Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Современные представления и основные принципы получения высокопрочных дисперсно-армированных бетонов 10
1.1. Многокомпонентность как фактор обеспечения полифункциональных свойств бетона 10
1.2. Зарубежный и отечественный опыт применения дисперсно-армированных бетонов 14
1.3. Требования к материалам и основные принципы получения высокопрочных дисперсно-армированных бетонов 21
1.4. Влияние рецептурно-технологических факторов на свойства дисперсно-армированного бетона 42
Выводы по главе 1 45
ГЛАВА 2. Материалы и оссобенности технологии получения дисперсно-армированных бетонов 47
2.1. Характеристика исходных материалов 47
2.2. Особенности технологии приготовления высокопрочных дисперсно-армированных бетонов 53
2.2.1. Влияние процедуры введения стальных волокон в бетонную смесь 54
2.2.2. Процедура введения синтетических волокон в бетонную смесь 57
2.2.3. Методика обработки синтетических волокон 58
2.3. Методика формования опытных образцов и физико-
механических испытаний 59
Выводы по главе 2 63
ГЛАВА 3. Формирование структуры цементного камня с модифицирующими добавками различного функционального назначения .. 64
3.1. Сравнительная оценка влияния водоредуцирующих добавок на кинетику набора прочности цементного камня 65
3.2. Тонкоизмельченные реакционно-активные горные породы в составе цементных композиций 71
3.3. Комплексное влияние реакционно-активных микронаполнителей и суперпластификатора на реологические и физико-механические свойства цементного камня 78
3.4. Высокоэффективные гидрофобизаторы для цементных
композиций 85
Выводы по главе 3 92
ГЛАВА 4. Влияние армирующих элементов на формирование прочности и физико-механические показатели дисперсно-армированного бетона 95
4.1. Сравнительный анализ влияния вида и содержания армирующих элементов на прочность фибробетона 95
4.2. Влияние способа обработки синтетических волокон на прочность фибробетона 106
Выводы по главе 4 108
ГЛАВА 5. Эксплуатационные свойства дисперсно-армированного бетона 110
5.1. Водопоглощение бетона с гидрофобизирующими добавками 110
5.2. Усадка высокопрочного сталефибробетона. 113
5.3. Влияние степени армирования и длины армирующих элементов на ударную прочность фибробетона 121
5.4. Ударная вязкость высокопрочного дисперсно-армированного бетона 127
5.5. Технико-экономические и экологические аспекты использования модифицирующих добавок в технологии дисперсно-армированных бетонов 128
Выводы по главе 5 132
Основные выводы 134
Библиографический список... 137
Приложения
- Многокомпонентность как фактор обеспечения полифункциональных свойств бетона
- Особенности технологии приготовления высокопрочных дисперсно-армированных бетонов
- Сравнительная оценка влияния водоредуцирующих добавок на кинетику набора прочности цементного камня
- Сравнительный анализ влияния вида и содержания армирующих элементов на прочность фибробетона
Введение к работе
Актуальность работы. Последние десятилетия XX века характеризовались значительными достижениями в строительной отрасли. Высокие темпы современного высотного строительства зданий с новыми уникальными архитектурными формами, возведение специальных особо нагруженных сооружений, резервуаров для хранения газов и жидкостей, покрытий дорог и аэродромов, защитных элементов и др. потребовали разработки новых эффективных высококачественных бетонов с улучшенными эксплуатационными свойствами.
Актуальным направлением получения высококачественных цементных бетонов, отличающихся более широким спектром функциональных возможностей, является использование комплексных многокомпонентных добавок, сочетающих в себе индивидуальные добавки различного функционального назначения. Многокомпонентность комплексных добавок и, как следствие, многокомпонентность бетонной смеси позволяет эффективно управлять процессами структурообразования на всех этапах технологии приготовления бетона и получать бетон с различными высокими эксплуатационными свойствами. При этом требуемые технологические свойства бетонной смеси и эксплуатационные свойства бетона обеспечиваются высокими функциональными свойствами самих компонентов и их комбинацией.
