Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Литературный обзор 9
1.1. Экономия топливно-энергетических и материальных ресурсов при производстве ячеистых композиционных материалов 9
1.2. Технология получения и свойства ячеистых композиционных материалов, их применение в строительстве 14
1.3. Роль пенообразователя в формировании ячеистой структуры 18
1.4. Физико-механические процессы формировании структуры и свойств ячеистых композиционных материалов 23
1.5. Механизм действия наполнителей и фиброармирования на структуру и свойства ячеистого композиционного материал 30
1.6. Перспективные направления формирования оптимальных структур фиброармирования ячеистых композиционных материалов 33
1.7. Использование методов математического моделирования для решения задач оптимизации состава и технологических режимов получения композиционного материала 43
Глава 2. Объекты, методики и методы исследования 50
2.1. Объекты исследования 50
2.2. Методы и методики исследований 55
2.2.1. Методики испытаний по ГОСТ 55
2.2.2. Физико-механические методы исследований 55
2.2.3. Метод определения гранулометрического состава 55
2.2.4. Метод капиллярного поднятия 56
2.2.5. Метод рентгенографического анализа 56
2.2.6. Метод инфракрасной спектроскопии 57
2.2.7. Метод оптической микроскопии 57
2.2.8. Метод определения гигроскопичности 58
2.2.9. Математическая обработка результатов исследований 58
Глава 3. Исследование влияния защитного покрытия на механические показатели прочности ячеистого композиционного материала 61
3.1. Исследование физико-механических свойств фиброполимербетона,
армированного различными видами волокон 61
3.2, Влияние состава композиции на свойства защитного покрытия 67
Глава 4. Влияние фиброармирования базальтовыми волокнами на структурообразование свойства ячеистого композицион ного материала 74
4.1. Исследование влияния опоки на процесс структурообразования 74
4.2. Исследование влияния фиброармирования базальтовыми волокнами на структурообразование и свойства ячеистого композиционного материала 78
Глава 5. Исследование влияния модифицирующих добавок на процессы структурообразования пенобетонных композиций 108
5.1. Исследование адсорбции модифицированной жидкой фазы на волокнистой поверхности108
5.2. Исследование влияния раствора силиката натрия на процессы твердения и марочную прочность неавтоклавного модифицированного пенополимербетона 111
5.3. Исследование влияния модифицирующей добавки на процессы структуро образования неавтоклавного пенополимербетона 115
Глава 6. Создание математической модели композиционного материала статистико экспернментальнымн методами и оптимизация состава 123
6, К Обоснование и выбор параметров оптимизации и влияющих факторов 123
6.2. Проверка воспроизводимости опытов 125
6.3. Полный факторный эксперимент 129
6.4. Оптимизация симплексным методом 133
6.5. Ортогональное центральное композиционное планирование 136
Основные выводы 143
Список использованной литературы 144
Приложения 158
- Технология получения и свойства ячеистых композиционных материалов, их применение в строительстве
- Метод определения гранулометрического состава
- Влияние состава композиции на свойства защитного покрытия
- Исследование влияния фиброармирования базальтовыми волокнами на структурообразование и свойства ячеистого композиционного материала
Введение к работе
Сложившиеся экономические условия в стране предопределяют НОВЫЙ подход к выбору эффективных строительных материалов для жилищного строительства. Резкое возрастание цен на топливо, минеральные и органические сырьевые материалы, высокая стоимость транспорта отражаются, прежде всего, на самом объемном и крупнотоннажном строительном материале — стеновых изделиях и конструкциях.
Необходимость энергосбережения во всех областях техники потребовала создания и внедрения новых технологий и в промышленности строительных материалов. Одним из перспективных направлений являются работы по совершенствованию производства ячеистых композиционных материалов (ЯКМ). Производство эффективных по теплофизическим параметрам строительных композитов является проблемным ввиду сложности обеспечения стабильной тонкодисперсной ячеистой структуры и высокой прочности, зависящих от ре-цептурно-технологических факторов. Расширение внедрения ЯКМ также сдерживается недостаточностью знаний по влиянию комплекса внешних воздействий на долговечность и надежность конструкций и изделий из них.
