3487

Научный Вестник Воронежского государственного архитектурно-строительного университета

Один из механизмов влияния этих добавок заключается в концентрации молекул ПАВ на межфазной границе таким образом, что сорбируясь на гидрофильной поверхности, они снижают поверхностное натяжение раствора и тем сильнее, чем больше их концентрация. Повышение концентрации ПАВ до момента, называемого критической концентрацией мицеллообразования (ККМ), приводит к мицеллообразованию в растворе. Для оценки воздухововлекающей способности ПАВ используются самые разнообразные как физикохимические, так и практические критерии: изменение поверхностного натяжения, косинус краевого угла, критическая концентрация мицеллообразования (ККМ), величина и работа адсорбции.

Вовлечение воздуха происходит на стадии перемешивания смеси, причем добавки лишь стабилизируют воздушные пузырьки, образовавшиеся в смеси при ее перемешивании. Введение воздухововлекающих добавок (ВВД) повышает содержание пузырьков воздуха по сравнению со смесью без добавок, способствует уменьшению их размеров и стабилизации. В первую очередь, эффективность действия добавки и ее дозировки определяется пенообразованием в цементных системах и устойчивостью поризованных смесей во времени

2, 3 .

Вработе исследованы порядка двадцати наиболее распространенных анионных ПАВ (ТЭАС, «Пионер», «Стройбат» и др.) и неионогенных ПАВ (ОП-10, ОП-11 и др.). Использование разноплановых по диссоциации добавок позволило полнее раскрыть механизм воздухововлечения.

Результатами исследования свойств и особенностей действия изученных воздухововлекающих ПАВ различных видов установлено, что наилучшими показателями, определяющими их эффективность, отличается синтетическая анионактивная добавка «Пионер 118М3», представляющие модифицированные алкилсульфаты на основе высших

первичных спиртов, описываемые общей формулой СnН2n+1ОSО3Ме, где n = 10...14, содержащае в своем составе стабилизирующие компоненты.

Внастоящее время на практике распространенным методом определения критической концентрации мицеллообразования (ККМ), служащей основой для назначения оптимальной

дозировки воздухововлекающей добавки, является метод нахождения точки начала выполаживания на кривой изотермы поверхностного натяжения на границе раздела фаз. Предложено для определения критической концентрации мицеллообразования совместное рассмотрение зависимостей = f(С) и Г = f(С), где - поверхностное натяжение; Г – величина адсорбции; С – концентрация ПАВ. В результате применения данного метода повышается точность определения ККМ, а соответственно и оптимума дозировки воздухововлекающей добавки (таблица).

Таблица Величина критической концентрации мицеллообразования водных растворов ПАВ

различных видов, определяемая разными методами

11

12

где DЭ - коэффициент эффективной диффузии, м2/с;- время перемешивания пенобетонной смеси, с;

Re - критерий Рейнольдса.

Увеличение значений критерия Рейнольдса имеет ограничение, связанное с устойчивостью пенобетонных смесей, а именно при Re 50 для исследуемых смесей наблюдается разрушение воздушных пузырьков. Установлено, что при режимах перемешивания с Re 50 обеспечивается устойчивый процесс поризации бетонной смеси.

Выводы. Полученные количественные оценки служат основой для совершенствования технологии неавтоклавных пенобетонов на стадии формирования их ранней структуры, позволяют обеспечить повышение однородности и достижение малой средней плотности пенобетонных смесей при перемешивании.

Выявленные структура и баланс энергозатрат при получении пенобетонных смесей с учетом гидродинамического критерия Рейнольдса позволяют сократить материальные и энергетические затраты примерно на 30 % по сравнению с другими существующими технологиями пенобетонов. Установленный интервал значений критерия Рейнольдса для области устойчивого существования воздушных пузырьков обеспечивает требуемую пористость в процессе перемешивания пенобетонной смеси.

14

Научный Вестник Воронежского государственного архитектурно-строительного университета

Список литературы

1.Прошин А.П., Береговой В.А., Краснощеков А.А., Береговой А.М. Пенобетон (состав, свойства, применение): монография. – Пенза, 2003. – 161 с.

2.Ткаченко Т.Ф., Крылова А.В., Перцев В.Т. Об эффективности воздухововлекающих добавок для получения пенобетона // III Междун. научно-практич. конф. Наука, техника и технология XXI века (НТТ-2007). – Т. 2. - Нальчик: КБГУ, 2007. – С. 179 -181.

3.Коляда С.В., Песцов В.И., Гудков Ю.В., Гиндин М.Н. Выбор технологии производства изделий из ячеистого бетона // Строительные материалы, оборудование, технологии ХХI века. - 2007. - № 1. - С. 21-23.