С появлением высокопрочных бетонов стало возможным новое «рождение» высокопрочного дисперсно-армированного фибробетона, сочетающего в себе высокоплотную и высокопрочную цементную матрицу с армирующими элементами.
Однако из анализа научных работ следует, что в отечественной практике производства высокопрочных дисперсно-армированных бетонов не преследуется цель использования в них высокопрочных матриц классов В 100 и более, снижения содержания дисперсной арматуры с 5.. .7 до 1.. .3% и приме-
нения супер- и гиперпластификаторов нового поколения, способствующих значительному снижению расхода воды в бетонных смесях.
В настоящих исследованиях в качестве компонентов комплексных модификаторов высокопрочного дисперсно-армированного бетона предлагаются тонкодисперсные добавки - наполнители с высокими пуццоланическими свойствами на основе молотых техногенных отходов камнедробления природных материалов в сочетании с супер- и гиперсуперпластификаторами и армирующими волокнами.
Дисперсное армирование позволяет модифицировать бетон на двух уровнях: микроуровне - уровне цементной матрицы и макроуровне - уровне цементного бетона. Двухуровневое дисперсное армирование бетона рассматривается как эффективное средство повышения прочности при сжатии и растяжении, а также трещиностойкости и ударной вязкости.
Диссертационная работа выполнялась в соответствии с научно-технической программой Минобразования России «Научные исследования высшей школы по приоритетным направлениям науки и техники» по подпрограмме «Архитектура и строительство» на период 2000-2004 гг.
Цель и задачи исследования. Целью диссертационной работы является экспериментально-теоретическое обоснование и разработка методологических и технологических аспектов получения многокомпонентных высокопрочных дисперсно-армированных бетонов с улучшенными эксплуатационными свойствами, модифицированных добавками различного функционального назначения.
В соответствии с поставленной целью определены следующие задачи:
- разработка методологических и технологических аспектов создания
высокопрочных бетонов с двухуровневым дисперсным армированием его
структуры;
- изучение особенностей технологии приготовления дисперсно-
армированных бетонов;
.7
оценка влияния добавок различного функционального назначения в отдельности и в их совокупности на свойства цементных композиций;
изучение реакционно-химической активности, вида, степени дисперсности и дозировки порошков горных пород, как составной части цементной матрицы на микроуровне, и установление их влияния на реологические и физико-механические свойства цементных композиций;
оценка влияния вида армирующих элементов и параметров армирования на физико-механические и эксплуатационные свойства дисперсно-армированного бетона;
- разработка оптимальных составов высокопрочного дисперсно-
армированного бетона с улучшенными эксплуатационными свойствами.
Научная новизна работы. Научная новизна определяется решением проблемы получения высокопрочного дисперсно-армированного бетона с улучшенными эксплуатационными свойствами путем модифицирования его структуры добавками различного функционального назначения в сочетании с армирующими волокнами.
Из числа исследуемой совокупности добавок различного функционального назначения выявлены наиболее эффективные порошкообразные реакционно-активные минеральные наполнители, супер- и гиперпластификаторы.
Установлена оптимальная дозировка гидрофобизаторов и реакционно-активных наполнителей, обеспечивающая в комплексе с суперпластификатором получение высокоплотной и высокопрочной цементной матрицы.
Выполнен сравнительный анализ влияния вида волокон и параметров дисперсного армирования на прочность при сжатии и на растяжение при изгибе, ударную вязкость и трещиностойкость дисперсно-армированного бетона. Обоснована оптимальная степень армирования, не превышающая 1,0...1,5% от массы сухих компонентов бетонной смеси, при прочности бетона до 100 МПа.
Установлено, что сочетание высокоплотной и высокопрочной цементной матрицы с армирующими элементами обеспечивает получение высокопрочного дисперсно-армированного бетона прочностью на растяжение при изгибе не менее 16...18 МПа при прочности на сжатие 100... 110 МПа.
Экспериментально выявлены зависимости в системе «рецептурно-технологические факторы - параметры структуры - ударная прочность» дисперсно-армированного бетона. Предложено математическое описание ударной прочности высокопрочного дисперсно-армированного бетона в зависимости от степени армирования и длины армирующих элементов.
