Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Структурообразование, технология получения, свойства и применение в строительстве композиционных строительных материалов 9
1.1. Структурообразование композиционных строительных материалов 9
1.2. Составы и свойства композитов на основе жидкого стекла 16
1.3. Области применения композитов на жидком стекле и технология изготовления 28
1.4. Выводы по главе 1 36
ГЛАВА 2. Цель и задачи исследований. Применяемые материалы и методы исследований 37
2.1. Цель и задачи исследований 37
2.2. Применяемые материалы 37
2.3. Методы исследований 40
2.4. Выводыпоглаве2 46
ГЛАВА 3. Расчетно-теоретическое обоснование получения композитов каркасной структуры с применением технологии роликового уплотнения 47
3.1. Основы теории структурообразования каркасных композитов на основе жидкостекольных связующих 47
3.2. Теоретические предпосылки формирования структуры бетонов методом безвибрационного роликового уплотнения 51
3.3. Выводы по главе 62
ГЛАВА 4. Получение и оптимизация силикатных матричных составов для каркасных бетонов 63
4.1. Исследование структуры матричных композиций посредством регеноструктурного анализа 63
4.2. Исследование влияния содержания инициатора твердения на прочностные свойства композитов 67
4.3. Исследование влияния природы и количественного содержания наполнителей на свойства композитов 69
4.4.. Оптимизация зернового состава наполнителей матричных композитов на основе жидкого стекла 77
4.5. Химическое сопротивление матричных композитов 80
4.6. Выводы по главе 4 84
ГЛАВА 5. Получение и исследование каркасов и каркасных бетонов роликового формования 85
5.1. Оптимизация гранулометрического состава заполнителей и исследование долговечности каркасов 85
5.2. Прочность и жесткость каркасных бетонов на комплексных связующих 88
5.3. Химическое сопротивление каркасных композитов 97
5.4. Исследование плотности и динамической прочности каркасных бетонов 99
5.5. Выводы по главе 5 102
ГЛАВА 6. Технология получения, производственное внедрение и экономическая эффективность каркасных композитов роликового формования на основе жидкого стекла 103
6.1. Оптимизация технологии изготовления материалов и изделий на основе композитов каркасной структуры 103
6.2. Технология изготовления покрытий полов 111
6.3. Технология изготовления трехслойных изделий на основе каркасных бетонов роликового формования 115
6.4. Технико-экономическая эффективность 118
6.5. Выводыпоглаве6 123
Основные выводы 124
Список литературы 126
Приложения 141
- Составы и свойства композитов на основе жидкого стекла
- Теоретические предпосылки формирования структуры бетонов методом безвибрационного роликового уплотнения
- Исследование влияния природы и количественного содержания наполнителей на свойства композитов
- Прочность и жесткость каркасных бетонов на комплексных связующих
Введение к работе
Актуальность темы. При проектировании производственных и сельско-
хозяйственных зданий и сооружений всегда существует проблема выбора ма
териалов для изготовления строительных изделий и конструкций. В связи с
тем что в современном промышленном производстве неотъемлемыми факто
рами являются агрессивные среды, задача выпуска долговечных и эффектив
ных материалов, способных обеспечивать длительную и надежную работу
конструкций и сооружений в агрессивных средах, является чрезвычайно ак-
туальной. Одним из радикальных способов повышения долговечности мате-
i-f риалов и изделий является применение композитов на полимерном вяжущем.
В то же время известно, что растворы и бетоны на основе жидкого стекла об
ладают высокой стойкостью к действию кислот, что позволяет использовать
силикатные и полимерсиликатные композиты в условиях агрессивного воз
действия большинства концентрированных минеральных и органических ки
слот, стоимость же их в 2 - 3 раза меньше, чем полимербетонов. Более широ
кое применение данных композитов в условиях воздействия агрессивных
ф сред сдерживается тем, что они имеют недостаточно высокую прочность,
^ слабо устойчивы к воздействию воды и разбавленных кислот. Также сущест-
вуют проблемы получения низкопористых плотных изделий при укладке и уплотнении высоконаполненных силикатных и полимерсиликатных композитов.
