К ВОПРОСУ ФОРМИРОВАНИЯ ПРОЧНОСТИ ВИБРОПРЕССОВАННОГО ФИБРОБЕТОНА

Сеськин Иван Ефимович

канд. техн. наук, профессор СамГУПС, г. Самара

Баранов Александр Сергеевич

инженер, СамГУПС, г. Самара

E-mail:

TO THE QUESTION OF FORMATION OF DURABILITY OF VIBROPRESSOVANNOGO FIBROBETON

Ivan Seskin

candidate. technical. sciences, Professor of the Samara State University of Transport, Samara

Alexander Baranov

ingineer, the Samara State University of Transport, Samara

АННОТАЦИЯ

Изучение влияния от совместного действия прессования и введения базальтовых фибровых волокон на прочность цементного камня и бетона.

ABSTRACT

Influence studying from joint action of pressing and introduction basalt fiber fibers on durability of a cement stone and concrete.

Ключевые слова: вибропрессованный бетон; вибропрессованный цементный камень; давление прессования; дисперсное армирование; прочность при сжатии; прочность при растяжении.

Keywords: vibropressed concrete; vibropressed cement stone; pression of pressing; disperse reinforcing; durability at compression; durability at tensioning.

Основной объем выпускаемых мелкоштучных изделий, изготавливаемых методом вибропрессования, не армируется стержневой арматурой. В то же время изделия нередко подвергаются изгибу и продавливанию. Предопределяющим в восприятии этих усилий является прочность бетона в изделиях, изучению которой, с учетом режима их прессования, до настоящего времени не уделялось должного внимания. Поэтому оценка несущей способности таких изделий вызывает некоторые сложности.

В настоящей работе приведены результаты экспериментальных исследований прочности вибропрессованного бетона в зависимости от интенсивности прессования. Известно, что прочность бетона во многом зависит от прочности цементного камня и прочности контакта между крупным заполнителем и цементным камнем. При прессовании цементного теста на стадии образования коагуляционной структуры прочность цементного камня при сжатии существенно повышается, что не может не отразиться и на его прочности при растяжении. Введение же в цементное тесто базальтовых волокон позволит дополнительно увеличить прочность прессованного цементного камня [1]. При прессовании увеличивается и прочность контакта между крупным заполнителем и цементным камнем из-за проникновения цементного молока при прессовании в поры и трещины крупного заполнителя.

Для экспериментального подтверждения указанных предпосылок была проведена серия опытов, в которых отдельно исследовали прочность при сжатии и растяжении цементного камня неармированного и армированного базальтовыми волокнами, и отдельно бетона, также неармированного и дисперсно армированного.

Для проведения опытов были изготовлены образцы-цилиндры, режим прессования которых при изготовлении образцов моделировали тому, который используется в производстве мелкоштучных изделий: кратковременное прессование интенсивностью 6, 12, 24 МПа. Образцы изготавливались из бетона состава: портландцемент марки ПЦ 400 – Д20 с расходом 500 кг/м³, вода – 200 кг/м³, песок – 500 кг/м³, щебень – 1200 кг/м³. Для дисперсного армирования применяли базальтовые фиброволокна диаметром 13—17 мкм и длиной 6—18 мм, их расход составлял 1,5 и 3 % от массы цемента. Испытанием указанных образцов установились такие характеристики как прочность при сжатии и на растяжение при раскалывании.

Выполненными экспериментальными исследованиями установлено, что прессование способствует существенному увеличению прочности цементного камня при сжатии (рис. 1), особенно армированного дисперсной арматурой. Выявлено, что прессование приводит к росту прочности неармированного цементного камня примерно на 20 %, армированного базальтовыми волокнами почти на 46 %. Если же рассматривать увеличение прочности в совокупности, т. е. от совместного действия прессования и дисперсного армирования, то увеличение прочности составляет, примерно, в 1,5 раза. Установлено так же, что роль дисперсного армирования в формировании прочности прессованного цементного камня повышается с ростом интенсивности прессования.