На основании сравнительного анализа установлена эффективность использования в качестве фибр стальных волокон для дисперсно-армированного бетона, характеризуемого повышенными показателями сопротивления удару, ударной вязкости и трещиностойкости.
Практическая значимость работы:
обоснована возможность эффективного использования реакционно-активных дисперсных наполнителей, в том числе на основе промышленных отходов камнедробления, с целью получения высококачественных дисперсно-армированных бетонов с улучшенными физико-механическими и эксплуатационными свойствами;
разработаны оптимальные составы дисперсно-армированного бетона, удовлетворяющие высоким требованиям по прочности на сжатие и растяжение при изгибе, ударной вязкости и трещиностойкости;
предложены тонкоизмельченные реакционно-активные наполнители на основе природных горных пород, взамен клинкерной составляющей цемента, что позволило расширить сырьевую базу минеральных модификато-ров бетона, снизить себестоимость 1 м бетона и частично решить экологическую проблему, связанную с использованием значительных объемов отсевов камнедробления и снижением выбросов углекислого газа в атмосферу.
Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы представлялись и докладывались на Международных и Всероссийских научно-практических конференциях: Юбилейной Международной научно-технической конференции «Композиционные строительные материалы. Теория и практика» (Пенза, 2004 г.), «Бетон и железобетон» (Ростов-на-Дону, 2004 г.), «Актуальные вопросы строительства» (Саранск, 2004 г.), Всероссийской научно-практической конференции «Градостроительство, реконструкция и инженерное обеспечение устойчивого развития городов Поволжья» (Тольятти, 2004 г.), Академических чтениях РААСН «Современное состояние и перспектива развития строительного материаловедения» (Самара, 2004 г.), Международном симпозиуме по строительным материалам КНАУФ для СНГ «Современное высотное строительство. Эффективные технологии и материалы» (Москва, 2005 г.), Академических чтениях РААСН «Достижения, проблемы и перспективные направления развития теории и практики строительного материаловедения» (Казань, 2006 г.).
Публикации. По результатам проведенных исследований опубликовано 17 научно-технических статей, в том числе 1 депонированная монография (в журналах по списку ВАК 4 работы).
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав, основных выводов, списка использованной литературы из 194 наименований. Содержит 156 страниц машинописного текста, в том числе 30 рисунков, 32 таблицы, 3 приложения.
Работа выполнена на кафедре технологии бетонов, керамики и вяжущих Пензенского государственного университета архитектуры и строительства под руководством доктора технических наук, профессора Демьяновой B.C.
Автор выражает глубокую благодарность научному консультанту доктору технических наук, профессору, заслуженному деятелю науки РФ Калашникову В.И. за помощь при подготовке и выполнении работы.
Многокомпонентность как фактор обеспечения полифункциональных свойств бетона
В последние годы во всех индустриально развитых странах расширяется производство высококачественных бетонов. Под высокопрочными бетонами понимаются все виды бетонов различного функционального назначения, которые по показателям свойств соответствуют или превышают наиболее высокие качественные критерии, регламентируемые стандартами различных стран. В отличие от обычного бетона марок 300-600, высокопрочный бетон обладает уникальными свойствами. Он может гармонично сочетаться с окружающей средой, иметь неограниченную сырьевую базу, низкую стоимость по сравнению с равнопрочной сталью и несравненно высокую долговечность с последней. К этому следует добавить высокую архитектурно-строительную выразительность, сравнительную простоту и доступность технологии, возможность широкого использования местного сырья и утилизации техногенных отходов, малую энергоемкость и экологическую безопасность. Именно поэтому такие бетоны станут основными суперконструкционными материалами в будущем.
