Статьи

Цементные композиции повышенной коррозионной стойкости, армированные базальтовыми волокнами

---

Хотите получать свежие статьи на свою почту?

Все свежие статьи публикуются в электронном журнале ВесьБетон.

Подписка на журнал бесплатная, процедура подписки занимает одну минуту! Подписаться!

Журнал «ВесьБетон» — всегда свежая и профессиональная информация о производстве и применению бетонов и других строительных материалов, добавках, оборудовании и многом другом.

Особенности журнала ВесьБетон:

1. Публикуются статьи и книги о производстве и применении строительных материалов, добавок.
   
2. Тираж более 10 500 профессиональных строителей.
   
3. Подписаны только строители, технологи и производители, так как публикуется только профессиональная информация.
4. Выходит 2 раза в месяц.
5. Честный тираж! Журнал распространяется через независимый канал Subscribe.ru
6. Обсуждение статей на форумах

Подписаться (бесплатно)!

Подать рекламу в журнал.

---

В статье рассматриваются вопросы перспективности использования в качестве дисперсной арматуры базальтового волокна для цементно-песчаной матрицы. Приведены некоторые результаты экспериментальных исследований.

За рубежом и в России уделяется большое внимание развитию технологии фибробетона, в основном стеклофибробетона, изучению и улучшению его физико-технических и деформативных характеристик [3–5].

Однако недостаточная изученность стойкости волокон в цементной матрице бетона ограничивает области и объем применения фибробетона в строительстве, несмотря на то, что использование неметаллических волокон исключает ряд проблем, связанных с коррозией стальных фибр. Из неметаллических волокон наиболее доступными по экономическим показателям являются стеклянные и базальтовые волокна. Одним из способов повышения стойкости стеклянной фибры является применение щелочестойкого волокна с высоким содержанием оксида циркония. Однако высокая стоимость и сложность технологии получения сдерживает его применение.

Альтернативой шелочестойкому волокну в строительной индустрии является использование базальтовых горных пород в производстве различных материалов и изделий, в том числе базальтовых волокон для дисперсного армирования бетона. Базальтовое волокно отличается не только своими высокими физико-механическими свойствами, но и повышенной химической стойкостью, температуро-, свето- и атмосферостойкостью и, что немаловажно, простотой технологии производства, невысокой стоимостью и экологической безопасностью.

Испытаниями [1, 2] установлено, что все минеральные волокна, независимо от химического состава, вступают в химическое взаимодействие с растворами, имитирующими среду твердеющего бетона на портландцементе. По показателям — количеству поглощенного CaO, количеству растворившегося SiO,. количеству связанных щелочей и изменению прочности — минеральные волокна можно выстроить в ряд от наименее к наиболее стойкому: бесщелочное, щелочное, кварцевое, базальтовое, циркониевое.

Исследования базальтового волокна (БВ) выполнялись зарубежными и отечественными организациями, лабораториями, такими как Лаборатория базальтовых волокон Института материаловедения АН Украины, НИИЖБ, ЦНИИпромзданий, ЛатНИИстроительства, АрмНИИСВ, Basaltex Masureel Group, Department of Textiles (Ghent University Belgium) и др. Однако имеющиеся данные исследований о коррозионной стойкости базальтового волокна в цементных матрицах носят частный и противоречивый характер, что, в свою очередь, создает затруднение для широкого использования в строительстве цементно-базальтовых композитов.

На основе накопленного опыта исследований в области фибробетона проводится работа по созданию цементных композиций, армированных базальтовым волокном, обладающих высокими физико-механическими характеристиками и повышенной коррозионной стойкостью, в том числе при эксплуатации в агрессивных средах. Основными направлениями являются отработка технологии введения базальтового волокна в цементную матрицу; снижение пористости; стабилизация физико-механических свойств; отработка составов смеси для получения базальтофибробетонов, повышенной прочности, малой проницаемости с улучшенными деформативными характеристиками.

Равномерное распределение волокон по объему матрицы — одно из проблемных мест в технологии приготовления базальтофибробетона. Высокие эксплуатационные характеристики, а также долговечность фиброкомпозитов напрямую зависят от решения данного вопроса.