Теплоизоляционные и конструктивно-теплоизоляционные строительные изделия из ЯКМ являются одними из перспективных и конкурентоспособных на строительном рынке материалами. Однако удельный объем ячеистых бетонов низкой плотности в структуре теплоизоляционных материалов РФ не превышает 3%, а в балансе стеновых изделий - не более 5%, в то время, как в других странах он значительно выше [1,2].
По известным технологиям ЯКМ на их основе получают на основе кварцевого песка, реже из зол ТЭС или их смесей. При этом для обеспечения требуемой прочности и низкой средней плотности, обязательной в технологии ЯКМ является операция помола кремнеземистого компонента. Установлено, что для гарантированного обеспечения получения ЯКМ с величиной средней плотности 400-500 кг/м3 необходимо использование кварцевого песка с удель-
ной поверхностью 2500-3000 см2/г (удельная поверхность немолотого песка-30-190 см2/г) [3]. На помол песка расходуется электроэнергии до 25 кВт*чУт или в перерасчете на 1м ячеистого бетона - с учетом расхода песка 0,18-1,28 т - 4,5-7 кВт*ч [4]. В связи с этим, актуальной проблемой является разработка новой технологии ЯКМ.
Увеличение прочности при постоянной плотности может быть достигнуто за счет повышения однородности ячеистой структуры и прочности матрицы ЯКМ. В связи с актуальностью проблемы особое значение приобретает разработка эффективной технологии изготовления неавтоклавных модифицированных пенополимербетонов (НМППБ) высокого качества, учитывающая влияние технологических факторов на синтез структуры и их строительно-технологические характеристики.
Одним из рациональных способов в решении данной проблемы может быть фиброармирование ЯКМ волокнистыми добавками. Волокнистая арматура в ЯКМ является тем компонентом, который обеспечивает формирование оптимальной структуры, характеризующейся пониженной проницаемостью и улучшенными эксплуатационными свойствами.
Актуальность темы: Создание современной технологии армированных композитов на основе минеральных вяжущих и отходов промышленности является необходимой и актуальной проблемой науки и техники.
Целью работы является разработка физико-химических закономерностей технологии формирования пенополимербетонных модифицированных композиций и изделий на их основе.
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
- исследование химического и минералогического состава местных материалов и техногенных отходов для применения в технологии ЯКМ и изделий на
их основе;
исследование реологических и технических свойств пенополимербетон-ных смесей различных составов;
изучение влияния фиброармирования на структурообразование пенопо-лимербетонных композитов;
исследование начального структурообразования и свойств ЯКМ оптимальных составов;
построение математической модели НМГШБ;
апробация разработанных композитов в производстве различных строительных изделий и определение их технико-экономической эффективности.
Научная новизна работы состоит в том, что впервые:
обоснована возможность повышения эффективности ЯКМ за счет использования местного сырья и отходов промышленности путем фиброармирования базальтовыми волокнами (БВ) и введения модифицирующей добавки (МД), обеспечивающих формирование устойчивых гидросиликатов кальция и оптимальную структуру;
получены зависимости плотности, прочности и теплопроводности пено-полимербетона от содержания базальтового волокна, силиката натрия и модифицирующей добавки;
установлено влияние базальтовых волокон на текучесть пенобетонной смеси, процесс структурообразования, прочностные и деформативные свойства НМГШБ;
установлена с помощью морфологического анализа зависимость распределения пор по размерам и по форме от вида кремнеземистого наполнителя и состава НМППБ, необходимая для оптимизации структуры материала;
определена зависимость свойств ЯКМ различных составов (прочность, деформативность, плотность, теплопроводность) от технологических параметров;
- создана математическая модель композиционного материала статистико-эксперементальными методами для оптимизации состава.