Получение высококачественных бетонов различного функционального назначения достигается модифицированием его структуры различными органическими и минеральными добавками. Вводимые в незначительных количествах модифицирующие добавки оказывают влияние на процессы гидратации и кристаллизации, морфологию новообразований и, в целом, на структуру затвердевшего цементного камня, изменяя, тем самым, свойства бетона -прочность, пористость, водонепроницаемость, усадку, трещиностойкость и т.д. Номенклатура применяемых добавок очень обширна. Многие из них специфичны, то есть, воздействуя на одни характеристики бетона, они практически не изменяют другие. Актуальным направлением в получении высоко прочных цементных бетонов, отличающихся более широким спектром функциональных возможностей, является использование комплексных добавок, сочетающих в себе индивидуальные добавки различного функционального назначения. Многокомпонентность комплексных добавок и, как следствие, многокомпонентность бетонной смеси позволяет эффективно управлять процессами структурообразования на всех этапах технологии приготовления бетона и получать бетон с различными высокими эксплуатационными свойствами. При этом требуемые технологические свойства бетонной смеси и эксплуатационные свойства бетона обеспечиваются высокими функциональными свойствами самих компонентов и их комбинацией.
Современные высококачественные бетоны (ВКБ) сочетают в себе большой спектр бетонов различного функционального назначения: высокопрочные и ультравысокопрочные [184], самоуплотняющиеся [179], высококорро-зионностойкие [188], реакционно-порошковые бетоны (Reaktionspulver beton - RPB или Reactive Powder Concrete - RPC) [178]. Эти виды бетонов удовлетворяют высоким требованиям по прочности на сжатие и растяжение, тре-щиностойкости, ударной вязкости, износостойкости, коррозионной стойкости, морозостойкости.
Переход на новые виды современных бетонов обусловлен высокими достижениями в области пластифицирования бетонных и растворных смесей и появлением наиболее активных пуццолановых добавок - микрокремнеземов, дегидратированных каолинов и высокодисперсных зол. Сочетание суперпластификаторов и, особенно гиперпластификаторов на поликарбоксилатной и полигликолиевои основах позволяет снизить водоцементное отношение до 0,24...0,28 и получать сверхтекучие цементно-минеральные дисперсные системы и бетонные смеси.
В настоящее время номенклатура тонкодисперсных наполнителей высокопрочных бетонов значительно расширена. В их числе предложено использовать измельченные отходы металлургической и энергетической промыш-ленностей, кварцевые пески, известняки и карбонаты, доломиты, имеющиеся практически во всех регионах страны. В настоящее время научно доказано, что использование таких добавок особенно эффективно в комплексе с суперпластификаторами и армирующими элементами.. В последние годы при производстве высококачественных бетонов реали зуется концепция использования реакционно-активных мономинеральных и полиминеральных тонкодисперсных порошков на основе горных пород. Ис пользование таких порошков ознаменовало появление нового класса бетонов, так называемые Reaktionspulverbeton [187]. Такие бетоны являются много компонентными, количество компонентов в них может достигать 7-9 на именований. В них отсутствуют крупный заполнитель, а мелкий заполнитель - это особо мелкие пески фракции не более 0,125 - 0,8 мм. Доля каменной реакционно-активной муки в таких бетонах составляет 40-50% от массы це мента при содержании микрокремнезема до 15 - 22%. Водоцементное отношение не превышает 0,09-0,12. Эти бетоны могут быть охарактеризованы как тонкозернистые порошковые бетоны. Содержание воды в тонкозернистых бетонах существенно снижается за счет высокого водоредуцирующего действия суперпластификатора в дисперсных системах. Водоредуцирующее действие в некоторых тонкодисперсных порошках может достигать значительных величин (1000 - 1500%), т.е. расход воды при одинаковой гравитационной текучести в дисперсных системах может быть снижен в 10-15 раз по сравнению с обычными суспензиями [67].
Особенности технологии приготовления высокопрочных дисперсно-армированных бетонов
При проведении экспериментальных исследований использовались промышленные цементы марки ПЦ - 500ДО ОАО "Вольскцемент" (г, Вольск, Саратовская область) и ПО "Осколцемент". Кроме промышленных цементов использовался цементный клинкер ПО «Вольскцемент» с 6%-ой дозировкой гипсового камня. Физико-механические характеристики цемента и клинкера, установлены в соответствии с ГОСТ 10178-85 и представлены в табл. 2.1.