В последнее время одним из эффективных направлений дальнейшего со
вершенствования строительных композитов является получение и внедрение
материалов каркасной структуры. Технология их производства включает
предварительное создание каркаса путем склеивания зерен заполнителя друг
Ф с другом с последующим заполнением пустот матричными составами. Такая
,4. технология позволяет максимально наполнить бетоны крупным заполните-
лем. В настоящее время получены эффективные каркасные бетоны на поли-
' мерных, цементных, полимерцементных и серных связующих. Эффект при
получении каркасных бетонов повышенной плотности может быть достигнут
Afi за счет использования для заполнения пустот каркаса высоконаполненных
матричных композиций с применением вяжущего на основе жидкого стекла. Сложность получения высокоплотных кислотоупорных силикатных растворов и бетонов обусловливается значительной их вязкостью, даже при содержании в жидком стекле значительного количества воды, что усложняет заполнение пустот каркасов матричными составами без силового воздействия.
г»* На наш взгляд, перспективным представляется способ заполнения пустот
каркаса матрицей методом безвибрационного роликового уплотнения, при котором может быть достигнуто повышение плотности и улучшение физико-механических и эксплуатационных характеристик получаемых материалов и изделий.
Цель и задачи работы. Целью настоящей работы является экспериментально-теоретическое обоснование приемов и методов получения каркасных композитов с применением безвибрационного роликового формования на жидкостекольных связующих.
Задачи исследований состоят в следующем.
Разработать технологию изготовления изделий на основе каркасных композитов методом безвибрационного роликового формования.
Разработать модель формования каркаса и заполнения его пустот матричными составами при помощи безвибрационного роликового уплотнения.
Оптимизировать составы каркасов по гранулометрическому составу для композитов роликового формования на жидкостекольном вяжущем.
Оптимизировать составы матричных композитов по показателям прочности, жесткости и долговечности.
Получить количественные зависимости изменения физико-
механических свойств матричных композитов на основе жидкого
,-у:; стекла при воздействии агрессивных сред.
Подобрать эффективные добавки для композитов на силикатном вя
жущем, позволяющие улучшить их физико-технические показатели.
Научная новизна. Разработана математическая модель технологии по
лучения композитов каркасной структуры на жидкостекольных связующих
методом безвибрационного роликового уплотнения. Выявлены количествен-
*- ные зависимости изменения физико-технических свойств композитов на ос-
нове жидкого стекла при выдерживании их в агрессивных средах от основ-ных рецептурных и структурообразующих факторов.
Практическое значение работы заключается в разработке составов силикатных бетонов с улучшенными физико-техническими свойствами и технологии производства каркасных строительных изделий с применением безвибрационного роликового уплотнения, пригодных для изготовления покрытий полов и стеновых панелей для производственных и сельскохозяйственных зданий и сооружений.
Апробация работы. Результаты исследований докладывались на следующих внутривузовских, всероссийских и международных конференциях:
Всероссийской конференции «Экологические проблемы биодеграда
ции промышленных, строительных материалов и отходов произ
водств» (Пенза, 1998 г.);
Международной научно-практической конференции «Современное строительство» (Пенза, 1998 г.);
VI академических чтениях РААСН «Современные проблемы строительного материаловедения» (Иваново, 2000 г.);
VII академических чтениях РААСН «Современные проблемы строи-тельного материаловедения» (Белгород, 2001 г.);
Всероссийской научно-технической конференции, посвященной памяти академика В. И. Соломатова, «Современное строительство» (Саранск, 2003 г.);
Всероссийской научно-технической конференции, посвященной 40-летию строительного факультета Мордовского университета, «Актуальные вопросы строительства» (Саранск, 2002 г);
Всероссийской научно-технической конференции, посвященной 150-летию со дня рождения академика В. Г. Шухова, «Современные технологии строительных материалов и конструкций» (Саранск, 2003 г.);
Международной научно-практической конференции «Современное строительство» (Пенза, 2003 г.).
Публикации. По материалам выполненных исследований опубликовано 10 работ.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, шести глав, выводов, списка использованной литературы из 180 наименований, изложена на 149 листах машинописного текста, содержит 40 рисунков, 9 таблиц.
