Содержание к диссертации
Введение 4
Глава 1. Состояние вопроса и постановка задач исследования 10
1.1 . Дисперсно-армированные бетоны 10
Материалы, используемые для производства фибробетонов и их влияние на свойства строительного композита 12
Технологии производства дисперсно-армированных бетонов 21
Методы повышения адгезии волокнистого армирующего материала к цементной матрице 27
Модификация волокнистых материалов тлеющим разрядом 28
Краткая характеристика тлеющего разряда 29
Основные физико-химические процессы, протекающие при действии низкотемпературной плазмы 30
Общие закономерности воздействия тлеющего разряда на волокнистые материалы 33
Глава 2. Выбор объектов и методик исследования 43
Объекты исследования 43
Установка для обработки тканей в тлеющем разряде 45
Определение гидрофильных свойств волокон 47
Формование образцов 49
Испытание образцов на прочность сцепления (адгезия) волокнистого материала с цементным камнем 50
2.6. Свойства бетонов, армированных модифицированным волокном 51
Глава 3. Исследование физических и физико-механических свойств
армирующих неметаллических волокон фибробетонов,
модифицированных тлеющим разрядом 52
Исследование изменения водопоглощения волокон в зависимости от параметров обработки тлеющим разрядом 52
Исследование изменения смачиваемости волокон в зависимости от параметров обработки тлеющим разрядом 58
Исследование изменения капиллярности волокон в зависимости от параметров обработки тлеющим разрядом 61
Исследование изменения предела прочности при разрыве волокон в зависимости от параметров обработки тлеющим разрядом 64
Глава 4. Влияние модификации тлеющим разрядом армирующих волокон фибробетонов на их адгезионные характеристики по
отношению к строительному композиту 66
4.1. Определение адгезионной способности модифицированных волокон к
строительному композиту 66
4.2. Определение адгезионной способности тканей, как моделей волокон,
к строительному композиту 72
Глава 5. Исследование влияния модификации армирующих волокон
тлеющим разрядом на свойства цементного и гипсового камня 80
Дериватографический анализ фибробетона, армированного модифицированными волокнами, на границе «бетон-волокно» 80
Фазовый рентгеновский анализ структуры фибробетона, армированного модифицированными волокнами, на границе «бетон-волокно» 101
Предельная прочность при сжатии цементного и гипсового камня, армированного модифицированным волокном 106
Предельная прочность при изгибе цементного и гипсового камня, армированного модифицированным волокном 114
Исследование водопоглощения цементного и гипсового камня, армированного модифицированным волокном 122
Составы фибробетонов, армированных модифицированными тлеющим разрядом волокнами 127
Выводы 130
Приложения 133
Литература 139
Введение к работе
Одной из важных задач современного бетоноведения является создание эффективных материалов с повышенными прочностными и эксплуатационными свойствами. Перспективным видом таких материалов являются композиты, и в настоящее время к ним наблюдается повышенный интерес. Обширный класс композитных материалов представляют дисперсно-армированные бетоны. Дисперсное армирование производится волокнами (фибрами), равномерно распределенными по объему строительной матрицы. Для этого используются различные виды металлических волокон, неметаллических волокон минерального или органического происхождения [13, 65]. Изделия из таких бетонов можно изготавливать без армирования стальными сетками и каркасами, что значительно упрощает технологию изготовления, снижает трудоемкость. Использование фибр позволяет отказаться от специального армирования, например, осуществляемого только исходя из действующих на конструкцию усилий во время транспортировки и монтажа, что приводит к перерасходу конструкционных материалов, в том числе и арматуры, которая при эксплуатации строительных элементов не выполняет своего прямого назначения. Поэтому, совершенствование бетонных материалов должно быть направлено не только на рациональное использование арматуры, но и на создание новых эффективных армирующих материалов [154, 156, 159].
Номенклатура искусственных волокон достаточно обширна, однако не все они, по тем или иным причинам, могут быть использованы в серийном производстве [151, 155, 161]. В настоящее время в основном используют стальные, стеклянные и полимерные волокна [1, 13-15, 65, 123, 124]. Такое армирование позволяет создавать достаточно эффективные конструкционные материалы. В качестве армирующего компонента могут быть использованы и природные волокна, используя которые можно получать тепло- и звукоизоляционные композиты [2, 3, 125, 159]. Основным недостатком,
сдерживающим использование неметаллических волокон в качестве армирующего компонента, является то, что, практически, все они имеют низкую прочность сцепления, а зачастую не способны сцепляться со строительным камнем [6]. Это влияет на прочностные и эксплуатационные свойства получаемых материалов, ограничивает номенклатуру неметаллических волокон, применяемых для армирования бетонных конструкций.
Вопросы использования искусственных армирующих волокон, а так же вопросы практического применения дисперсно-армированных бетонов были рассмотрены в программах конференций, симпозиумов и семинаров [68, 70, 71, 153, 161] в том числе и в западных странах [65, 72,75, 155].
Интерес к подобным технологиям можно объяснить стремлением специалистов повысить прочностные и эксплуатационные характеристики бетонных материалов, а так же заинтересованностью строительных организаций в получении эффективных материалов отвечающих высоким требованиям рынка, поэтому разработка способов, позволяющих повысить прочностные и эксплуатационные свойства фибробетонов, за счет увеличения сил сцепления армирующих волокон со строительной матрицей является актуальным.
Работа выполнялась в рамках гранта Министерства образования РФ (ТОО - 12.2-1604), гранта Российской академии архитектуры и строительных наук (РК № 01.02.003. 03712), научно-технической программы «Научные исследования высшей школы по приоритетным направлениям науки и техники» (РК 01.200 3. 03713).
