жк днепропетровская 37 квартиры

Актуальное

Синтетические волокна в технологии бетонов

Использование фундаментальных законов физической и коллоидной химии позволяет сегодня создавать новое поколение бетонов с заранее заданными свойствами – высокой прочностью, коррозионной стойкостью, водонепроницаемостью, морозостойкостью, регулируемой деформативностью.

Благодаря широкому внедрению модифицирующих добавок стало возможным производство высокоэффективных и многофункциональных бетонов с высоким уровнем долговечности. Проверенным средством модификации бетонных смесей является введение дисперсных армирующих добавок.

Преимущества дисперсного армирования цементных композиций доказаны многими испытаниями и опытом промышленного применения обновленного строительного материала (фибробетона). Значительно улучшены показатели прочности при нагрузках на растяжение, обеспечено ингибирование трещин по всей структуре, что повысило долговечность и трещиностойкость бетонных изделий.

Потенциал дисперсного армирования цементных композиций фиброй нового типа, производимой под торговой маркой «ВСМ Си Айрлайд» (волокно строительное микроармирующее), дает возможность создавать бетоны улучшенного качества.

Спектр дисперсно-армированных бетонов, развиваясь, охватывает разнообразные задачи строительной индустрии. В их числе разработки цементных композитов с сокращенным расходом портландцемента, что отвечает современным требованиям долговечности и эксплуатационной надежности и соответствует целям и задачам Федеральной целевой программы «Национальная технологическая база».

Наиболее востребованным становится применение активационных воздействий на цементные системы с целью высвобождения скрытого потенциала цемента, управления процессами гидратации и структурообразования.

Департамент научных разработок компании «Си Айрлайд» провел многослойный анализ научных исследований и промышленного применения фибр различной природы в создании фибробетонов.

Выявлено три основных направления: армирование металлической фиброй, минеральными и синтетическими волокнами. Были изучены и основные недостатки всех способов армирования при помощи различных фибр.

Западные производители синтетических фибр рекомендуют для предотвращения трещинообразования, уменьшения усадки, повышения потребительских свойств вводить в бетонные смеси полипропиленовые волокна типа фибрина. Но ПП-волокно, наиболее распространенное и доступное, при диаметре 20 мкм имеет низкую прочность и поверхностную энергию, что не обеспечивает сцепление поверхности волокна и цементного камня.

Основными замедляющими факторами применения синтетических волокон западных производителей являются их низкие механические характеристики, но главный, сдерживающий фактор их использования – низкая поверхностная энергия и, как следствие, низкое сцепление с цементным камнем, обусловленное обжатием волокна цементным камнем после его усадки.

В процессе исследований и практики применения ВСМ сформулированы задачи по модификации существующих механических и физических свойств.

Дисперсное армирование в цементных бетонах является ключевым направлением увеличения их физико-механических и физических свойств за счет метода управляемого структурирования и перехода к изделиям из фибробетона. В итоге определены и установлены технические требования на синтетическую фибру для цементных бетонов.

Исходя из перечисленных предпосылок, сформированы общие технические условия к армирующим химическим волокнам для дисперсного армирования цементного камня. А именно: коаксиальных волокон.

Коаксиальная структура имеет явное предпочтение перед обычной моноструктурой в силу возможности синергизма нескольких полимеров при формировании свойств волокна для получения заявленных механических, физических и химических свойств. В результате многопланового системного анализа предложено синтетическое волокно для объемного армирования цементного продукта, отличающееся от известных волокон тем, что оно имеет коаксиальную структуру типа ядро/оболочка.

В качестве ядра используется полимер с высокими показателями модуля упругости, в качестве компонента оболочки используются модифицированные полимеры для получения высокой поверхностной энергии.

Такое синтетическое волокно обладает хорошими механическими показателями. При этом его оболочку можно модифицировать различными видами органических веществ, придавая поверхности волокна свойства, необходимые для равномерного диспергирования синтетических волокон в объеме цементного раствора и химического заанкеривания волокна в цементном камне.

Анализ основных направлений развития теории и практики многокомпонентных бетонов нового поколения свидетельствует о том, что для получения материалов в качестве одного из компонентов используются ультрадисперсные синтетические волокна, позволяющие связать гидратную известь в гидросиликатную матрицу композита, обеспечивая при этом дополнительный прирост прочности. Использование аналогичных дисперсных волокон (фибр) является перспективным по вытекающим обстоятельствам.

