Федоркин С.И., Когай Э.А. Влияние щелочной среды

112
СТРОИТЕЛЬСТВО И ТЕХНОГЕННАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ
УДК:691.328.4:666.972.124
Ôåäîðêèí Ñ.È., ä.ò.í. ïðîôåññîð, Êîãàé Ý.À., àñïèðàíò
Íàöèîíàëüíàÿ àêàäåìèÿ ïðèðîäîîõðàííîãî è êóðîðòíîãî
ñòðîèòåëüñòâà
Âëèÿíèå ùåëî÷íîé ñðåäû ïîðòëàíäöåìåíòà íà ñòîéêîñòü
íåîðãàíè÷åñêèõ âîëîêîí â áåòîííîé ìàòðèöå íà êàðáîíàòíûõ
çàïîëíèòåëÿõ
Èññëåäîâàíà ñòîéêîñòü áàçàëüòîâûõ, óãëåðîäíûõ è àñáåñòîâûõ
âîëîêîí â äèñïåðñíî-àðìèðîâàííîì ìåëêîçåðíèñòîì áåòîíå íà
êàðáîíàòíûõ çàïîëíèòåëÿõ. Ïîêàçàíî, ÷òî ùåëî÷íàÿ ñðåäà ãèäðàòèðóþùåãîñÿ ïîðòëàíäöåìåíòà â áåòîíå íà êàðáîíàòíûõ çàïîëíèòåëÿõ íå îêàçûâàåò âëèÿíèÿ íà ñòîéêîñòü íåîðãàíè÷åñêèõ
âîëîêîí
Äèñïåðñíî-àðìèðîâàííûé áåòîí, ïîðòëàíäöåìåíò, ùåëî÷íàÿ ñðåäà, áàçàëüò, óãëåðîä, àñáåñò, âîëîêíà
Ââåäåíèå. Àíàëèç ïóáëèêàöèé.
Êàê èçâåñòíî ñîâðåìåííûé áåòîí – ñëîæíûé êîìïîçèöèîííûé ìàòåðèàë, ìîäèôèöèðîâàííûé ðàçëè÷íûìè äîáàâêàìè
òîé èëè èíîé ñòåïåíè âëèÿþùèõ íà åãî ôèçèêî-ìåõàíè÷åñêèå
è õèìè÷åñêèå ñâîéñòâà. Áîëüøóþ ðîëü â ïðèäàíèè ñïåöèàëüíûõ ñâîéñòâ áåòîíó èãðàåò äèñïåðñíîå àðìèðîâàíèå, áàçàëüòîâûìè, óãëåðîäíûìè, àñáåñòîâûìè è äð. âîëîêíàìè. Ââåäåíèå àðìèðóþùèõ âîëîêîí çíà÷èòåëüíî óñëîæíÿåò ñòðóêòóðó
áåòîííîé ìàòðèöû, òàê êàê óâåëè÷èâàåòñÿ ïîâåðõíîñòü ðàçäåëà, òî åñòü, êðîìå ïîâåðõíîñòè ðàçäåëà ìåæäó êîìïîíåíòàìè
ìàòðèöû äîáàâëÿþòñÿ ïîâåðõíîñòè ðàçäåëà ìåæäó âîëîêíàìè
è ìàòðèöåé, è åё ñëåäóåò ðàññìàòðèâàòü êàê çîíó, â êîòîðîé
ïðîèñõîäèò èçìåíåíèå ñâîéñòâ îò ìàòðèöû ê âîëîêíó.  ñëó÷àå ðàçðóøåíèÿ ïîâåðõíîñòè âîëîêîí â ùåëî÷íîé ñðåäå òâåðäåþùåãî ïîðòëàíäöåìåíòà èçìåíÿòñÿ è ñâîéñòâà ìàòåðèàëà,
÷òî ïðèâåäåò ê ñíèæåíèþ ìåõàíè÷åñêèõ ñâîéñòâ êîìïîçèöè.
30, 2010 .