Цель диссертационной работы заключалась в разработке способов получения фибробетонов с улучшенными прочностными и эксплуатационными характеристиками, за счет увеличения прочности сцепления армирующих неметаллических волокон со строительной матрицей их модификацией низкотемпературной плазмой тлеющего разряда.
Задачами данной работы являлись:
исследование физических и физико-механических свойств волокон
различного химического происхождения и физической структуры,
модифицированных тлеющим разрядом;
исследование адгезионных характеристик различного рода волокон
. модифицированных тлеющим разрядом, по отношению к цементному
и гипсовому камню;
исследование прочностных и эксплуатационных свойств материалов, армированных волокнами, модифицированными тлеющим разрядом;
разработка технологии модификации тлеющим разрядом армирующих волокон фибробетонов.
Научная новизна:
рассмотрено влияние тлеющего разряда на гидрофильные свойства армирующих волокон фибробетонов;
рассмотрено изменение адгезионных характеристик неметаллических волокон по отношению к бетону на основе цемента и гипса;
выявлены оптимальные параметры обработки волокон и волокнистых материалов тлеющим разрядом для использования их при армировании бетонов на основе различного вида вяжущих;
предложен метод исследования адгезионных свойств волокон и волокнистых материалов к строительной матрице;
- рассмотрены характеристики мелкозернистых бетонов, армированных
модифицированными в тлеющем разряде переменного тока промышленной
частоты неметаллическими волокнами.
- обоснованы технические преимущества модификации армирующих
волокон в фибробетонах тлеющим разрядом для улучшения их прочностных
и эксплуатационных характеристик.
На основании выявленных фактов предложены рациональные методы использования тлеющего разряда в производстве дисперсно-армированных
бетонов на стадии армирования при приготовлении бетонной смеси, получен патент «Состав фибробетона» [169].
На защиту выносятся;
- способ модификации тлеющим разрядом неметаллических волокон,
используемых при армировании бетонных изделий и конструкций;
- составы бетонов, армированных модифицированными волокнами;
экспериментальные зависимости свойств материалов, армированных модифицированными волокнами от параметров их обработки плазмой тлеющего разряда;
экспериментальные зависимости изменения адгезии органических и неорганических волокон к портландцементному и гипсовому камню от параметров их обработки плазмой тлеющего разряда;
предложенные методы исследования адгезионных характеристик модифицированных волокон по отношению к строительному композиту;
- режимы обработки неметаллических волокон тлеющим разрядом, для
использования при армировании бетонов;
Теоретической основой для проведения исследований стали работы, относящиеся к исследованиям дисперсно-армированных бетонов и конструкций таких ученых как Ю.М. Боженов, А.Г. Комар, Ф.Н. Рабинович, К.Л. Бирюкович, П.П. Будников, М.Т. Дулеба, А.А. Пащенко, В.П. Сербии, Б.А. Крылов, Е.Г. Кутухтин, К.В. Михайлов, Г.К. Хайдуков, Ю.Н. Хромец.
Апробация результатов. Аспекты данной работы докладывались и обсуждались на ряде симпозиумов, конференций, семинаров: 3-й Международный симпозиум по теоретической и прикладной плазмохимии, Иваново: ИГХТУ, 2002; Актуальные вопросы храмового строительства в современной России: Научно-практическая конференция/ Иваново - Вознесенская православная Духовная семинария, ИГ АС А - Иваново, 2003, 2004;
Второй китайско-русско-корейский международный симпозиум по химии и технологии новых материалов. Иваново: ИГХТУ, 2003; Информационная среда вуза: X, XI, XII Международные научно-технические конференции, Иваново, ИГАСА - 2003, 2004, 2005 и др.
По теме диссертации было подготовлено и опубликовано 20 тезисов докладов и статей.
Текст диссертации состоит из пяти глав, списка литературы и приложений.
В первой главе проводится анализ состояния на настоящий момент вопроса касающегося армирования фибробетонов неметаллическими волокнами, возможности увеличения их адгезионных характеристик к бетону. Так же рассматривается возможность модификации волокон и волокнистых материалов с применением частиц высоких энергий (в частности тлеющего разряда) для придания им комплекса улучшенных свойств. Оценивается возможность использования таких методов для модификации армирующих волокон в фибробетонах.
Во второй главе производится выбор материалов и объектов исследования, принимаются методы проведения работы.
В третьей главе рассматривается изменение гидрофильных характеристик армирующих волокон фибробетонов, как основополагающих, в зависимости от времени и способа их модификации тлеющим разрядом.
В четвертой главе исследуется изменение адгезионных характеристик волокон и волокнистых материалов различного происхождения по отношению к строительным композитам на основе различного вида вяжущих.
Разрабатывается и предлагается способ исследования характеристик сцепления волокон и волокнистых материалов со строительным материалом.
В пятой главе, согласно действующим нормативам, исследуются физико-механические свойства бетонов, армированных модифицированными
химическими и текстильными волокнами различного происхождения и
структуры.
В конце работы проводится анализ полученных результатов
исследований и разработка рекомендаций по обработке органических и
неорганических волокон тлеющим разрядом для использования последних
при армировании бетонных материалов и конструкций.
В приложениях приводятся: анализ экономических показатели фибробетона, армированного модифицированными волокнами, акт принятия к внедрению в промышленность предложенной методики для модификации армирующих волокон при производстве листов на основе гипсового вяжущего.