Диссертационная работа выполнена на кафедре строительного производства Мордовского государственного университета имени Н. П. Огарева.
Автор благодарит к.т.н. доцента А. М. Асташова за консультации по отдельным разделам диссертации и сотрудников кафедры строительного производства Мордовского государственного университета за техническую помощь при завершении работы.
Составы и свойства композитов на основе жидкого стекла
Основным компонентом КМ является связующее вещество, которое под воздействием воды, отвердителей переходит из жидкого или тестообразного состояния в твердое. Для изготовления КСМ используется большая группа неорганических и органических связующих, выбираемых с учетом условий эксплуатации и требований к изделиям. Интенсификация строительства сопровождается непрерывными поисками более совершенных строительных КСМ. Примером таких поисков могут служить работы последних лет по улучшению свойств бетонов с помощью жидкого стекла.
Жидкое стекло было известно еще средневековым алхимикам (1520 г), однако практическое применение оно не имело. В 1648 г приготовлением растворимого стекла и изучением его свойств занимался Иоганн Глаубер. В 1783 г Гайдон-де-Мерво получил растворимое стекло сплавлением тонкоизмельченно-го песка с водой. Практическое применение натриевое жидкое стекло нашло только после опубликования работ Иоганна Фукса [177], получившего растворимое стекло сплавлением смеси кварцевого песка, соды и угля (1818 г). Им же было получено и калиевое растворимое стекло сплавлением кварцевого песка с поташом. Фукс предложил использовать жидкое стекло для самых различных целей: уплотнения естественных и искусственных пористых каменных материалов, составления фресковых красок, в качестве клеящего вещества, мыловарения и т.д. История возникновения и развития промышленности кислотоупорных материалов на основе жидкого стекла в нашей стране относится к 1930-му году. До 1929 г кислотоупорный цемент у нас не выпускался, его ввозили из-за границы (преимущественно типа «Hochst», представляющего собой смесь кремнеземистого материала, элементарного кремния и кремнефтористого натрия). В 1929 г П. Н. Григорьев и И. И. Сильвестрович [29] предложили рецептуру кислотоупорного цемента, состоящего из 96 мас. ч инертного каменного наполнителя, 4 мае. ч. кремнефтористого натрия затворяемого жидким стеклом. По своему качеству этот цемент не уступал заграничному. В 1933 г Брянский цементный завод начал выпуск кислотоупорного цемента марок КЦ и КЦВ, разработанных Н. П. Степичевым [145, 147]. Кислотоупорный цемент марки КЦ представлял собой продукт совместного помола инертных кремнеземистых пород плотного строения с активными кремнеземистыми веществами, массовое содержание которых составляло не менее 10 %. Сухая смесь затворялась жидким стеклом. Кислотоупорный водостойкий цемент марки КЦВ отличался от цемента марки КЦ только тем, что в его состав вводилось 0,5 % льняного масла или 2,5 церезита.
Композиции на основе щелочных силикатов изучались в дальнейшем М. А. Матвеевым (1951-1956 гг), К. А. Поляковым (1952 г), Е. А. Климановой (1957-1960 гг), И. Е. Путляевым (1973-1975) [104, 115], В. И. Соломатовым (1965 - 2001 гг) [92,115, 93] и другими авторами.
За рубежом композиции на основе жидкого стекла исследовались в основном по линии фирменных лабораторий и различных патентных заявок. Многие исследования в этом направлении проведены фирмой «Hochst» в ФРГ. Там, в частности, изучались силикатные композиции с добавкой полимеров. Согласно проспектам этой фирмы, на основе щелочных силикатов можно получать кислотостойкие, водостойкие и умеренно стойкие к щелочам замазки. В некоторых случаях вместо растворов жидкого стекла рекомендуется применять порошкообразные силикаты натрия или калия, а затем сухую смесь затворять водой или водными растворами полимеров. Рекомендуются также составы набухающих силикатных замазок, стойкие к щелочам. Для их затворения рекомендуется использовать водные растворы поливиниловых эфиров (в том числе по-ливинилацетата) или сополимеров винилового эфира и метилольных производных полиалкиламида [173,176].