Рис. 1. Зависимость между интенсивностью прессования и прочностью цементного камня: • - неармированного; × - армированного базальтовыми волокнами в количестве 1,5 % от расхода цемента; ▲ - то же, 3 %

Формирование прочности цементного камня при прессовании имеет некоторые особенности, которые следует связывать с следующими явлениями. После затворения цемента водой через небольшой период времени образуется рыхлая коагуляционная структура, в которой отдельные зерна цемента связываются посредством тонкой водной прослойки. Удерживается в устойчивом положении такая структура за счет ван - дер – Ваальсовых сил сцепления. При прессовании эта структура легко разрушается, из нее удаляется часть несвязанной воды, твердые частицы сближаются между собой, способствуя тем самым ускорению процесса образования кристаллической структуры на контакте между твердыми частицами. Формирование структуры прессованного цементного камня протекает более интенсивно, чем обычного, что, в свою очередь, не может не повлиять на его конечную прочность.

Увеличение прочности цементного камня при сжатии приводит к росту его прочности при растяжении. Представленные на рис. 2 опытные данные свидетельствуют о том, что рост прочности цементного камня при растяжении протекает с ростом интенсивности прессования. Однако при интенсивности прессования более 12 МПа наблюдается некоторое снижение прочности при растяжении. Это, очевидно, следует связывать с тем, что при высокой интенсивности прессования все компоненты цементного теста, в том числе воздух в порах и капиллярах оказываются сжатыми, а после снятия давления прессования в нем будет проявляться упругое последействие, приводящее к увеличению объема уже запрессованного образца. Это способствует некоторому разуплотнению цементного теста и, как следствие, некоторому спаду прочности при растяжении.

Рис. 2 Зависимость между интенсивностью прессования и прочностью цементного камня при растяжении: • - неармированного; × - армированного базальтовыми волокнами в количестве 1,5 %; ▲ - то же, 3 %

Прессование способствует увеличению прочности при сжатии неармированного и армированного базальтовыми волокнами бетона (рис. 3). Рост прочности неармированного бетона при принятой интенсивности прессования составляет порядка 89 %. Увеличение прочности бетона при прессовании следует связывать с увеличением прочности цементного камня и ростом прочности контакта между крупным заполнителем и цементным камнем.

Дисперсное армирование базальтовыми волокнами менее эффективно действует на формирование прочности бетона, чем цементного камня. Это очевидно следует связывать с разницей в механизмах разрушения бетона и цементного камня. Цементный камень является более однородным материалом, не имеющим существенных концентраторов напряжений, по сравнению с бетоном. Поэтому нормально ориентированные к растягивающим напряжениям базальтовые волокна воспринимают их, способствуя тем самым росту прочности самого цементного камня. Разрушение же бетона начинается на границе между цементным камнем и крупным заполнителем. Армирование бетона базальтовыми волокнами не оказывает существенного влияния на прочность контактной зоны и соответственно незначительно влияет на формирование прочности бетона в целом.

Рис. 3. Связь между интенсивностью прессования и прочностью бетона:

• - неармированного; × - армированного базальтовыми волокнами в количестве 1,5 % от расхода арматуры; ▲ - то же, 3 %

Данные испытания прочности бетона на растяжение при раскалывании свидетельствуют о том (рис. 4), что прессование способствует увеличению прочности неармированного бетона примерно на 20 %. Указанный рост прочности следует связывать, в основном, с увеличением прочности цементного камня. Увеличение прочности неармированного цементного камня при растяжении составило 43 %, тогда как увеличение аналогичной характеристики бетона составило только 22 %. Такую большую разницу прочности цементного камня и бетона следует связывать с большой неоднородностью бетона.

Рис. 4. Закономерность изменения прочности бетона на растяжение при скалывании: • - неармированного; × - армированного базальтовыми волокнами в количестве 1,5 %; ▲ - то же, 3 %

Рассматривая рост прочности бетона на растяжение при раскалывании было установлено, что от совместного действия исследуемых факторов (прессования и армирования бетона базальтовыми волокнами) увеличение прочности исходного бетона составило почти в 1,5 раза.

Список литературы:

1.Сеськин И.Е., Баранов А.С. Прочность вибропрессованного дисперсно армированного бетона в изделиях. 15-я Международная научно-техническая конференция "Новые материалы и технологии в машиностроении - 2012". БГТА. 2012.