Практическая значимость работы заключается в том, что доказана технико-экономическая эффективность использования местных материалов и техногенных отходов для получения ЯКМ, а также эффективность армирования его БВ. Изготовленные из разработанных ЯКМ строительные изделия по своим характеристикам превосходят стандартные аналоги и являются конкурентоспособным материалом для строительства малоэтажных строений и зданий с несущим каркасом.
Технология получения и свойства ячеистых композиционных материалов, их применение в строительстве
Ячеистыми бетонами и силикатами называют искусственные каменные материалы, состоящие из затвердевшего вяжущего вещества (или смеси вяжущего и наполнителя) с равномерно распределёнными в нем воздушными ячейками. Известно много типов ячеистых бетонов, отличающихся различными способами получения пористой структуры, видами вяжущего вещества, условиями формования, твердения и т.д.
Ячеистые бетоны подразделяются по способу твердения. Различают ячеистые бетоны естественного и искусственного твердения. Ячеистые бетоны естественного твердения набирают прочность при хранении в обычных атмосферных условиях, а искусственного - при их обработке в условиях повышенных температур под воздействием водяного пара. Ячеистые бетоны подразделяются на автоклавные и неавтоклавные. По назначению и плотности ячеистые бетоны делят на теплоизоляционные с плотностью в сухом состоянии до 500 кг/м3; конструкционно-теплоизоляционные с плотностью 500..900 кг/м и конструкционные с плотностью 900... 1200 кг/м3. По показателям плотности установлено десять марок ячеистого бетона от Д ЗОО до Д1200.
Необходимость энергосбережения во всех областях техники потребовала создания и внедрения новых технологий в промышленности строительных материалов. Одним из перспективных направлений являются работы по совершенствованию производства теплоизоляционных строительных композитов с комбинированной пористой структурой и сокращением затрат на тепло-влажностную обработку.
В практике используются две основные технологии ячеистого бетона. Первая технология - газобетона - характеризуется введением в массу бетона алюминиевой пудры при перемешивании. Вспучивание смеси происходит после разливки бетона в формы. Вторая технология - пенобетона - использует для поризации материала техническую пену, получаемую при введении в массу пенообразователей. В этом случае процесс получения поризованной массы завершается в смесителе. Технологии производства изделий из газо- и пенобетона на всех переделах практически одинаковы и различаются только на стадии приготовления поризованного раствора. Поризация формовочной массы при получении изделий ячеистой структуры может осуществляться следующими с пособами: химическим, механическим, механо-химическим, физическим.
Химический способ пориэации заключается в организации процесса газовыделения в формовочной массе за счет химического взаимодействия исходных компонентов.
Механический способ поризации включает в себя процесс автономного приготовления кремнеземвяжущей растворной смеси и технической пены с их последующим совместным перемешиванием.
Механохимический способ можно отнести к разряду новых, при котором формовочная смесь на первом этапе поризуется за счет введения в ее структуру пены, а затем в поризованнои массе создаются более крупные ячеистые поры за счет газообразователей или другими методами, обеспечивающими получение ячеистой пористости.
Физический способ основан на принципе разрежения в системе раствор-газ, за счет чего мелкие газовые пузырьки объединяются в более крупные, расширяются и поризуют (вспучивают) смесь.
Возможность производства стеновых изделий из ячеистого бетона средней плотностью 400-450 кг/м и менее является вполне реальной при разработке форсированных способов поризации кремнеземвяжущей смеси с применением активных дисперсных минеральных наполнителей и немолотого песка при меньших расходах порообразователей.
Установлено, что при равноценных исходных составах смеси определяющими технологическими параметрами, влияющими на процесс поризации кремнеземвяжущего шлама, являются: при производстве газобетона: текучесть и температура шлама (40-45С), скорость и продолжительность перемешивания, а также способ формования; при производстве пенобетона: устойчивость и кратность пен, способ подготовки пенобетонной массы.
В обеих технологиях для твердения изделий могут использоваться пропарочные камеры или автоклавы.