Имеются разработки по улучшению составов на основе жидкого стекла в Англии, Франции, США, а также в странах народной демократии [177, 178]. В этих публикациях преимущество отдается калиевому жидкому стеклу.
Нашедшие применение в период 50-60-х годов кислотоупорные материалы на основе жидкого стекла стали применяться в связи с развитием антикоррозионной техники. И сегодня, несмотря на разработку новых видов коррозио-ностойких материалов - специальных видов сталей, полимерных композитов: замазок, полимербетонов, стеклопластиков и т. д., композиционные материалы на основе жидкого стекла не потеряли своего значения. Это связано с тем, что полимерные материалы дороги, дефицитны, требуют больших трудозатрат, отдельные виды обладают повышенной токсичностью. Кислотоупорные материалы на жидком стекле лишены этих недостатков [90, 117, 61,148].
Силикатный бетон состоит из жидкого стекла, кремнефтористого натрия и не менее чем из трех фракций заполнителя (щебень, песок и мука). Компоненты силикатного бетона подбираются исходя из наименьшего расхода жидкого стекла при условии оптимальной плотности и удобоукладываемости.
Жесткие составы рекомендуется применять для изготовления полов, фундаментов и т. п. Для тонких, сильноармированных конструкций необходимо повысить расход тонких фракций и соответственно стекла до отношения 1:1: 1: 1 по массе (щебень : песок : мука : жидкое стекло) с расходом стекла 400 -450 кг/м3.
По аналогии с уже широко известным полимерцементом появилось и по-лимерсиликатное связующее. Полимерсиликатами называют материалы, в которых в качестве вяжущего (связующего) применяют жидкие стекла (натриевое или калиевое) и кислотоотверждающиеся органические соединения (мономеры или олигомеры). Полимерсиликаты — усовершенствованная модификация силикатов, композиций на основе жидкого стекла [104].
Теоретические предпосылки формирования структуры бетонов методом безвибрационного роликового уплотнения
Заполнение порового каркаса матрицей отождествляется с фильтрацией вязкой жидкости в пористой среде. Ее способность пропускать через себя жидкость зависит от диаметра пор, вязкости, поверхностного натяжения и краевого угла смачивания жидкости. Диаметр пор математически вычисляется по методике определения пористости грунтов [113, 159]. Для этого крупный заполнитель в каркасе рассматривается как фиктивная (пористая) среда, где принимаются зерна шарами одинакового диаметра.
Второй фактор, влияющий на процесс заполнения пустот каркаса, - реологические параметры матрицы, где определяющую роль играют вязкость и рас-лаиваемость [56]. Вязкость характеризуется внутренним трением, возникающим между частицами или слоями под действием внутренних сил. По механическим свойствам, а также агрегатному состоянию пропиточные системы можно разделить: бесструктурные (свободнодисперсные), структурные (связанные) и жесткие. В нашем случае были использованы структурные матрицы (высоко-наполненные). Структура в структурированных системах обуславливается наличием концентрации твердой фазы. К структурным системам относятся и другие многофазные системы, такие как эмульсии и аэрированные жидкости.
При установившейся структуре дисперсные системы неподвижны и не текучи, чтобы такие системы вывести из равновесия, требуется приложить определенное усилие (тт). Моделью вязкопластичных (неньютоновских или бинга-мовских тел) жидкостей является следующее реологическое уравнение: где г/0 - вязкость ненаполненной системы; р- объемная доля наполнителя; п, а и /? - коэффициенты. Жесткие смеси - переход структурных смесей в результате повышения содержания наполнителя и снижение жидкой фазы. Жесткие смеси относятся к категории материалов, имеющих пространственный каркас и характеризуемых прочностью, упругостью, пластичностью и вязкостью. В отличие от смесей, уплотняемых традиционным вибрированием, у данных смесей вязкие и пластические связи проявляются значительно слабее. В процессе уплотнения под действием прессующего давления жестких смесей, формирование структуры, включающих твердую, жидкую и газообразную фазы, происходит в результате разрушения относительно малопрочных связей между составляющими компонентами рыхлонасыпного материала с последующим перемещением и переупаковкой твердых частиц и образованием новых связей между ними. При сближении частиц или их агрегатов происходит отжатие из системы воздуха и жидкой фазы. Направление миграции влаги определяется силами гравитации, характером напряженного состояния и структурными характеристиками материала.