4.Фортье А. Механика суспензий. - М.: Мир, 1971. - 264 с.

5.Ткаченко Т.Ф., Перцев В.Т. Совершенствование технологии неавтоклавных пенобетонов: монография. – Воронеж: ВГАСУ, 2011. – 96 с.

Ткаченко Татьяня Федоровна – к.т.н., доцент кафедры строительных материалов, изделий и конструкций Воронежского государственного архитектурно-строительного университета Перцев Виктор Тихонович - д.т.н., профессор кафедры строительных материалов, изделий и конструкций Воронежского государственного архитектурно-строительного университета

15

Научный Вестник Воронежского государственного архитектурно-строительного университета

УДК 691.17

А.М. Усачев, А.М. Хорохордин, М.М. Абдурашидов

ОЦЕНКА МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ПОЛИМЕРНОЙ КОМПОЗИЦИОННОЙ АРМАТУРЫ

Показаны широкие возможности использования полимерной композиционной арматуры в строительной практике. Дана характеристика положительных и отрицательных свойств полимерной арматуры. Определены основные механические характеристики стеклопластиковой арматуры диаметром 8 и 10 мм.

Ключевые слова: полимерная композиционная арматура, стеклопластиковая и базальтопластиковая арматура, механические характеристики.

A.M. Usachev, A.M. Chorochordin, M.M. Abdurashidov

ESTIMATION OF MECHANICAL PROPERTIES OF

POLYMERIC COMPOSITION ARMATURE

Extensive possibilities of using polymeric composite armature in construction practice. The characteristics of positive and negative properties of the polymeric reinforcement. The basic mechanical properties of FRP reinforcement with diameter of 8 mm and 10 mm are determined.

Keywords: polymeric composite reinforcement, fiberglass and Basalt armature, mechanical characteristics.

Введение. В последние десятилетия в стратегии развития строительного комплекса определяющими критериями являются ограничение потребления природных ресурсов, энергосбережение и защита окружающей среды. Эти условия диктуют необходимость разработки новых материалов, производство которых характеризуется малым потреблением энергетических и природных сырьевых ресурсов, меньшими объемами вредных выбросов в атмосферу. Одним из таких материалов является полимерная композиционная арматура.

Полимерные материалы вошли в архитектурно-строительную практику только в середине ХХ в., однако их внедрение было подготовлено выдающимися успехами химии и технологии еще за столетие до этого [1-3]. Благодаря комплексу положительных свойств, пластмассы прочно заняли свое место в ряду современных строительных материалов. Недаром пластмассы называют материалами будущего, а XXI столетие – веком синтетических материалов.

Наиболее широко полимерные материалы используются для высококачественных отделочных работ (декоративные пленки, линолеум, бумажно-слоистый пластик и др.), теплоизоляции (пено-, поро- и сотопласты), гидроизоляции и герметизации (пленки, прокладки, мастики), для санитарно-технического оборудования (трубы, рукомойники, ванны и др.), в малых архитектурных формах (поручни, плинтуса, наличники и др.) [4]. Последнее время в строительную практику широко входит и полимерная арматура. Данная арматура уже более 40 лет применяется в Японии, Канаде, США, Италии и других странах.

Полимерная композиционная арматура. Полимерную композиционную арматуру

(рис. 1) получают на основе армирующего материала (волокна) и связующего (полимеров, смол).

Также для улучшения свойств применяют различные наполнители и добавки. Волокна, объемное содержание которых от 70 до 88 %, обеспечивают композиту

©Усачев С.М., Хорохордин А.М., Абдурашидов М.М.,2014

16

Научный Вестник Воронежского государственного архитектурно-строительного университета

механическую прочность, а полимеры – придают химическую стойкость. В качестве полимеров используют термореактивные смолы, в основном винилэфирную и эпоксидную.

Применяют композиционную арматуру для армирования обычных и предварительно напряженных строительных конструкций и элементов, эксплуатируемых в средах с различной степенью агрессивного воздействия, подверженных влиянию магнитных волн и др.