В качестве мелкого заполнителя использовался песок из карьера Георгиевского переката реки Волги с Мкр = 2,5. Данный песок прошёл радиационный контроль и разрешён для всех видов использования. Техническая характеристика песка, установленная в соответствии с ГОСТ 8736-93, представлена в табл. 2.2. В соответствии с ГОСТ 8736-93 используемый песок по со держанию пылевидных и глинистых частиц относится к 1 классу, а по крупности - к группе песков «средний».
В качестве крупного заполнителя использовался габбро-диаритовый щебень фр. 5-Ю, удовлетворяющий требованиям ГОСТ 8267-97. Испытания крупного заполнителя проводились согласно ГОСТ 8269-97. Техническая характеристика габбро-диаритового щебня представлена в табл. 2.3.
Модифицирование бетонных смесей и бетона осуществлялось комплексными добавками, сочетающими в себе индивидуальные добавки различного функционального назначения и обеспечивающими получение высокопрочного бетона с улучшенными эксплуатационными свойствами.
В качестве пластифицирующих добавок при проведении экспериментальной части работы использовались: СП С-3 на основе нафталинсульфо-кислоты и формальдегида, выпускаемый Новомосковским химическим комбинатом органического синтеза в соответствии с ТУ 6-36-020429-625, Melflux 164IF производства фирмы «SKW Polymers» (Германия) и Romics фирмы «Romics» (Германия) - на поликарбоксилатной основе, Melflux PP100F фирмы «SKW Polymers» - на основе полиэтиленгликоля. Из группы СП на мила-миновой основе использовались суперпластификатор Peramin FP(SMF-IO) производства Perstorp (Швеция) и Melment F-10 (Германия).
Отечественный суперпластификатор С-3 - это разжижитель бетонных смесей, добавка в виде водного раствора концентрации 30-35%, а также в виде сухого порошка. Продукт не изменяет своих свойств при нагревании и замораживании до температуры -40С, рН среды составляет 4-6.
Из группы на основе полиэтиленгликоля использовалась добавка Melflux PP100F фирмы «SKW Polymers» (Германия).
Из группы на поликарбоксилатной основе применяли Melflux 164IF производства фирмы «SKW Polymers» (Германия) и СП Romics (Швеция). Добавки фирмы «SKW Polymers» являются суперпластификаторами и раз жижителями, принцип действия которых основывается на рассеянии статических зарядов и пространственной стабилизации частиц вяжущего вещества, что приводит к их высокоэффективному диспергированию и дефлокуля-ции и, как следствие, значительно увеличивает подвижность пластифицированного раствора при значительном снижении водопотребности. Механизм действия поликарбоксилатов обусловлен не электростатическим отталкиванием, а сильным стерическим затруднением взаимодействия гидратирую-щихся цементных частиц за счет объемистых боковых цепей адсорбированных на них молекул полимера. При синтезе таких продуктов появляется уникальная возможность направленного регулирования свойств добавок-модификаторов. Следует заметить, что при синтезе поликарбоксилатных суперпластификаторов реальная длина боковых цепей устанавливается в результате компромисса между необходимостью достижения максимально возможной диспергирующей способности полимера и сохранением его растворимости в воде. Последняя в свою очередь зависит от таких взаимоисключающих факторов, как природа и содержание в полимерной цепи ионо-генных групп, молекулярная масса и химический состав полимера, длина боковых цепей и их химическая природа.
Для снижения водопоглощения цементного камня, как составляющей бетона, при длительном экспонировании в воде использовались порошкообразные металлические мыла с высокой удельной поверхностью и повышенными водоотталкивающими свойствами: олеат натрия СібНззСО(Жа, стеара-ты кальция (Сі7Нз5СОО)2Са и цинка (СпНзбСОО п (табл. 2.4).
Сравнительная оценка влияния водоредуцирующих добавок на кинетику набора прочности цементного камня
Из многочисленных достижений науки о бетоне наиболее значимыми оказались те, которые углубили представления о процессах, происходящих на микроуровне и способствующих улучшению основных характеристик бетона, - прочности, деформативности и долговечности. Среди них - научное обоснование процессов гидратации цемента и формирования его структуры в присутствии модифицирующих добавок различного функционального назначения.