Анализ имеющихся литературных данных по безвибрационному роликовому способу уплотнения [125, 130] свидетельствует об актуальности разработки технологии изготовления плитных конструкций, полов в промышленных зданиях и изделий из бетона полученных методом роликового формования.
Для заполнение каркасов матричным составом принято применять метод вибрирования или вибрирование с пригрузом. Вибрирование структурированных систем на наш взгляд менее эффективно, нежели роликовое уплотнение. В результате роликового уплотнения структура не расслаивается и, сохраняя структуру, переуплотняется в более плотную с наилучшими свойствами и с наименьшими дефектами.
Рассматриваемые нами составы предлагаются для изготовления стеновых панелей и полов в промышленных и животноводческих зданиях. В этой связи считаем метод безвибрационного роликового уплотнения более целесообразным и эффективным. Применяя, данную технологию исключается расслаивание смеси, снижаются энергозатраты, достигается получение более плотного поверхностного слоя.
Таким образом, технология каркасного бетона может быть усовершенствована методом безвибрационного роликового уплотнения, как самого каркаса, так и при заполнении его пустот матричным составом. При данном способе появляется возможность использования жестких матричных составов для каркасов и матриц, что соответственно позволит значительно повысить плотность рабочей поверхности изделий.
Существующие в настоящее время способы уплотнения жестких бетонных смесей в основном сочетают применение вибрации с одновременным механическим воздействием, например: вибрирование с пригрузом, виброштампование, вибропрессование, вибропрокат, вибропротяжная технология и т.д. [119]. Подавляющее большинство опубликованных в литературе работ посвящены изучению процесса уплотнения бетонной смеси, формирование ее структуры для различного вида вибрационных воздействиях [31, 35, 68, 121, 119, 130, 1154,166].
Одним из перспективных направлений является, формирование бетона методом роликового уплотнения. Применяемые при роликовом способе уплотнения жесткие бетонные смеси относятся к категории материалов имеющих пространственный каркас и характеризуемых прочностью, упругостью, пластичностью и вязкостью [86, 101]. Процесс формирования таких бетонных смесей по безвибрационной роликовой технологии во многом аналогичен процессу уплотнения грунтового основания дорожного полотна катком с гладкими вальцами. Поэтому, при изучении механизма уплотнения жестких бетонных смесей полностью обосновано использование некоторых положений, разработанных в механике грунтов (Цытович Н. А. [161], Гольдштейн М. Н. [26], Харр М. Е. [157]), и в теории дорожного строительства (Калужский Я. А. [53], Хархута Н. Я., Коротин О. Ю. [62] и др.).
Описывая процесс уплотнения под действием прессующего давления, как жестких бетонных смесей, так и грунтов, автор в работе [62] отмечает, что формирование структуры подобных систем включающих твердую, жидкую и газообразную фазы, происходит в результате разрушения относительно малопрочных связей между составляющими компонентами рыхлонасыщенного материала с последующим перемещением и переупаковкой твердых частиц и образованием новых, более прочных, связей между ними. При сближении частиц или их агрегатов происходит обжатие из системы воздуха и жидкой фазы с тонкодисперсными частицами микронаполнителя и заполнителя. Направление миграции влаги определяется силами гравитации, характером напряженного состояния и структурными характеристиками материала.
В начальный период, процесс уплотнения характеризуется преимущественным развитием необратимых деформаций, величина которых при последующем многократном повторении циклических прессующих воздействий постепенно уменьшается, и, в конечном счете, становится незначительной. Одновременно, упругие свойства материала увеличиваются за счет повышения прочности его межкомпонентных связей.