Несмотря на взаимозаменяемость этих материалов, следует объективно отметить, что структурная прочность автоклавного газобетона на один- два класса (15—25%) выше, чем у неавтоклавного пенобетона. Неавтоклавный пенобетон имеет влажностную усадку, в 2—4 раза превышающую этот показатель у автоклавного газобетона. Естественно, изделия из неавтоклавного пенобетона имеют низкую трешиностойкость, что снижает долговечность строительных изделий и тормозит развитие производства пенобетона, особенно в монолитном строительстве. Перечисленные проблемы являются существенными и до настоящего времени сдерживают производство неавтоклавного пенобетона, так как снижают его конкурентоспособность.
Однако у неавтоклавного пенобетона есть ряд преимуществ перед автоклавным газобетоном. Так, пористая структура пенобетона полностью формируется в очень короткий отрезок времени в условиях интенсивных динамических воздействий (механического перемешивания). Поэтому температура окружающей среды, точность дозировки компонентов, постоянство свойств вяжущего и кремнеземистого заполнителя не оказывают в технологии пенобетона такого большого влияния на конечные свойства материала, как в технологии автоклавных газобетонов. Более того, главный показатель ячеистого бетона — средняя плотность - легко корректируется непосредственно в ходе технологического процесса. Это очень важно при изготовлении ячеистых бетонов на малых предприятиях или на строительной площадке.
Особенностью твердения теплоизоляционного неавтоклавного ячеистого бетона на цементной основе является достаточно высокий саморазогрев изделия в процессе гидратации вяжущего. Расчеты показывают, что массив бетона толщиной 1 м плотностью 400 кг/м3 на бездобавочном цементе и с коэффициентом теплопроводности 0,08 Вт/(м С) способен разогреваться в среднем на 2—3С/ч без учета интенсификации процесса гидратации вследствие саморазогрева и к исходу 1-х суток температура внутри массива может достичь 70СС. С увеличением объема и применением высокоэкзотермичных цементов темпера тура внутри массива может достигать значительно большей величины. Постепенный и длительный разогрев массива устраняет необходимость термообработки изделий для интенсификации твердения и ускоряет их последующую сушку [24].
Приведенные данные указывают, что технология неавтоклавного теплоизоляционного пенобетона имеет достаточно веские аргументы считаться перспективной и энергосберегающей.
Метод определения гранулометрического состава
Гранулометрический состав кремнийорганического наполнителя определялся ситовым анализом, заключающимся в просеивании пробы через набор сит на механическом стенде КМ-1 в течение 15 мин, а затем вручную до просеивания не более 0,2 % в течение 2 мин, и в определении процентного содер жания остатка на каждом сите по отношению к массе исходной пробы. Взвешивание проводилось на весах ВЛТК с точностью до 0,0 1 г.
Метод позволяет оценить способность к смачиванию волокнистых наполнители жидкостями на приборе - катетометр КМ - 8. Принцип работы прибора основан на сравнении измеряемой длины объекта путем последовательного визирования [49].
Образец погружался в различные растворы и с помощью катетометра проводились замеры подъема границы смачивания, с определенным временным интервалом, до установления предельной высоты подъема раствора с точностью ±0,001 мм. По полученным данным строились кинетические кривые смачивания и пропитки в координатах; высота подъема - время наблюдения, и определяли предельную высоту подъема жидкости,
Рентгенографические методы анализа широко используются для изучения структуры, состава и свойств строительных материалов. Сущность методов заключается в изучении дифракционной картины, получаемой при отражении рентгеновских лучей атомными плоскостями в структуре кристаллов.
Прессованные таблетки диаметром 10мм и толщиной 1мм (для этого исследуемые образцы размалывали, а за тем прессовали в таблетки) исследовали с помощью рентгеновского дифрактометра «ДРОН-0,5» в интервале брэггов-ских углов 20, равном 4-35. В качестве источника рентгеновских лучей использовали трубку с кобальтовым анодом. Скорость съемки ионизационной рентгенограммы составляла 1/мин. Межплоскостные расстояния 4&. выражали в ангстремах А (1А = Ю см).