Во-первых, они при высокой степени дисперсности позволяют не только связывать выделяющуюся при гидратации известь, но и одновременно снижать негативное влияние микрокристаллов свободной Ca(OH)2 на структуру цементного камня.

Во-вторых, волокна, инертные по отношению к воде и не вступающие в реакции гидратации, в отличие от цемента, способствуют формированию устойчивой матрицы цементных систем.

В-третьих, микронаполнители могут выполнять в структуре цементной матрицы роль демпфирующих и армирующих элементов, снижающих и перераспределяющих внутренние напряжения, возникающие в процессе интенсивного твердения.

Огромное научное и прикладное значение имеют исследования, касающиеся механизмов действия волокна на формирование микро- и макроструктуры цементного камня.

Анализ основных направлений развития теории и практики многокомпонентных бетонов нового поколения свидетельствует о том, что для получения материалов в качестве одного из компонентов используются ультрадисперсные синтетические волокна, позволяющие связать гидратную известь в гидросиликатную матрицу композита, обеспечивая при этом дополнительный прирост прочности.

ООО «Си Айрлайд» предложена научно-технологическая совокупность методов, предусматривающая направленное формирование микроструктуры полимерных композитов (волокна) путем введения специальных модификаторов в виде функциональных полярных групп в структуру волокна.

Для этого предлагаются основные теоретические принципы и методы модифицирования полимерных композитов и их компонентов. Их цель – получение теоретически обоснованных физико-химических и механических свойств волокон. Параллельно исследуются физико-химические процессы формирования цементной структуры и свойств получаемых строительных материалов.

Очень важно правильно оценивать функциональные требования к армирующим модифицирующим компонентам бетона. По своей реакционной способности и структуре волокна являются ответственными составляющими бетона.

Одним из критериев качества волоконного наполнителя будет являться его реакционная способность – совместимость поверхности волокна и продуктов гидратации портландцемента. Другим критерием качества должен быть начальный модуль упругости волокна, сопоставимый с модулем упругости цементного камня.

Основным достоинством цементного бетона, армированного волокном строительным микроармирующим (ВСМ), является значительное понижение усадочного трещинообразования, снижение внутренних напряжений, возникающих в композиции в процессе отвердевания массы бетона.

Армирование цементной матрицы позволяет в значительной степени снизить основные недостатки бетона: низкую прочность при растяжении и изгибе, хрупкость разрушения, улучшить способность воспринимать ударные и знакопеременные (инерционные) воздействия.

Дисперсное армирование с применением ВСМ изменяет поведение непосредственно цементного камня как матрицы бетонной композиции. В результате совмещения армирующих элементов и матрицы образуется комплекс свойств композита, не только отражающий характеристики его компонентов, но и включающий особенности, которыми изолированные материалы не обладают.

В частности, наличие границ раздела между армирующими элементами и матрицей существенно повышает трещиностойкость материала. Позволяет создавать необходимый резерв прочности, сохранять целостность конструкции даже после появления микротрещин, что осуществляется путем перераспределения напряжений, появляющихся вследствие сопротивления деформации.

Основная роль при структурообразовании бетона на границе контакта: цементная матрица – волокно – принадлежит поверхностным явлениям и процессам, происходящим в центрах активности с определенными показателями кислотности и основности.

В компании ООО «Си Айрлайд» сформулированы требования на производимое волокно (ВСМ). Сформирована научно обоснованная теория и технологическая практика модифицирования оболочки волокна введением (для обеспечения взаимодействия с цементным камнем) в ее состав органической группы атомов (-COOH; -NH2; -ОH; -CO).

Химическое производство «Си Айрлайд» позволяет получать коаксиальные волокна, имеющие в структуре ядро и оболочку.

Таким образом, создаются предпосылки для направленного управления требуемыми механическими и физико-химическими характеристиками волокон. В качестве ядра используются полимеры с высокой прочностью на разрыв и низкой деформативностью, но имеющую низкую стойкость к щелочам.

Свойства оболочки – это характеристики щелочестойкости и поверхностной энергии полимера, модифицированные специально введенными реакционноспособными функциональными группами различного типа, включающие распределенные инициаторы свободно-радикальной полимеризации.

Повышение реакционной способности поверхности волокна производится путем модифицирующего превращения инертной составляющей оболочки в условно активную составляющую, способную активизировать образование контактной прочности между кристаллогидратами, участвуя в процессах твердения и формирования прочности цементного камня.