Исследование влияния природы и количественного содержания наполнителей на свойства композитов
Дифрактограмма состава с пиритными огарками (рис. 4.3) отличается спокойным фоном на всех углах дифракции, наличием мощного пика Fe20, значительным уменьшением интенсивности пиком фазы Si02. Очевидно данный наполнитель, не способствуют протеканию химических реакций, ведущих к упрочнению материала.
Дифракционная картина четвертого состава содержит линии всех фаз, в том числе и Na2SiF6, однако относительные небольшие интенсивности позволяет предположить наличие значительного количества мелкодисперсных фаз, образующихся (или содержащихся в исходных компонентах) в процессе твердения. Наличие большого количества дифракционных максимумов различных фаз, имеющих близкие значение межплоскостных расстояний и как следствие, наложение их друг на друга, не позволяет однозначно идентифицировать их принадлежность к конкретным фазам.
При добавлении незначительного количества машинного масла (рис. 4.5), по всей видимости, процессы, приводящие к упрочнению состава (защитное дейст вие) протекают быстрее, о чем и свидетельствует интенсивность основных дифракционных максимумов фазы Si02. Кроме того, присутствующее в составе машинное масло препятствует появлению мелкодисперсных кристаллических фаз образующихся в процессе твердения, поглощая часть интенсивности дифра-гировнных лучей этих фаз, о чем говорят более спокойный фон на дифракто-грамме состава в промежутках между дифракционными максимумами.
Таким образом, данные регеноструктурного анализа позволяет сделать предположение о том, что процесс твердения силикатных композитов идет в основном за счет взаимодействия жидкого стекла с кремнефтористым натрием (Na2SiF6). Минеральные добавки и отработанное машинное масло в той или иной мере способствуют увеличению прочности композита видимо за счет улучшения структуры. Полученные результаты в дальнейшем были использованы при оптимизации составов связующих для каркасных бетонов.
Для прохождения необходимой реакции, способствующей выделению из щелочных гидросиликатов геля кремнезема, который обладает цементирующими свойствами, в состав кислотоупорных композиций вводятся химические реагенты, которые и связывают свободную щелочь в соответствующую соль. Эти добавки нельзя рассматривать как катализаторы или ускорители твердения кислотоупорных бетонов. Они являются необходимой составляющей композиции на основе жидкого стекла, которые без данных химических реагентов или недостаточном их количестве не будут обладать водостойкостью. Именно по этому следует называть химические добавки, вводимые состав кислотоупорных бетоне, не катализаторами (или ускорителями) твердения, а инициаторами твердения. Количество инициаторов твердения - солей должно соответствовать стехиомет-рическому соотношению в реакции данной соли с силикатом натрия или калия.
Нами исследовалось влияние инициатора твердения на свойства композитов, при этом были выполнены опыты при проведении которых, в качестве связующего использовали силикат натрия, как более распространенное вяжущее в строительном производстве. В качестве инициатора твердения применяли крем-нефтористый натрий Na2SiFt5в виде технического продукта 1-го или 2 -го сорта. Технический продукт содержал 90-95 % чистого кремнефтористого натрия. Из литературных данных следует, что оптимальная потребность кремнефтористого натрия составляет 15-17 м. ч. на 100 м. ч. жидкого стекла (силикатного связующего), что больше стехиометрического соотношения, но при содержании инициатора в данных пределах композиции на основе жидкого стекла более водостойки, а также происходит повышение прочностных характеристик материала на их основе. При определении требуемого количества отвердителя было рассмотрено два варианта. В первом варианте в жидкое стекло не вводился наполнитель, его роль выполнял сам кремнефтористый натрий; во втором случае на полнителем служил кварцевый песок фракции 0,16-0,315 мм. Составы матриц были приняты следующие: жидкое стекло - 100 м.ч., кремнефтористый натрий -13-22 м.ч. (первый вариант); жидкое стекло - 100 м.ч., кварцевый песок - 225 м.ч., кремнефтористый натрий - 15 - 21 м.ч. (второй вариант). Образцы изготавливались в виде кубиков с размерами граней 20x20x20 мм, отверждение образцов происходило в нормальных температурно-влажностных условиях в течение 28 суток, после чего они испытывались. Результат испытаний приведен на рисунке 4.6 и 4.7.