При сотрудничестве с ОАО «Мосспецпромпроект» разработан турбулентный смеситель пропеллерного типа для приготовления базальтофибробетонных смесей, армированных отрезками базальтовой нити диаметром 9–13 мкм длиной от 10 до 50 мм. В настоящее время в лаборатории коррозии и долговечности бетонных и железобетонных конструкций НИИЖБ отработана технология введения в смесь тонкого базальтового волокна, с равномерным распределением элементарных волокон по объему бетонной матрицы. Параллельно проведен подбор и оптимизация составов базальтофибробетонов с различными сроками твердения.

В процессе опытно-экспериментальной работы были решены следующие задачи:

— исследование влияния режимов перемешивания смесей и последовательность введения компонентов смеси, воды затворения, отрезков ровинга, модификаторов и ускорителей набора прочности;

— исследование влияния процентного содержания и длин волокон на физико-механические характеристики;

— отработка оптимальных режимов перемешивания смесей.

Подобраны и оптимизированы составы цементно-песчаных растворов с различными модификаторами, где постоянными факторами являлись содержание цемента и песка при постоянном В/Ц, диаметр базальтового волокна, а варьируемыми факторами являлись длина и процентное содержание базальтового волокна, последовательность загрузки составляющих смеси и режимы приготовления. Результаты испытаний составов базальтофибробетона на физико-механические характеристики представлены в табл. 1 и на рис. 1.

№ состава	Модификатор	БВ	В/Ц	Rсж, МПа	Rизг, МПа	Rсж, МПа	Rизг, МПа	Rсж, МПа	Rизг, МПа
				1 сут.		7 сут.		28 сут.
1	–	–	0,40	16,9	4,3	31,5	7,2	37,0	7,5
2	–	+	0,40	13,0	5,1	24,6	8,6	35,0	8,8
3	Ускоритель твердения (РСТН)	+	0,40	19,4	6,6	28,3	9,6	30,8	10,6
4	Эмбэлит 8-100	+	0,40	16,6	6,0	24,0	7,6	37,3	12,0
5	МБ10-01	+	0,40	28,4	7,1	36,8	9,4	37,5	12,3
6	МБ10-01	+	0,28	33,0	7,7	48,5	8,6	51,5	10,9
7	МБ10-01	+	0,37	23,5	9,1	37,2	10,1	43,3	14,6

Таблица 1. Физико-механические показатели составов базальтофибробетона. Морозостойкость базальтофибробетона соответствует марке F300, марка по водонепроницаемости W>16

Рис. 1. Диаграмма физико-механических показателей составов базальтофибробетона

По результатам определения физико-механических характеристик и по равномерности распределения базальтового волокна были выбраны две схемы приготовления базальтофибробетона: табл. 2.

№ этапа	Компоненты	Содержание	Время перемешивания
Схема 1
1	Цемент (М500) + Добавка	1 часть (Д в % от Ц)	1 мин
2	Вода	В:Ц=0,37	1 мин
3	Песок	2 части (Ц:П=1:2)	1 мин
4	БВ, длина 10, 15, 25 мм, диаметр 10–13 мкм	2 % от Ц+П	?20 с
Итого			3 мин 20 с
Схема 2
1	Цемент (М500) + Добавка	1 часть (Д в % от Ц)	1 мин
2	Вода	В:Ц=0,37	1 мин
3	БВ, длина 10, 15, 25 мм, диаметр 10–13 мкм	2 % от Ц+П	?10 с
4	Песок Мк=1,5	2 части (Ц:П=1:2)	20 с
Итого			2 мин 30 с

Таблица 2. Приготовление смеси в турбулентном смесителе

При выдержке образцов в агрессивных средах и ускоренном старении с различными температурными режимами образцов базальтофибробетона на контактной зоне «волокно — цементная матрица» появляются новообразования в результате взаимодействия гидроксида кальция портландцемента с оксидом кремния базальтового волокна. По результатам коррозионных исследований, полученных после воздействия агрессивных сред, можно сказать, что применение модификатора МБ-01 также благоприятно влияет на сохраняемость волокна в цементной матрице (рис. 2).