Раздел 3. Строительные материалы и изделия
113
îííîãî ìàòåðèàëà â öåëîì. Øèðîêîå âíåäðåíèå êîìïîçèöèîííûõ äèñïåðñíî-àðìèðîâàííûõ ìàòåðèàëîâ ïðè ïðîèçâîäñòâå
ñòðîèòåëüíûõ èçäåëèé ñâÿçàíî ñ èçó÷åíèåì èõ ñòîéêîñòè â
àãðåññèâíûõ ñðåäàõ. Ñòîéêîñòü àðìèðóþùåãî âîëîêíà â
áîëüøèíñòâå ñëó÷àåâ çàâèñèò ñ îäíîé ñòîðîíû îò âèäà, âðåìåíè âîçäåéñòâèÿ, òåìïåðàòóðû è êîíöåíòðàöèè àãðåññèâíîãî
êîìïîíåíòà, à ñ äðóãîé ñòîðîíû îò ìàòåðèàëà ÷àñòèö [2]. Â
äèñïåðñíî-àðìèðîâàííûõ ìàòåðèàëàõ ïðîòåêàþò ôèçèêîìåõàíè÷åñêèå è õèìè÷åñêèå ïðîöåññû, âëèÿþùèå íà äîëãîâå÷íîñòü èçäåëèÿ[3,4,5]. Ê òîìó æå ïðè âçàèìîäåéñòâèè áåòîííîé ìàòðèöû ñ âîëîêíîì, ïðîèñõîäèò èçìåíåíèå ïîâåðõíîñòè âîëîêîí è â çîíå êîíòàêòà îáðàçóåòñÿ ïîâåðõíîñòü â
âèäå ñëîÿ íîâîîáðàçîâàíèé.
Ìåòîäèêà èññëåäîâàíèÿ.  íàñòîÿùåé ðàáîòå áûëî èññëåäîâàíî âëèÿíèå ùåëî÷íîé ñðåäû ïîðòëàíäöåìåíòà íà ñòîéêîñòü áàçàëüòîâûõ, óãëåðîäíûõ è àñáåñòîâûõ âîëîêîí.  êà÷åñòâå ñûðüåâûõ ìàòåðèàëîâ äëÿ ïðîâåäåíèÿ ýêñïåðèìåíòàëüíûõ èññëåäîâàíèé íàìè èñïîëüçîâàíû áàçàëüòîâûå óãëåðîäíûå è àñáåñòîâûå âîëîêíà. Îñíîâíûå õàðàêòåðèñòèêè âîëîêîí ïðèâåäåíû â òàáë. 1.  êà÷åñòâå âÿæóùåãî ïðèìåíÿëè
ïîðòëàíäöåìåíò Ì400, Áàõ÷èñàðàéñêîãî öåìåíòíîãî çàâîäà, â
êà÷åñòâå çàïîëíèòåëÿ - çàïîðîæñêèé êâàðöåâûé ïåñîê è êàðáîíàòíûå îòõîäû êàìíåïèëåíèÿ Áåøòåðåêñêîãî ìåñòîðîæäåíèÿ (ã. Ñèìôåðîïîëü).
Òàáëèöà 1
Ôèçèêî-ìåõàíè÷åñêèå ñâîéñòâà âîëîêîí [6,7]
ÄèàÂîëîêíî ìåòð,
ìêì
Áàçàëüòîâîå
Óãëåðîäíûå
Àñáåñò
Ïðî÷Äëè Ïëîò- íîñòü ïðè
íà, íîñòü, ðàñòÿæåíèè
ìì ã/ñì3
ÌÏà*103
8,015
1,14
12,0
0,0055-20 2,00
0,01
0,002 5-20 2,6-3,0
2,02-2,5
2
0,3-1
.
ÓäÌîÒåðìà
ëèíå
äóëü
ñòîéóïðó- íèå,
êîñòü,
ãîñòè,
0Ñ
%
ÌÏà
(9,30,5
300
1,0)*104
4004*105
0,5
1500
15*104
2-3
1500
30, 2010 .
114
СТРОИТЕЛЬСТВО И ТЕХНОГЕННАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ
Èññëåäîâàíèÿ ïðîâîäèëè íà îáðàçöàõ-áàëî÷êàõ ðàçìåðîì 40õ40õ160 ìì, èçãîòîâëåííûõ èç ìåëêîçåðíèñòîãî áåòîíà ñîñòàâà Ö : Ï=1:3 (ïî ìàññå).