Активные центры привитых функциональных групп исполняют активную (инициативную) роль в процессах гидратации и твердения цемента. Эти процессы ведут к ускорению гидратации цемента. Исследованиями установлено практически полное отсутствие пиков портландита в составах с добавкой ВСМ. Распределенные в объеме цементной матрицы волокна армируют цементный камень и улучшают его механические характеристики. Большая удельная поверхность химического волокна определяет его высокую адсорбционную активность. Основная роль химического волокна заключается в том, что он воспринимает растягивающие напряжения и придает цементному камню некоторую эластичность.

ВСМ является не только армирующим элементом, но и одновременно изменяет физико-химические процессы, ускоряет твердение цементного раствора. Действие строительного микроармирующего волокна объясняется значительным улучшением микроструктуры гидратированных цементных зерен вблизи поверхности волокна. Формируется менее пористый переходной слой в бетонах с ВСМ, состоящий из плотного геля вместо неплотных кристаллов портландита и эттрингита в контрольных образцах.

Основным фактором действия ВСМ является реакция взаимодействия активных центров, привитых функциональных групп и гидроксида кальция с образованием низкоосновных гидросиликатов.

Установлено, что введение ВСМ в состав цементного камня не изменяет общую пористость, но влияет на численность гелевых пор. Исследования по влиянию ВСМ на прочность показали, что воздействие ВСМ обусловлено, главным образом, физическим и химическим эффектом, связанным с улучшением упаковки зерен вяжущего и наполнителя в структуре цементного камня.

Проведение научных исследований ведется на основе знаний коллоидной и физической химии и методик, которые основаны на использовании и интеграции компонентов, проявляющих наибольшую управляемость и предсказуемость.

В целом эффективная работа фибрового армирования в бетоне определяется как минимум тремя факторами:

– физико-механическими характеристиками волокон,

– адгезией цементной матрицы к их поверхности,

– долговечностью материала волокон в щелочной среде цементного камня.

На основе использования междисциплинарных знаний фундаментальных законов физической, органической и коллоидной химии существует реальная перспектива создания высокоэффективных микроармирующих волокон.

Доказано, что введение в цементные смеси строительного волокна ВСМ способствует более полной и равномерной гидратации цемента, что в свою очередь снижает интенсивность трещинообразования, повышает сопротивление готового изделия нагрузкам на растяжение и изгиб, ударную прочность, вязкое разрушение, водонепроницаемость, а также морозостойкость и сопротивление истиранию.

Перечисленные особенности бетонов с включением волокна ВСМ (фибробетонов) способствуют значительному увеличению долговечности. Таким образом, использование ВСМ-Си Айрлайд является предпосылкой долговечности строительных конструкций.

Влияние микроармирующих волокон по своей эффективности идентично действию активных минеральных добавок на структуру и свойства цементного камня.

Сегодня общепризнанно, что включение минеральных наполнителей в качестве самостоятельной составляющей бетонных и растворных смесей и ВСМ является одним из существенных резервов повышения экономичности цементных композиций по расходу цемента, а также класса бетона и улучшению функциональных строительно-технологических свойств бетонных композитов.

Компания «Си Айрлайд» предлагает новую модель механизма действия строительных микроармирующих волокон в цементных композициях с убедительной аргументацией:

• разработана новая концепция использования синтетических волокон в бетоне;

• теоретически обоснована и подтверждена строительной практикой ведущая роль ВСМ в формировании структуры цементного камня;

• предложено описание влияния структуры фибробетона на основе строительного волокна на физико-механические свойства бетона с учетом удельной прочности волокна;

• установлены изменения степени разрушения под действием нагрузок и воздействия сил и закономерности механизма повышения прочности при растяжении цементного камня в зоне его контакта с дисперсным волокном, с учетом распределения градиента напряжений на границе раздела фаз.

Использование технологических решений и рекомендаций специалистов компании позволяет направленно управлять процессом структурообразования и получать строительные материалы с прогнозируемыми и необходимыми эксплуатационными и потребительскими качествами.

Лого BCM.gif

ООО « Си Айрлайд»

454077, Россия, Челябинск,

Бродокалмакский тракт, 6-а

Тел. (351) 729-8444

E-mail: [email protected]

www.airlaid.ru

Другие материалы по теме

X