Расшифровку рентгенограмм производили по данным предварительного теоретического расчета штрих - диаграмм американской картотеки ASTM.
ИК-спектры записывали на спектрометре ФСМ-1201. Для этого 1мг исследуемого образца прессовали в таблетки с Змг КВг, помещали в кювету и снимали ИК-спектры в интервале длин волн 4000 - 400см"1.
Средний диаметр БВ определялся при помощи микроскопа МБИ-6, снабженного окуляр-микрометром, по стандартной методике.
Для определения испытания отбиралось несколько небольших проб предназначенного для испытания волокна, которые препарировальной иглой переносились на предметное стекло и ею же разъединялись на отдельные волокна. Из этих волокон отделялись наиболее характерные и ровные, и предметное стекло с этим волокном переносилось на столик микроскопа.
Установив шкалу окулярного микрометра перпендикулярно оси волокна, определяли число делений шкалы, соответствующее диаметру. Зная цену деления линейки, рассчитывают диаметр волокна в микронах. Измерение диаметра проводится в одном месте каждого волокна.
Диаметр элементарного волокна определялся как среднее арифметическое из 100 измерений.
Микроскопические исследования сколов образцов проводились на микроскопе МИМ -7 в прямом свете, с увеличением 8,3 и 10,5. Съемку проводили на пленку «Konica» с чувствительностью 200.
Задачей испытания на гигроскопичность является определение максимально возможного поглощения материалами влаги из воздуха.
Для испытания на гигроскопичность из БВ изготовлялись шесть плоских образцов размером 150x50x50мм весом 6г. Изготовленные образцы высушивались в сушильном шкафе при температуре 105 С до постоянной массы и взвешивались с точностью до 0,01г.
Высушенные образцы загружались в заполненный водой эксикатор в один ряд так, чтобы они не соприкасались друг с другом, со стенками эксикатора, и не касались слоя воды. Эксикатор закрывался крышкой, края которого для герметизации смазывались тавотом.
Наблюдение за влагонасыщением образца осуществлялось путем периодического взвешивания образцов с точностью до 0,01г в течение 60 суток через 1, 3, 7,15,20, 25,30, 34, 40, 50 и 60 суток..
Для расчета погрешностей определений использовали методы математической статистики [135]. Для оценки точности прямых измерений определяли следующие критерии. Из п определений вычисляли среднее значение величины (среднее арифметическое) Находили отклонение отдельных измерений от арифметического среднего а, = ,- (2.4) Определяли среднюю квадратичную погрешность измерений Проверку пригодности результатов измерений проводили по t-критерию Стьюдента для надежности Р=0,95. Расчетное значение критерия Стьюдента определяли по формуле где хт - результат, вызывающий сомнение. Результат считается грубой ошибкой и исключается из выборки, если tp Определяли относительную погрешность Сравнение средних результатов разных серий измерений проводили по Т-критерию, который рассчитывали следующим образом где Xi, Х2 - средние значения результатов сравниваемых серии; П],П2 -количество измерений в каждой серии соответственно; s - определяли по формуле где Si, S2 - среднеквадратичные погрешности для каждой серии измерений соответственно. Далее находили число степеней свободы По таблице находили значение Т (р, к) при заданной надежности Р=0,95. Расхождение средних значений считалось неслучайным с надежностью Р, если [Т[ Т(р,к). В противном случае расхождение средних значений
Влияние состава композиции на свойства защитного покрытия
Особенности» создаваемые фиброармированием, необходимо учитывать при проектировании состава фибробетоиов. Однако обзор отечественной и зарубежной литературы позволил установить, что в настоящее время состав фибробетоиов чаще всего определяется экспериментально, либо принимается по аналогии с применявшимися ранее составами. Исключение составляют работы, где использованы частные методики подбора состава сталефибробетона и фиб-ропенобетона [17,23,24, 32,45].