Èçâåñòíî, ÷òî ïîðòëàíäöåìåíòíûé êëèíêåð, êðîìå îñíîâíûõ ñîñòàâëÿþùèõ: àëèòà, áåëèòà, ïîëèìèíåðàëüíîé ôàçû, ñîñòîÿùåé èç àëþìèíàòîâ è àëþìîôåððèòîâ, êëèíêåðíîãî ñòåêëà, ñîäåðæèò ùåëî÷è Ê2Î è Na2O â êîëè÷åñòâå îò
0,5 äî 1,3%. Â ïðîöåññå ãèäðîëèçà è ãèäðàòàöèè êëèíêåðíûõ ìèíåðàëîâ ïðè òâåðäåíèè ïîðòëàíäöåìåíòà æèäêàÿ ôàçà îáîãàùàåòñÿ ãèäðîñèëèêàòíîì êàëüöèÿ è äîñòèãàåò ñâîåãî
ìàêñèìóìà ðÍ=13-14. Êðîìå òîãî, ùåëî÷íîñòü ñðåäû çàâèñèò è îò ìèíåðàëüíîãî ñîñòàâà êëèíêåðà è ñîäåðæàíèÿ ãèïñà, êîòîðûé ñíèæàåò ðÍ. æèäêîé ôàçû, òàê êàê ïðåïÿòñòâóåò ðàñòâîðåíèþ ùåëî÷íûõ ñóëüôàòîâ [9].
Ýêñïåðèìåíòàëüíûå èññëåäîâàíèÿ ñòîéêîñòè îðãàíè÷åñêèõ âîëîêîí ïðîâîäèëè ïóòåì èñïûòàíèé ýòèõ îáðàçöîâ íà
ðàñòÿæåíèå è óäàðíóþ âÿçêîñòü. Óðîâåíü ðàçðóøåíèÿ ïîâåðõíîñòè âîëîêîí îïðåäåëÿëè ñ ïîìîùüþ ýëåêòðîííîãî
ìèêðîñêîïà «Dgeol-25JS».
Ðåçóëüòàòû èññëåäîâàíèé è èõ àíàëèç. Ðåçóëüòàòû èñïûòàíèé äèñïåðñíî-àðìèðîâàííîãî ìåëêîçåðíèñòîãî áåòîíà
íà óäàðíóþ âÿçêîñòü è ïðî÷íîñòü ïðè ðàñòÿæåíèè ïðèâåäåíû â òàáë.2
Ðàçíîñòü ïîêàçàòåëåé ïðî÷íîñòè íà ðàñòÿæåíèå îáúÿñíÿåòñÿ øåðîõîâàòîñòüþ ïîâåðõíîñòè êàðáîíàòíîãî ïåñêà ïî
ñðàâíåíèþ ñ êâàðöåâûì ïåñêîì, àíàëîãè÷íî îáúÿñíÿåòñÿ è
ðàçíîñòü ïîêàçàíèé óäàðíîé âÿçêîñòè.
Èññëåäîâàíèÿ ïîâåðõíîñòè ñ ïîìîùüþ ýëåêòðîííîé
ìèêðîñêîïèè «Dgeol-25JS» ïîêàçàëè ñòîéêîñòü âîëîêîí è
ïðîäóêòîâ ãèäðàòàöèè - êðèñòàëëû ïîðòëàíäöåìåíòà, ïðî÷íî ñîåäèíåííûå ñ ïîâåðõíîñòüþ âîëîêîí. Ïðîâåäåííûå èññëåäîâàíèÿ ïîêàçàëè, ÷òî âîëîêíà èìåþò äîñòàòî÷íóþ ñòîéêîñòü â ùåëî÷íîé ñðåäå öåìåíòíîãî êàìíÿ, òàê êàê ïîòåðè
ìàññû ñîñòàâëÿþò íå áîëåå 1%.
.
30, 2010 .
Раздел 3. Строительные материалы и изделия
115
Òàáëèöà 2
Ðåçóëüòàòû èñïûòàíèé îáðàçöîâ èç äèñïåðñíîàðìèðîâàííîãî ìåëêîçåðíèñòîãî áåòîíà íà óäàðíóþ âÿçêîñòü
(Å, êÄæ/ì2) è ïðî÷íîñòü íà ðàñòÿæåíèå (σð, ÌÏà).
Âðåìÿ âûäåðæêè, ñóò.
