facebook
twitter
vk
instagram
linkedin
google+
tumblr
akademia
youtube
skype
mendeley
Page translation
 

ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ СТЕКЛОВОЛОКНА С ЦЕМЕНТНЫМ КАМНЕМ

ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ СТЕКЛОВОЛОКНА С ЦЕМЕНТНЫМ КАМНЕМ
Boris Batalin, full professor

Perm National Research Polytechnic University, Russia

Championship participant: the National Research Analytics Championship - "Russia";

УДК 691.328.43

В статье приведен обзор  существующих методов определения щелочестойкости стеклянных волокон в цементных бетонах. Предложена  новая методика исследования процесса взаимодействия волокна с цементоным камнем, позволяющая определять не только изменение диаметра волокна и прочности композиции, но и исследовать структуру, химический и фазовый состав продуктов взаимодействия волокна с твердеющим цементом.

Ключевые слова: дисперсное армирование, цемент, стеклянное волокно, коррозионная стойкость, определение щелочестойкости

The paper presents a review of existing methods for determining the alkali resistance of glass fibers in cement concretes. A new technique for the study of the interaction of fiber cement stone, allowing to define not only the change in diameter of the fiber and composition strength, but also to investigate the structure, chemical and phase composition of the reaction products of fiber cement hardening

Keywords: particulate reinforcement, cement, glass fibers, corrosion resistance, alkali resistance determination

 

Применение стекловолокна  для дисперсного армирования бетонов считается одним из эффективных методов повышения трещиностойкости бетонов. [1]. Однако в большинстве случаев препятствием для широкого применения  такого способа является низкая стойкость  стекловолокна к воздействию щелочной среды.  Возникновение щелочной среды  в твердеющем бетона происходит как за счет присутствия в исходном цементе щелочных оксидов и  свободной извести, так и за счет гидролиза силикатов кальция  при твердении бетонной смеси. [2].

Исследование процесса взаимодействия стекловолокна с цементным камнем ранее было проведено Аслановой М.С. и  Зак А.Ф.  [3, 4] При  этом авторы использовали различные экспериментальные модели  системы «твердеющий бетон-стекловолокно». Так, в работе [3] описано исследование такой модели, представлявшей собой кипячение мстекловолокна в растворе щелочи. В этом случае о степени коррозии стекловолокна судили по изменению его диаметра. В [4] волокно вводили в растворные образцы-балочки  при их формовании и определяли  изменение прочности образцов при растяжении в зависимости от времени в, сравнении с такими же образцами без волокна. Было высказано предположение, что продукты взаимодействия волокна с щелочной средой на границе раздела сред вокруг волокна образуют оболочку. При этом адгезия этой оболочки к волокну ниже, чем к цементному камню, поэтому при растяжении образца волокно легко отделяется от оболочки и  не работает как армирующий элемент структуры.

Перечисленные выше модели исследования щелочестойкости стеклянных волокон имеют ряд недостатков. Так, при кипячении волокон невозможно определить, что собой представляют продукты взаимодействия между известью, щелочами и стеклом. Аналогично во втором способе при испытании балочек, увидеть и исследовать изменения, происходящие в составе и структуре композиции, не представляется возможным.

Нами был предложен способ  исследования взаимодействия стекловолокна с твердеющим цементом, который дает возможность наблюдения  выщелачивания волокна непосредственно в цементной среде с использованием образцов-вкладышей. Достоинства данного метода заключаются в том, что: становится возможным проследить за изменениями самого волокна и  увидеть продукты его взаимодействия со  средой с помощью электронного микроскопа.

Для эксперимента  использовали стеклянное волокно химический (элементный) состав, которого определял с помощью рентгеноэлектронной спектроскопии. (табл. 1)

Электронная микрофотография волокна показана на рис. 1.

 Рис. 1. Электронная микроотография стеклянного волокона до взаимодействия с цементной средой

На  подготовительном этапе проведения эксперимента необходимо изготовить образцы-вкладыши, которые в дальнейшем будут помещены в цементное тесто при формовании. Изготавливать образцы-вкладыши необходимо, приклеивая распушенные волокна к полиэтиленовой пластинке, необходимого размера. На стадии формования данный вкладыш помещается к стенке формы волокнами наружу и заливается цементным тестом. (Рисунок 2). После необходимого срока твердения формы распалубливают и вкладыш отделяют от цементного образца. Поверхность волокна после непосредственного контакта с цементным раствором подвергают  химическому и электронномикроскопическому анализу.

Рис. 2. а) – образец-вкладыш; б) – распалубленный образец-кубик с вкладышем.

Нами было исследовано 2 вида волокна с наименьшим и наибольшим показателем степени связности кремнекислородного каркаса. Анализ поверхности волокна проводили после взаимодействия с цементной средой в течение 7, 14 и 28 суток. При осмотре поверхности волокна на оптическом микроскопе при 320-кратном увеличении видно, что за 28 суток взаимодействия диметр волокон почти не изменился, а на поверхности волокна появились новообразования спутанно-волокнистой структуры. Для более детального анализа необходимо было провести химический анализ поверхности волокна после контакта с цементным тестом 28 суток. Пример такого анализа приведен в табл. 2; На рис. 3 показаны элекронномикоскопический снимок волокон в том же возрасте

Таблица 2.

Элементный состав стекловолокна С5 до и после контакта с цементной средой.

Исходное волокно

Волокно после контакта с цементной средой

Элемент

%

Элемент

%

О

51.08

О

54.49

Na

0.74

Mg

0.78

Mg

0.87

Al

2.67

Al

8.51

Si

8.13

Si

21.62

S

2.13

K

0.33

K

0.41

Ca

16.85

Ca

30.20

-

-

Fe

1.19

 

Рис. 3.  Структура поверхности стеклянного волокна С5 после контакта с цементной средой в течение 28 суток.