Прочность и жесткость каркасных бетонов на комплексных связующих
Каркасные композиты, в отличие от композитов получаемых путем обычного смешивания компонентов, можно изготавливать на основе комплексных связующих, когда для каркаса и матрицы применяются различные, порой даже не совместимые при непосредственном перемепшвании связующие. При этом за счет такого объединения в композите различных связующих можно достигнуть существенного эффекта. Например, при применении каркасов на цементном связующем в сочетании с силикатной матрицей достигается снижение ползучести и прочности. Путем применения полимерных каркасов можно повысить прочность и долговечность. За счет использования битумных каркасов -улучшить диэлектрические свойства, а также уменьшить стоимость получаемого материала.
В этой связи оптимизация и исследование свойств каркасных композитов на каркас их с различными связующими и жидкостекольными матрицами имеет важное значение.
В каркасе, для каждой пары связующее - заполнитель должно соблюдаться их оптимальное соотношение. При содержании связующего больше оптимального количества, излишки, будут стекать с заполнителей на дно формы, а также заполнять поровое пространство и тем самым затруднять заполнение пустот матричным составом; при недостаточном же его количестве характерно некачественное обволакивание зерен крупного заполнителя и как следствие снижение прочностных характеристик каркаса.
К пропиточным матрицам каркасных композитов должны предъявляться требования в части соотношения размеров их наполнителей с размерами заполнителей каркаса, а также вязкости смеси.
Зная размер заполнителей каркаса и толщину пленки связующего на поверхности зерен, допустимую величину крупности наполнителей для пропиточной матрицы подбирается по формуле (3.1). Предельная допустимая вязкость для матриц в случае применения каркаса на гранитном щебне фракции (5 - 10 мм) не должна быть меньше 15-20 см2, в противном случае матрица зависает в верхней зоне каркаса. Для каркасных композитов важным является снижение вязкости наполненных матриц, что позволяет повысить степень наполнения пропиточных композиций и тем самым снизить расход дорогостоящих связующих. Для снижения вязкости пропиточных матриц могут быть применены известные способы модифицирования поверхности наполнителя, различные пластифицирующие добавки.
Улучшить качество пропитки возможно при помощи использования различных методов пропитки. Так в работе [56] показано, что погружение каркаса в матричный состав позволяет повысить качество и сократить сроки пропитки.
Образцы из каркасного композита, провибрированные во время пропитки в течение 10 с на вибростоле, показали повышение прочности при сжатии на 15 % по сравнению с не вибрированными. На наш взгляд перспективным методом формирования каркаса и последующего заполнения его пустот является роликовое уплотнение. Данный метод фактически не рассматривался при формировании каркасного бетона, но как показывает практика, его применение при изготовлении жестких бетонных смесей является более эффективным. В данных исследованиях рассмотрено применение данного метода при изготовлении каркасов и заполнении их пустот матричными составами.
Составы каркасов и пропиточных матриц нами были приняты на основе анализа предыдущих работ. В качестве клея каркаса в экспериментах были использованы: портландцемент М400; эпоксидные смолы марок ЭД-16, ЭД-20; битум марки БН-60/90 и жидкое натриевое стекло. Заполнителем служил гранитный щебень фракций 5-10 мм. При изготовлении каркасов на цементном, битумном, эпоксидном и жид-костекольном связующих, наиболее предпочтительным является способ, разработанный С. М. Ицковичем, применительно к технологии изготовления цементных крупнопористых бетонов [50]. По данному способу сначала заполни 90 тель замешивается с заведомо большим количеством вяжущего. Затем смесь подвергается кратковременной обработке на вибросите для отделения излиш ков связующего, которое возвращается для повторного применения, а остав шаяся на вибросите смесь используется для получения крупнопористого бето на. Этот способ позволяет получить каркасную смесь с оптимальным содержа нием связующего. В наших испытаниях мы использовали в качестве заполни теля гранитный щебень, который размешивался с заведомо большим количест вом связующего, затем масса подвергалась вибрированию на сите в течение 10 с, после чего оставшаяся смесь взвешивалась, и определялось требуемое ко личество связующего.
