисперсних систем будемо вважати протяжними поверхнями розділу фаз. BC Фадєєвої встановлено [4], що при формуванні структур будівельних матеріалів в процесі турбулентного перемішування найдрібніші частинки цементу першими переміщуються до протяжним поверхнях розділу фаз, де стрімко гідратіруются і утворюють високоміцні з'єднання цементного каменю. Причиною сегрегації частинок твердої фази в умовах турбулентного перемішування бетонних сумішей слід вважати той факт, що сили зчеплення між якими двома частинками істотно залежать від їх форми. Ці сили визначають за рівнянням [5]: F = – (A * r) / (m * Hn), (1) де F – сила тяжіння між частками; Н – відстань між частинками; А – константа, що характеризує сумарну дію орієнтаційної і дисперсійного факторів; m, n – коефіцієнти (при взаємодії кулястих частинок m = 12, n = 2; при кулястої і протяжної m = 6, n = 2). З рівняння (1) випливає, що сили зчеплення між кулястої і протяжної частками вище, ніж між двома кулястими. Таким чином, можна очікувати, що для руйнування пенобетонной структури, яка містить фібру, знадобиться суттєво більше зусилля. Це зусилля має перевищити суму сил зчеплення всіх частинок, які пов'язані з фіброю капілярними і орієнтаційними силами. Досить об'єктивно про величину цих сил можна судити, визначаючи пластичну міцність пінобетонних сумішей за допомогою конічного ідентора [6]. У таблиці наведено експериментальні дані, отримані при оцінці впливу водосодержания і кількості дисперсної арматури на пластичну міцність досліджуваних сумішей . Графічна інтерпретація експериментальних даних, наведених у таблиці, показує, що обидва варійованих параметра досить істотно впливають на вязкопластическую властивості, а отже, і на агрегативну стійкість пінобетонних сумішей. Суміші без дисперсної арматури і при утриманні її до 0,6% від маси твердих складових мають пластичну міцність 44-52 Па. При цьому чим вище водовміщення суміші, тим менше показники пластичної міцності. Зміст фібри,% Пластична міцність суміші, Па по масі за обсягом В / Т = 0,5 В / Т = 0,6 В / Т = 0,7 0 0 48,1 46,4 44,2 0,3 0, 74 49,9 48,1 45,3 0,6 1,49 51,8 49,9 47,5 0,9 2,23 60,6 55,2 49,9 1,2 2,98 71,8 62 , 2 51,8 1,5 3,72 92,4 70,7 56,6 1,8 4,46 130,8 85,1 62,2 2,1 5,2 181,1 97,2 66,8 2,4 5,94 267 130,8 75,1 2,7 6,69 – 172,9 90,9 3 7,43 – 267 112,2 Помітний вплив дисперсної арматури починає проглядатися після насичення суміші фіброю понад 0,6% від маси мінеральних компонентів. Причому інтенсивність зміни (кінетика) пластичної міцності сумішей при насиченні їх дисперсної арматурою суттєво різниться в залежності від В / Т (рис. 2). Аналізуючи отримані результати (див. таблицю, рис. 2), можна послідовно розглянути процес формування макроструктури комірчастої суміші при насиченні її волокнами дисперсної арматури. Спочатку введення невеликої кількості волокон, до 0,6%, розосереджених по обсягу суспензії, що складається з цементу, заповнювача і води, практично не впливає на вязкопластическую властивості (агрегативну стійкість) пінобетонних сумішей. Частинки цементу і заповнювача за розмірами порівнянні з поперечним перерізом фібри, але істотно (приблизно в 1000 разів) менше її по довжині. При перемішуванні всі компоненти вільно переміщаються турбулентними потоками і під дією сил поверхневого натягу розташовуються в міжпоровими перегородках. На цьому етапі насичення фіброю ніздрюватих сумішей величина їх пластичної міцності змінюється незначно (3-4 Па) і регулюється тільки В / Т. Аналізуючи показники значень пластичної міцності таких сумішей, можна стверджувати, що фібра в їх складі не має своєї просторової структури і поки не може впливати на агрегативну стійкість сумішей. Коли насичення дисперсної арматурою призводить до створення в суміші найпростіших агрегатних утворень, властивості суміші повинні змінитися. Уявімо ці агрегатні освіти у вигляді геометричної упаковки волокон у формі тетраедра зі стороною L, що дорівнює довжині волокна (тут робиться припущення, що волокна в суміші зберігають прямолінійність, а розсуненням їх можна знехтувати). Назвемо такий розподіл фібр первинної структурою, в якій між кінцями волокон є точкові рухливі контакти. Обсяг такого тетраедра (VT), утвореного елементарними волокнами, дорівнює: VT = 0,12-L3 (2) Оскільки довжина фібр істотно більше розмірів їх поперечного перерізу, а також розмірів інших частинок твердої фази, то можна стверджувати, що осередки такого каркаса достатньо великі, щоб не утрудняти переміщень компонентів при турбулентному перемішуванні. Освіта