Судя по химическому составу, эти новообразования представляют собой гидросиликаты, гидроалюминаты и гидроферриты кальция, то есть обычные новообразования, характерные продукты твердения цемента.

Структура новообразований спутанно-волокнистая войлокоподобная.

На других снимках видно, что новообразования легко отделяются от поверхности волокна (рис. 4.)

Таким образом, разработанный способ наблюдения за процессом взаимодействия стекловолокна с твердеющим цементом позволяет сделать предположение, что  введение неустойчивого к выщелачиванию стекловолокна в качестве армирующего компонента едва ли целесообразно.

Рис. 4. Поверхность стекловолокна после взаимодействия с цементным камнем. Видно легко отделившуюся оболочку из новообразований

В то же время, исходя из наблюдаемого характера структуры и состава продуктов взаимодействия стекла с цементным камнем, можно предположить, что добиваться повышения щелочестойкости волокна так же нецелесообразно.

Имеет смысл вводить в состав бетона тонкоизмельченное исходное стекло в виде добавки. В этом случае, подбирая состав стекла и и его количество в составе бетона, можно сформировать наиболее выгодную с точки зрения механики разрушения спутанно-волокнистую структуру цементного камня. Это и позволит повысить трещиностойкость бетона.

 

Литература:

  1. Гутников С.И., Лазоряк Б.И., Селезнев А.Н. Стеклянные волокна/ М.: МГУ имени М. В. Ломоносова, 2010. - 53 с.
  2. Аппен А.А., Химия стекла. Л.: «Химия», 1974. 351 с.
  3. Асланова М.С., М.: Химия, 1979г. , 256с.
  4. Зак А.Ф., Физико-химические свойства стеклянного волокна. М.: Ростехиздат. 1962. 224 c
0
Your rating: None Average: 8 (2 votes)
Comments: 3

Elena Artamonova

Статья посвящена одной из важных проблем в создании стеклобетонных композиционных материалов - химической совместимости стекловолокнистой арматуры с бетонным камнем. Подобная проблема взаимодействия актуальна еще с момента создания стеклоцемента в середине прошлого века в Киеве: влияние отдельных компонентов на механические свойства стеклобетонного композита изучено недостаточно. Кроме того, от вида и свойств стеклозаполнителя зависят строительно-технические характеристики бетона, его эксплуатационная стойкость, технология изделий из бетона и их стоимость. А применение стекловолоконной арматуры целесообразно для повышения прочности композиционного материала при растяжении. Для решения проблемы агрессивности цементной матрицы применяют или щелочеустойчивые стекловолокона, или низкощелочные вяжущие вещества и активные минеральные добавки и т.д. И вот все перечисленные решения, а также создание вяжущих материалов на основе дисперсного стекла, позволит проанализировать предложенная в данной работе новая методика исследования процесса взаимодействия волокна с цементным камнем, т.е. определить и исследовать структуру, химический и фазовый состав продуктов взаимодействия волокна с твердеющим цементом.

Sargsyan Henrik

Как известно при дисперсном армировании бетона стойкость стекловолокон в образующей щелочной среде уменшается. Предложенные автором технические решения имеют практическую ценность. Было бы желательно учет механических свойст волокон и твердеющею цементного раствора для обеспечения их ,,совместной” работы при различных деформациях. Проф. Саркисян Г.М.

Usenko Bogdan

Способ наблюдения за процессом взаимодействия стекловолокна с твердеющим цементом разработанный авторами работы дает возможность определить оптимальный метод повышения трещиностойкости бетона. Процессы иследованные в работе имеют практическое значение. Актуальность работы не вызывает сомнений.
Comments: 3

Elena Artamonova

Статья посвящена одной из важных проблем в создании стеклобетонных композиционных материалов - химической совместимости стекловолокнистой арматуры с бетонным камнем. Подобная проблема взаимодействия актуальна еще с момента создания стеклоцемента в середине прошлого века в Киеве: влияние отдельных компонентов на механические свойства стеклобетонного композита изучено недостаточно. Кроме того, от вида и свойств стеклозаполнителя зависят строительно-технические характеристики бетона, его эксплуатационная стойкость, технология изделий из бетона и их стоимость. А применение стекловолоконной арматуры целесообразно для повышения прочности композиционного материала при растяжении. Для решения проблемы агрессивности цементной матрицы применяют или щелочеустойчивые стекловолокона, или низкощелочные вяжущие вещества и активные минеральные добавки и т.д. И вот все перечисленные решения, а также создание вяжущих материалов на основе дисперсного стекла, позволит проанализировать предложенная в данной работе новая методика исследования процесса взаимодействия волокна с цементным камнем, т.е. определить и исследовать структуру, химический и фазовый состав продуктов взаимодействия волокна с твердеющим цементом.

Sargsyan Henrik

Как известно при дисперсном армировании бетона стойкость стекловолокон в образующей щелочной среде уменшается. Предложенные автором технические решения имеют практическую ценность. Было бы желательно учет механических свойст волокон и твердеющею цементного раствора для обеспечения их ,,совместной” работы при различных деформациях. Проф. Саркисян Г.М.

Usenko Bogdan

Способ наблюдения за процессом взаимодействия стекловолокна с твердеющим цементом разработанный авторами работы дает возможность определить оптимальный метод повышения трещиностойкости бетона. Процессы иследованные в работе имеют практическое значение. Актуальность работы не вызывает сомнений.
PARTNERS
 
 
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
Would you like to know all the news about GISAP project and be up to date of all news from GISAP? Register for free news right now and you will be receiving them on your e-mail right away as soon as they are published on GISAP portal.