С появлением суперпластификаторов и высокодисперсных кремнезем-содержащих материалов техногенного происхождения и их совместным применением в технологии приготовления цементных бетонов произошел значительный прогресс. Оптимальное сочетание указанных добавок-модификаторов, а при необходимости совмещение с ними в небольших количествах других органических и минеральных материалов позволяет управлять реологическими свойствами бетонных смесей и модифицировать структуру цементного камня на микроуровне с целью придания бетону свойств, обеспечивающих высокую эксплуатационную надежность конструкций. Только после создания пластифицирующих добавок, позволяющих снизить водопотребность более чем на 25...30%, появились такие материалы, как High Performance Concrete, под которыми подразумеваются бетоны высокой и сверхвысокой прочности, низкой проницаемости, повышенной коррозионной стойкости и долговечности. Принятая международным сообществом концепция высококачественных бетонов (High Performance Concrete, НРС) определила основные критерии качества бетона с прогнозируемыми сроками службы свыше 100 лет.
Использование супер- и гиперсуперпластификаторов увенчало многолетнюю тенденцию «химизации» бетона. Воздействуя на процессы формирования структуры, особенно на начальной (коагуляционной) стадии, пласти фицирующие добавки изменяют реологические свойства цементной системы, способствуют сокращению ее водопотребности, что в дальнейшем отражается на параметрах кристаллизационной структуры. Благодаря суперпластификаторам изменились традиционные представления о бетоне и технологии его производства. ГОСТ 24211-91 «Добавки для бетонов. Общие технические требования» регламентирует разделение водоредуцирующих добавок по эффективности на четыре группы: слабо-, средне-, сильнопластифицирующие и суперпластификаторы, специально приготовленные на основе высокомолекулярных поверхностно-активных веществ, активно участвующих в процессах гидратации, структурообразования и твердения цементных систем. При этом последние должны обеспечивать снижение водопотребности не менее чем на 20%.
Введение модифицирующих добавок водоредуцирующего действия в сочетании с другими органоминеральными добавками является одним из эффективных технологических, доступных и универсальных способов получения высококачественного бетона. Высокие эксплуатационные свойства бетона обеспечиваются как многокомпонентностью его состава, так и высокими функциональными свойствами самих компонентов. Особая роль в обеспечении эксплуатационных свойств бетона отводится сегодня сочетанию модифицирующих добавок с дисперсно-армирующими и армирующими элементами [50, 54].
В качестве водоредуцирующих добавок при исследовании использовались различные виды пластификаторов, суперпластификаторов и гиперсу-перпластификаторов, отличающихся по строению молекул, составу и механизму действия. В качестве суперпластификатора использовались широко известная отечественная добавка С-3 на основе нафталинсульфокислоты и формальдегида, выпускаемая Новомосковским химическим комбинатом органического синтеза в соответствии с ТУ 6-36-020429-625, и германский суперпластификатор Melment F-10 на меламин-формальдегидной основе. Из группы СП на сульфонатмеламиновой основе применялись высокофункциональные суперпластификаторы Peramin FP (SMF-10) и (SMF-30) производства Perstorp (Швеция).
Пластификаторы (С-3, Melment F-10) представляют собой полианионные поверхностноактивные вещества, состоящие из СНФ - сульфонафталинфор-мальдегида (С-3) и СМФ - сульфомеламинформальдегида (Melment F10) (рис. 3.1).
Сравнительный анализ влияния вида и содержания армирующих элементов на прочность фибробетона
Известно, что цементные бетоны, обладая высокой прочностью при сжатии, имеют сравнительно низкую прочность при растяжении и изгибе. С целью исключения этого недостатка используются различные способы, одним из которых является дисперсное армирование бетона волокнистыми материалами как органического, так и неорганического происхождения.
Необходимость и возможность использования в бетонах широкой номенклатуры волокон связана со следующими объективными условиями: - бетоны на основе минеральных вяжущих имеют низкую прочность при растяжении; - материалы в форме волокон при диаметре менее 1 мм обладают в 10..Л00 раз большей прочностью при растяжении, чем они же, но существующие в форме некоего объема; - современные технологии получения волокон из стекла, металлов, полимеров и т.д. обеспечивают технико-экономическую целесообразность применения волокон в строительстве.
