ВЛИЯНИЕ АРМИРУЮЩЕЙ ФИБРЫ НА ПРОЧНОСТНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ГАЗОБЕТОНА

Ячеистый бетон – это лёгкий искусственный материал, полученный в результате твердения поризованной смеси, состоящей из гидравлических вяжущих веществ, тонкодисперсного кремнеземистого компонента, воды и газообразующей добавки.

В ячеистых бетонах содержится около 60 % пустот. Образование пористой (ячеистой) структуры происходит либо за счёт специальных газообразующих добавок, либо за счёт введения в смесь специально приготовленной пены. По этой классификации ячеистые бетоны разделяются на газобетоны и пенобетоны. Отличие заключается в том, что пенобетону присуща закрытая структура пористости (то есть пузырьки внутри материала изолированы друг от друга). В итоге, при одинаковой плотности, пенобетон плавает на поверхности воды, а газобетон тонет. В свою очередь, газобетон обладает большей прочностью и на него лучше ложится штукатурка.

Газобетон является неорганическим строительным материалом и изготавливается из местного и относительно недорогого сырья: песка, извести и цемента. В качестве газообразователя используется металлическая пудра или паста. Металлическая пудра или паста может быть цинковой, магниевой, алюминиевой, последняя получила очень широкое распространение. В ходе реакции в большом количестве выделяются газ (водород), тепло и происходит связывание воды, что положительно влияет (ускоряет) на схватывание бетонной смеси. При использовании алюминиевой пудры или пасты образуются газовые поры (ячейки) с равномерной структурой. Это имеет большое значение в качественных показателях изделий, их долговечности и сильно влияет на эксплуатационные характеристики. Бетонный раствор равномерно смешивают с суспензией газообразователя, затем приготовленный раствор, ещё не содержащий газ, заливается в формы, и лишь после этого в нём начинается химическая реакция с выделением водорода. Образующиеся при этом пузырьки газа вспучивают раствор, последний распределяется вокруг пузырьков, образуя равномерную ячеистую структуру материала.

Для лабораторных испытаний в качестве исходного состава смеси для изготовления неавтоклавного газобетона за основу был выбран состав, разработанный сотрудниками Томского политехнического университета [1]. Данный состав был несколько изменён с учётом целей эксперимента и доступности некоторых компонентов смеси. Итоговый состав смеси включает портландцемент, суспензию алюминиевой пасты, суспензию, полученную затворением полуводного гипса водой, водный раствор щёлочи и воду. Для получения суспензии компоненты затворялись водой в соотношении равном 1:10. Полученный в ходе адаптации итоговый состав смеси для изготовления неавтоклавного газобетона представлен в таблице 1.

Таблица 1.

Итоговый состав смеси для изготовления неавтоклавного газобетона

За счёт взаимодействия алюминиевой пасты с гидроксидом натрия образуется гидроалюминат натрия. Этот вид соединения образуется непосредственно в смеси в гелеобразной форме и с течением времени кристаллизуется в виде кристаллов гексоидальной формы со слоистой структурой, находящихся в межпоровых перегородках. В Процессе кристаллизации шесть молей воды связывается гидроалюминатом натрия и из-за данного количества свободной воды содержание гидроалюмината натрия в газобетоне быстро сокращается. После окончания газовыделения происходит процесс быстрого схватывания смеси, за счет этого время достижения распалубочной прочности газобетона сокращается. При переходе гидроалюмината натрия из гелеобразного состояния в кристаллическое в межпоровой перегородке заметно увеличивается прочность перегородки и всего изделия в целом.

Гидроксид натрия также взаимодействует с гипсом с частичным образованием сульфата натрия, который является ускорителем процессов гидратации и твердения цемента. Кроме этого, двуводный гипс, находясь в коллоидном состоянии, реагирует с образовавшимся гидроалюминатом натрия в гелеобразной форме, в результате чего образуется натрийсодержащий гидросульфоалюминат кальция, структура которого подобна моногидросульфоалюминату кальция. Образование данного соединения позволяет сформировать более плотную и прочную межпоровую перегородку. За счёт образования всех вышеуказанных соединений интенсифицируются процессы гидратации цемента, что способствует увеличению прочности газобетона.