Рис. 2. Микрофотографии базальтового волокна в теле бетона после выдержки в агрессивном растворе при температуре 550 °C в течение 30 сут., увеличение ?1000: а) без модификатора, б) с модификатором МБ-01

Результаты подтверждают возможность получения высоких прочностей композита в ранние сроки твердения, что очень важно при использовании в ремонтных составах. Также немаловажным фактором является повышенная трещиностойкость образцов при их разрушении.

Проведенный подбор оптимальных составов базальтофибробетона показал, что наиболее эффективно применение модификатора полифункционального действия МБ-01, содержащего суперпластификатор и микрокремнезем, который позволяет снизить водоцементное отношение, повысить физико-механические показатели. Проводятся исследования по оценке развития коррозионных процессов базальтового волокна в цементной матрице и оценке долговечности материала.

В основу оценки долговечности положена методика А. А. Пащенко, в которой усовершенствован численный расчет скорости взаимодействия компонентов базальтовых волокон с компонентами матрицы во времени. Это позволяет достоверно прогнозировать долговечность композита сроком до 100 лет.

Для наблюдения за изменением базальтового волокна в цементной матрице, определения наличия продуктов новообразований при взаимодействии волокна с ней во времени применялись петрографический, рентгенографический, электроскопический методы и дифференциально-термический анализ.

Приведенные данные, а также результаты коррозионных исследований позволят определить рациональные области применения цементно-базальтовых композитов повышенной коррозионной стойкости, нормируемой долговечности с обоснованием экономической целесообразности.

Литература:

1. Пащенко А. А. Армирование неорганических вяжущих веществ минеральными волокнами. Наука строительному производству. — М.: Стройиздат, 1988.

2. Разработка технологии, конструкторской документации, изготовление и испытания опытно-промышленных партий композитных (стеклопластиковых и других видов) соединителей слоев бетона и трехслойных стеновых панелей : научно-технический отчет. — М.: НИИЖБ, 1999.

3. Стеклофибробетон в строительстве : материалы семинара. — М.: Центральный Российский Дом знаний, 1992.

4. Shuaib Н., Ahmad George, С., Hoff Morris Schupack State-of-the-Art Report on Fiber Reinforced Concrete. Reported by ACI Committee 544, MCP2004.

5. Velde K., Kiekens P., Van Langenhove L. Basalt fibers as reinforcement for composites // Van de Department of Textiles, Ghent University, Technologiepark 907, B-9052 Zwijnaardc, Belgium.

Еще статьи из этого раздела:

• Виброактивация цемента. Часть 1: как все начиналось
• Активация цементов
• Наноструктурная модель цементного камня для оценки свойств композиционного материала
• Модифицированный портландцемент. Свойства и применение
• Цемент. Проблемы логистики.
• Новообразования цемента — жертва терминологии
• С. И. Дружинин – профессор Ленинградского Политехнического института (1872–1935 гг.)
• ПУТИ СНИЖЕНИЯ ЦЕМЕНТОЕМКОСТИ СТРОИТЕЛЬНОЙ ПРОДУКЦИИ
• Отбор проб цемента.
• Есть ли перспектива у марки цемента?
• Цемент. «Оптимистичный» для некоторых компаний прогноз по России
• Особенности технологии золопортландцемента из высококальциевой золы для тяжёлых бетонов
• Цементные композиции повышенной коррозионной стойкости, армированные базальтовыми волокнами
• Применение сульфатированных клинкеров для создания коррозионностойких цементов
• «Нелегальное» вяжущее?
• Внутренние факторы долговечности цементного камня
• Влияние магнитной обработки воды на свойства цементных растворов и бетонов
• Белый цемент – уникальный материал для реставрации и строительства (на правах рекламы)
• Выбор цементной матрицы для тонкослойной цементной композиции
• Потребительские характеристики цветных цементов.
• Портландцемент. Ударная активация