Дисперсная арматура (фибра) отличается от остальных компонентов бетонной смеси своей формой. Частицы минерального вяжущего и заполнителя имеют условно шарообразную форму, которая во всех координатах трехмерного пространства характеризуется постоянством размеров. У фибры один из размеров не менее чем в 10 раз больше остальных двух. Эта особенность, с одной стороны, обеспечивает улучшение конструкционных свойств бетона, а с другой - создает сложности при распределении фибры и способствует дефектной поризации смеси в том случае, когда нарушено соответствие параметров рецептуры и технологии. Обеспечение дисперсности и равномерности распределения фибры в достаточных с точки зрения механических свойств количествах весьма сложно из-за способности волокон к агрегации [116,117]. Важнейшими параметрами, влияющими на возможность получения фибробетонов оптимальной структуры, являются: - порядок введения компонентов; - геометрические параметры фибры и соотношения lid; - способ перемешивания смесей.
Не все волокна отвечают требованиям, которые предъявляются к ним в качестве армирующих элементов для получения высококачественного бетона с улучшенными эксплуатационными свойствами. Прежде всего необходимо учитывать такие показатели, как прочность, деформативность, химическая стойкость армирующего материала, коэффициент линейного расширения, а также его адгезию к бетону.
Для оценки влияния вида и дозировки армирующих волокнистых материалов на прочность бетона были использованы два вида волокон: стальная фибра в виде коротких отрезков тонкой стальной проволоки и волокна на основе полипропилена. Эти армирующие элементы различны по своим свойствам. Наиболее эффективной в конструкционном отношении является стальная фибровая арматура, модуль упругости которой в 6 раз превышает модуль упругости бетона. Синтетические волокна на основе полипропилена характеризуются повышенной деформативностью. Модуль упругости таких волокон составляет не более 1А модуля упругости обычных бетонов. В связи с этим волокна из пропилена вряд ли могут выполнять роль эффективной несущей арматуры для бетонов. Применение синтетических волокон в качестве дополнительного конструкционного армирования, позволяет предотвратить повреждения и выколы бетонов при транспортировке и монтаже конструкций, частично повысить ударную прочность, сопротивление истиранию. Таким образом, эффективность работы волокон в конструкциях в значительной мере должна определяться степенью их деформативности. В связи с этим, в настоящей работе использованы волокна двух типов: низкомодульные (полипропиленовые) с характерным для них большим относительным удлинением при разрыве и высокомодульные (стальные). В первом случае при армировании следует ожидать, в основном, повышения ударной вязкости бетона, во втором может быть достигнуты также увеличение прочности бетона при растяжении, жесткость и сопротивление динамическим воздействиям.
Влияние вида и дозировки синтетических волокон. Для оценки влияния вида и дозировки полиамидного волокна на прочность бетона были использованы три вида волокон диаметром d = 20 мкм, отличающихся соотношением lid: длиной 6 мм с // =37,5, длиной 12 мм, для которых IId=15, и длиной 18 мм с // /=112,5. Технология получения фибробетона изложена во 2 главе. Приготовление фибробетона производили в следующей последовательности. В раствор ПАВ (С-3 + SMF в количестве 0,48% + 0,32% от расхода цемента) вводили волокно и перемешивали в лабораторном смесителе с вертикальным валом в течение 40-80 с. В распушенное таким образом волокно добавляли цемент и вновь осуществляли перемешивание до получения однородной суспензии. Затем в полученную суспензию добавляли заполнитель в соответствии с принятой дозировкой. Расход материалов на 1 м3 бетонной смеси составлял: цемент - 564 кг, песок - 564 кг, щебень - 1310 кг, суперпластификатор - 1% от массы цемента. Водоцементное отношение контрольного состава без пластификатора составляло - 0,4, а с суперпластификатором - 0,27, при этом осадка конуса бетонной смеси достигала 4-6 см.