Газобетонная смесь готовилась в следующей последовательности. В непрерывно перемешиваемую с момента затворения смесь цемента и воды, (подогретой до 45-500С), сначала добавлялся раствор гидроксида натрия, затем алюминиевая суспензия, и в последнюю очередь вводилась гипсовая суспензия. Каждый добавляемый компонент смеси интенсивно перемешивался после введения в газобетонную смесь в течении 30 секунд. Газобетонная смесь заливалась в предварительно подогретые до 35-400С формы размером 10х10х10 (см), в которых в процессе поризации смеси происходило формирование образцов. После 1,5 часовой выдержки срезалась образовавшаяся «горбушка». Распалубка форм осуществлялась через 48 часов. После твердения при комнатной температуре в течении 28 суток образцы подвергались физико-механическим испытаниям [2].

Армирующая фибра — это волокнистые добавки для бетона, способные существенно улучшать конечные свойства материала. Армирующие волокна способны воспринимать большие напряжения, чем бетонная матрица. Фибробетон, в сравнении с обычным бетоном, обладает более высокой прочностью (прочность на сжатие, прочность на растяжение, ударная прочность и прочность на изгиб), трещиностойкостью и сопротивлением истираемости материала.

К основным видам фибр, используемых в настоящее время, относятся: стальная фрезерованная фибра, стальная анкерная фибра и полипропиленовая фибра.

Фибра анкерная проволочная сегодня занимает лидирующие мировые позиции в сегменте армирования бетона. Фибра анкерная (с загнутыми концами) удерживает развитие трещины за счет поверхностного сцепления, а после утраты сцепления в действие вступают анкерные окончания фибры. К тому же фибра расположена в бетоне хаотично, что обеспечивает жесткость на изгиб, прочность и трещиностойкость.

Полипропиленовые волокна являются армирующей добавкой в бетонные и растворные смеси. Полипропиленовые волокна, благодаря их специфической поверхности, способны поглотить силы растяжения во время усадки, что позволяет бетону развивать его оптимальную долгосрочную прочность. В этом отношении полипропиленовое волокно благодаря своей обширной площади поверхности более эффективно, чем стальная сетка.

Целью эксперимента является сравнение прочностных характеристик образцов газобетона с добавлением различных видов армирующих фибр. Для испытаний в качестве армирующего волокна в бетонную смесь включались фибры, приведённые в таблице 2 (диаметр d и длина волокон L указаны в таблице). Массовая доля добавок в образцах составляла 0,3 % от массы бетонной смеси. Технология производства образцов с включением армирующего волокна не отличалась от технологии производства исходных образцов. Образцы испытывали на прочность при сжатии [3].

Результаты испытаний (средние значения по каждой группе) образцов приведены в таблице 2.

Таблица 2.

Результаты испытаний образцов

Проанализировав результаты, можно сделать вывод, что добавление в исходный состав полипропиленовой фибры даёт самый большой прирост прочности образца (для полипропиленовой фибры значение составляет 44,1 %).

Список литературы:

1. Патент РФ № RU2276121, 09.11.2004. Состав смеси для изготовления неавтоклавного газобетона / В.А. Лотов, М.Н. Александровна.
2. Традиции, современные проблемы и перспективы развития строительства: сб. науч. ст. / ГрГУ им. Я. Купалы; редкол.: В.Г. Барсуков (гл. ред.) [и др.]. – Гродно: ГрГУ, 2015. – 172 с.
3. Бетоны. Методы определения прочности по контрольным образцам: ГОСТ 10180-2012. – Введ. 01.07.2013.