Âèä
âîëîêîí
Âèä ïåñêà â
30
áåòîíå
Å
Áàçàëüòîâîå
âîëîêíî
90
σð
Å
180
σð
Å
360
σð
Å
σð
êàðáîíàòíûé 4,4
4,48 4,28 4,59 4,20 4,3
êâàðöåâûé
4,27 3,98 4,45 3,86 4,16 4,03 4,24
3,8
4,34 4,45
êàðáîíàòíûé 4,21 4,12 4,10 4,25 4,01 3,86 4,05 4,0
Óãëåðîäíîå
êâàðöåâûé
3,74 3,86 3,7
4,06 3,56 3,7
3,69 3,78
êàðáîíàòíûé 3,10 3,31 2,98 3,35 2,88 3,29 3,01 3,16
Àñáåñòîâîå
êâàðöåâûé
2,87 2,98 2,54 3,19 2,58 3,1
2,75 3,8
Âûâîäû
1. Â ðåçóëüòàòå èññëåäîâàíèÿ ñòîéêîñòè áàçàëüòîâûõ,
óãëåðîäíûõ è àñáåñòîâûõ âîëîêîí â ùåëî÷íîé ñðåäå áåòîíà
íà ïîðòëàíäöåìåíòå óñòàíîâëåíî, ÷òî ñðåäà òâåðäåíèÿ áåòîíà
íå îêàçûâàåò âëèÿíèÿ íà êîððîçèîííóþ ñòîéêîñòü îðãàíè÷åñêèõ âîëîêîí.
2. Îñíîâíîå âëèÿíèå íà äëèòåëüíóþ ïðî÷íîñòü îêàçûâàåò êîíòàêòíûé ñëîé, êîòîðûé îïðåäåëÿåò ñòîéêîñòü âîëîêîí â àãðåññèâíîé ñðåäå. Ââåäåíèå äàííûõ âîëîêîí ïîçâîëèò ïîëó÷èòü êîìïîçèöèîííûé ìàòåðèàë, èìåþùèé îòíîñèòåëüíóþ äåôîðìàöèþ â 2-5 ðàç âûøå äåôîðìàöèè èñõîäíîãî
ìàòåðèàëà.
.
30, 2010 .
116
СТРОИТЕЛЬСТВО И ТЕХНОГЕННАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ
Ëèòåðàòóðà
1. Ïîëÿêîâ Á.È. Êåðàìè÷åñêèå âîëîêíà. – Ì.: Ìåòàëëóðãèÿ, 1990.- 114ñ.
2. Mai Y.W. Strength and fracture properties of asbestos
cement mortar composites. J. Of Mat. Siences, 1979. –P. 335.
3.Ñîëîìàòîâ Â.È. Ñåëÿåâ Â.Ï. Õèìè÷åñêîå ñîïðîòèâëåíèå êîìïîçèöèîííûõ ñòðîèòåëüíûõ ìàòåðèàëîâ. – Ì.:
Ñòðîéèçäàò, 1987. -262ñ.
4. Ñïðàâî÷íèê õèìèêà /Ïîä ðåä. Á.Ï. Íèêîëüñêîãî –
Ë.:1964. –Ò.1. 1005ñ.-Ò.3.1071ñ.
5. Ìèõàéëîâ Ê.Â. Äåñÿòûé êîíãðåññ ÔÈÏ // Áåòîí è
æåëåçîáåòîí: - 1986. - №11. – Ñ.42-43.
6. Dobson A.M. Class Reinforced Plastics. Glass Fibre
Forms. Brit. Plast, 1954, v.27, №3. – Ð. 103-105.
7. Äåðåâÿíêî Â.Í. Òåîðåòè÷åñêèå îñíîâû ïîâûøåíèÿ
ñòîéêîñòè è òåõíîëîãèÿ äèñïåðñíî-àðìèðîâàííûõ ïîêðûòèé:
Äèñ. äîê. òåõ. íàóê: 05.23.05.- Äíåïðîïåòðîâñê, 2001.-335ñ.
8. Ðîÿê Ñ.Ì. Êóðáàòîâà È.È., Àáðàìêèíà Â.Ã. Âëèÿíèå
ìèíåðàëîãè÷åñêîãî ñîñòàâà êëèíêåðà íà êèíåòèêó èçìåíåíèÿ
ñîñòàâà æèäêîé ôàçû è êðèñòàëëèçàöèþ ãèäðîñóëüôîàëþìèíàòà êàëüöèÿ â öåìåíòíûõ ïàñòàõ // ÆÏÕ.-1974, Âûï. 2.ñ.267-272
.
30, 2010 .