первинної просторової структури фібри в складі міжпоровими перегородки можна висловити через її концентрацію в обсязі композиту, обмеженому розмірами тетраедра, і позначити. Грані тетраедра включають в себе шість відрізків дисперсної арматури, тому: Va = 6-d2-L / 4 = 4,71 d2.L (3) У цьому випадку кількість дисперсної арматури (), виражене в% від обсягу, утвореного первинної волокнистої структурою, складе: = (Va / VT) -100% = 4-103d2 * L2,% (4) Така структура вже здатна впливати на вязкопластическую властивості ніздрюватих бетонів. Якщо в рівняння (4) підставити параметри використаної в експерименті дисперсної арматури, то з розрахунку виявиться, що зміна пластичної міцності має наступати при насиченні пінобетонних сумішей дисперсної арматурою понад 0,64% від маси мінеральних компонентів. Аналіз графіка на рис. 2 показує, що рівняння (4) справедливо. Крім того, з рівняння (4) випливає, що зі зміною геометричного параметра (відношення довжини фібри до її діаметра) утворення первинної волокнистої структури може відбуватися при різних кількостях дисперсної арматури. В осередках первинної волокнистої структури можливе розміщення додаткової кількості фібр. Це повинно привести до збільшення пластичної міцності пінобетонної суміші, що і спостерігалося при проведенні експериментів (див. таблицю і рис. 2). З графіка видно, що швидкість зміни пластичної міцності вельми істотно залежить від водосодержания сумішей. Чим менше В / Т, тим швидше ростуть значення пластичної міцності при насиченні пенобетонной суміші дисперсної арматурою. Експериментально встановлено, що це насичення фіброю позитивно впливає на експлуатаційні властивості пенобетонов до тих пір, поки вона вільно розташовується в міжпоровими перегородках і не утворює грудкуватих включень [6]. Відсутність грудкуватих включень спостерігалося в сумішах з пластичної міцністю не більше 80 Па. Межа інтервалу насичення дисперсної арматурою від освіти первинної структури до порога однорідності пінобетонних сумішей назвемо. Експериментально встановлено, що при насиченні пінобетонних сумішей фіброю в кількості, що відповідає, можна формувати масиви висотою до 2 м практично без розшарування [7]. Цей результат свідчить про те, що наявність дисперсної арматури в складі пінобетонних сумішей позитивно впливає на перебіг седиментаційних процесів, і як наслідок цього, сприяє вельми істотного підвищення агрегативної стійкості сумішей та зменшення дефектності затверділих пінобетонних структур, підвищенню їх міцності і морозостійкості [6]. Поріг однорідності розподілу дисперсної арматури в міжпоровими перегородках пінобетонних сумішей позначимо. Величина його залежить від водосодержания суміші, геометричних параметрів дисперсної арматури та виду технологічного устаткування. Розрахунок порога однорідності розподілу фібри в пінобетонних сумішах пропонується вести за рівнянням: = К * (L / d) ** (В/Ц-0, 2), (5) де В / Ц – водоцементное ставлення ячеисто-бетонної суміші; 0, 2 – кількість води, витраченої на гідратацію клінкерних мінералів; К – коефіцієнт, що враховує швидкість руху робочого органу в змішувальному агрегаті (N). При N = 500 об / хв, К = 0,1; при N = 750 об / хв, К = 0,11; при N = 1000 об / хв, К = 0,13. У запропонованому рівнянні традиційне В / Т замінено на В / Ц у зв'язку з тим, що компоненти твердої фази володіють різною енергетичної активністю поверхні, крім того, тільки цемент хімічно взаємодіє з водою. Рівняння (5) отримано методом лінеаризації експериментальних кривих і адекватно описує залежність порога однорідності від геометричних параметрів дисперсної арматури і водосодержания пенобетонной суміші. Узагальнюючи вищевикладене, можна стверджувати наступне: – дисперсна арматура робить позитивний вплив на агрегативну стійкість макроструктури пінобетонних сумішей; – агрегативна стійкість фібропенобетона сумішей зумовлюється їх пластичної міцністю, яка в основному залежить від параметрів дисперсного армування (співвідношення L / d і кількості фібри в складі суміші) і водоцементного відносини; – дисперсна арматура є ефективним інструментом управління властивостями пінобетонних сумішей в широкому діапазоні значень. Це дозволяє виготовляти масиви з бетонів висотою до двох метрів з поліпшеними фізико-механічними властивостями

Купити піноблоки, пінобетон в Києві.

ДЖЕРЕЛО: Будівельні матеріали

Джерело: http://stroymart.com.ua

Комментирование закрыто.

Опубликовано в: Сухі суміші і комплектуючі


Интернет реклама УБС


Интернет реклама УБС
Яндекс.Метрика