Структура мелкозернистого фибробетона считается оптимальной, если обеспечена плотная упаковка составляющих и равномерное распределение волокон по объёму матрицы, а цементного теста достаточно для заполнения пустот между зернами заполнителей, создания на их поверхности прослойки цементного теста. Оптимальность структуры оценивали с помощью следующих критериев: коэффициента эффективности фибрового армирования Кэфф, равного отношению прочности фибробетона к прочности бетона-матрицы; коэффициента расхода цемента Кр.ц,, равного удельному расходу цемента на единицу прочности фиброполимербетона; коэффициента использования фибровой арматуры КИИ1 вычисляемого по формуле: где Щ, R„, Ra - предел прочности соответственно фибробетона, бетона-матрицы и дисперсной арматуры; кх - коэффициент ориентации волокон; ц-коэффициент объемного насыщения матрицы [12]. Проведённые теоретические и экспериментальные исследования позволили сформулировать ряд общих требований к проектированию составов фиб-робетонов: - необходимо обеспечить плотную упаковку составляющих, гарантирующую заданные свойства фибробетоиов при минимально возможном расходе цемента и волокон; - бетон матрицы должен иметь достаточную прочность сцепления с во локнами для создания структурноединого материала и более полного использо вания прочностных характеристик волокон и обеспечивать надёжную защиту дисперсной арматуры от коррозии; - подобранная фибробетонная смесь должна обладать заданной удобоукладываемостью, соответствующей принятой технологии изготовления изделіШ.учетом этих требований подбор состава осуществляется в два этапа. Первоначально определяется состав бетона-матрицы по существующим инст руктивный документам, а затем производится корректировка состава с целью оптимизации структуры и свойств фибробетона. В основе существующих инструктивных документов по проектированию состава бетона лежит принцип, согласно которому в бетоне оптимальной структуры цементного теста должно быть достаточно для заполнения пустот между зернами заполнителей и создания на их поверхности прослоек цементного теста.
В результате диссертационных исследований установлено, что удельный расход цементного теста в фибробетоне может быть рассчитан по формуле: г см. где Кп - коэффициент, характеризующий влияние дисперсной арматуры на пустотность заполнителей в бетоне-матрице; / - толщина слоя цементного теста на поверхности заполнителей в фибробетоне, определяемая по формуле: Удельная поверхность смеси песка с дисперсной арматурой определяется как сумма удельной поверхности песка, рассчитываемой по формуле А.С. Ла-динсного, и удельной поверхности волокон. Удельная поверхность дисперсной арматуры может быть найдена, если известны её геометрические характеристики (длина и диаметр волокон) и коэффициент армирования. При этом в зави симости от вида армирующих волокон, их удельная поверхность должна рассчитываться по различный формулам, учитывающим специфику волокон. На основании проведенных исследований был рассчитан коэффициент Кп , характеризующий влияние волокон на пустотность исходных заполнителей. На рис. 3 и 4 представлены графики, позволяющие определять коэффициент Кп для асбестоцементных и базальтовых волокон в зависимости от степени насыщения.
В качестве основного критерия эффективности предлагаемой методики было принято разрушающее напряжение при сжатии и при изгибе, как наиболее полно характеризующее свойства фибробетонов. Результаты представленые на рис.5 и 6, определяли величину разрушающего напряжения при изгибе.
Стремление исследователей получить фибробетонные композиции с максимальными прочностными характеристиками и высокими показателями по долговечности привели к тому, что расход цемента довольно высок, более
бООкг/м3, так как за счет цементной составляющей обеспечивается надежное сцепление наносимого слоя с основанием.
Исследование влияния фиброармирования базальтовыми волокнами на структурообразование и свойства ячеистого композиционного материала
Применение кремнеземистых наполнителей значительно изменяет структуру ЯКМ в результате уменьшения размера пор и снижения микротрещин. В результате химического взаимодействия активированного наполнителя с гид-роксидом кальция, образующимся при гидратации цемента, возникают наиболее устойчивые гидросиликаты кальция, которые существенно влияют на перераспределение воды в цементном композите, что ведет к изменению поровой структуры, снижению количества капиллярных пор, а также повышению стойкости.
При изучении зависимости плотности пенобетонной смеси от содержания цементного вяжущего, наполнителя, фиброармирования, енообра-зователя, воды было установлено, что при увеличении содержания цементного вяжущего и БВ плотность пенополимербетонной смеси увеличивается.
Было проведено исследование начального структурообразования пенобетонной смеси. Для изучения влияния объема пены на период формирования начальной структуры пенобетона была принята дозировка пенообразователя в водном растворе 1%. Начальное водоцементное отношение цементного теста (В/Ц)=0,64.
На текучесть пеномассы оказывает влияние добавка БВ. Было изучено влияние расхода фибры (в интервале 0-380 г/м3) на текучесть пенополимербе-тонных композитов, которая определялась по вискозиметру Сутгарда. Установлено, что при увеличении расхода фибры текучесть пенополимербетона снижается. Например, при расходе фибры 380 г/м3 текучесть пеномассы снизилась на
19%. Была определена водопотребность фибры в пенополимербетоне в зависи-мости от ее расхода (в интервале 300-380 г/м ) при равноподвижных смесях, при постоянном отношении объем пены: объем цементного теста - 1:1.
Установлено, что при увеличении расхода БВ водопотребность повышается. Например, при увеличении расхода фибры с 300 г/м3 до 380 г/м3 водопотребность повысилась на 16,3%.
Введение БВ оптимальной длины / = 20 мм снижает усадочные деформации неавтоклавного ЯКМ и увеличивает прочность на сжатие на 34%.
ЯКМ используются для строительства в различных климатических условиях из-за превосходных термических свойств и небольшой массы. Однако при изменении влажности в данных изделиях наблюдаются усадка и растрескивание.
Образцы блоки изготавливали по разработанной технологии, максимально приближенной к производственной (см. приложение), размерами 20,0x20,0x50,0 см из которых были вырезаны призмы размерами 6,0x6,0x18,0 см, параллельные заливке в формы. Свойства используемого материала приведены в табл.13. Исследуемые призмы тестировались циклично, включая периоды сушки и увлажнения. Перед сушкой образцы полностью насыщались водой (до постоянной массы). Период высыхания длился 4-5 дней.
Образцы высушивались при температуре 80-85 С в камере для сушки. Измерения были проведены через 4-5 часов после охлаждения в нормальных условиях при содержании воды менее 3-5%. При вышеуказанных условиях измерялись масса и линейные размеры образцов с максимальной погрешностью по массе до 0,5 г и по линейным размерам до 0,01%. Поверхности образцов тщательно осматривались с целью контроля наличия трещин.
Усадка (єі) была вычислена как разница в длине образцов во влажном и сухом состоянии. Разбухание (бц) было вычислено как разница в сухом и насыщенном состоянии образцов. Разница между усадкой и набуханием (в каждом цикле) дает конечную деформацию (вздутие).
На основании анализа экспериментальных данных можно отметить две характерные фазы изменений объема. Первая фаза: увлажнение - при насыщении материала влагой свыше 3-5% изменения в объеме небольшие, при этом первичные линейные размеры полностью восстанавливаются. Вторая фаза: высыхание - содержание влаги от 3-5% до 0%, деформации значительно увеличиваются вплоть до конечных деформаций (разбухания). Трещины, обнаруженные при первом цикле, увеличиваются, приводя к конечному послойному разрушению материала в 6-м цикле (рис. 8). Для образцов с фиброармированием за весь срок (150 суток) изменений в объеме не зафиксировано.
Для изучения влияния физико-химического взаимодействия компонентов неавтоклавного ЯКМ на формирование его структуры был применен метод инфракрасной спектроскопии. 3410 см"1 — валентные колебания молекул воды, связанных водородной связью с поверхностными гидроксилами или с адсорбированными молекулами воды.