Рис. 1. Строение композиционного полимерного материала

Так из полимерной арматуры изготавливают емкости и резервуары очистных сооружений и химических производств; системы канализации, мелиорации и водоотведения; конструкции для укрепления дорожного полотна и береговой линии; морские, припортовые сооружения и бассейны; осветительные опоры, опоры ЛЭП, изолирующие траверсы ЛЭП; настилы и ограждения мостов; дорожные и тротуарные плиты, заборные плиты; железнодорожные шпалы; фасонные изделия для коллекторов, трубопроводных и коммунальных систем; элементы в медицинских центрах и лабораториях со спецоборудованием; трансформаторы высокого напряжения; конструкции расположенные в непосредственной близости от высоковольтных кабелей и трансформаторных подстанций. Большое количество арматуры применяется в ремонтно-восстановительных и реставрационных работах, а также для укрепления конструкций в целях защиты от сейсмических и ветровых нагрузок.

Согласно ГОСТ [5] полимерная композиционная арматура по типу непрерывного армирующего наполнителя подразделяется на виды: стеклокомпозитная (АСК); базальтокомпозитная (АБК); углекомпозитная (АУК); арамидокомпозитная (ААК); комбинированная композитная (АКК). В странах Европы, Азии и Америки используют также борный, нейлоновый, полиэтиленовый, полипропиленовый армирующий наполнители. В нашей стране организовано производство стеклокомпозитной и базальтокомпозитной полимерной арматуры.

Стеклокомпозитная (стеклопластиковая) арматура представляет собой полимерную арматуру, состоящую из непрерывного стеклянного волокна, скрепленного полимерным связующим, в виде стержней диаметром от 4 до 32 мм с ребристой поверхностью спиралеобразного профиля (рис. 2).

Стеклопластиковая арматура обладает высокой прочностью на разрыв, малой средней плотностью, низкой теплопроводностью, высокой коррозионной стойкость во всех агрессивных химических средах (кислотах, щелочах, растворов солей). Стеклопластиковая арматура является диэлектриком, радиопрозрачна, магнитоинертна, имеет высокий модуль упругости при небольшом коэффициенте относительного удлинения. Коэффициент термического расширения стеклопластиковой арматуры соответствует КТР бетона, что исключает трещинообразование в защитном слое бетона при изменении температур.

Базальтокомпозитная (базальтопластиковая) арматура – полимерная арматура, состоящая из непрерывного базальтового волокна, связанного полимером. Выпускается в

17

Научный Вестник Воронежского государственного архитектурно-строительного университета

стержнях или бухтах. Имеет диаметр от 4 до 40 мм и ребристую поверхность (рис. 3).

Рис. 2. Внешний вид стеклопластиковой арматуры Рис. 3. Внешний вид базальтопластиковой арматуры

Базальтопластиковая арматура обладает теми же свойствами как и стеклопластиковая, однако имеет более высокую коррозионную стойкость в агрессивных химических средах.

Сравнительные характеристики композиционной полимерной и традиционной стальной арматуры приведены в табл. 1.

Недостатками полимерной композиционной арматуры является отсутствие пластических деформаций при растяжении, невозможность сгиба и сварки арматурных элементов, низкая температура эксплуатации (не более 200 оС).

Оценка механических свойств стеклопластикой арматуры. В данной работе представлены результаты оценки механических характеристик стеклопластиковой арматуры диаметром 8 и 10 мм производства ООО «Армастек» (г. Липецк). Испытания пластиковой арматуры проходили в Центре коллективного пользования имени проф. Ю.М. Борисова Воронежского ГАСУ.

Испытание композиционной арматуры на прочность при растяжении проводилось согласно требованиям ГОСТ 31938-2012 «Арматура композиционная полимерная для армирования бетонных конструкций. Общие технические условия». Для этого на концах арматуры устанавливались специальные испытательные муфты (рис. 4), предназначенные для зажима образов в захватах испытательной машины.

18

Научный Вестник Воронежского государственного архитектурно-строительного университета

Рис. 4. Схема арматурного стержня с испытательными муфтами [5]

Вкачестве состава холодного отверждения специалистами рекомендуется применять: эпоксидный клей; эпоксидную смолу в смеси с гидроокисью алюминия (80 %) и кварцевой пылью размером 5-10 мкм; клей ВК-9; цементно-песчаный раствор и др. Рекомендуемые составы должны обеспечивать надежное сцепление с поверхностью арматурного стержня, чтобы при испытаниях разрыв происходил в рабочей зоне, и не наблюдалось продергивания

виспытательной муфте.

Вданной работе были использованы эпоксидный клей и цементно-песчаный раствор (рис. 5), которые являются более дешевыми и удобными в применении.

Рис. 5. Внешний вид арматурного стержня с испытательными муфтами

В качестве цементно-песчаного раствора использовались три состава. Состав №1: ПЦ 500Д0 в количестве 1,3 кг, кварцевый песок Мк=1,8 – 3,0 кг, воздухововлекающая добавка «ЗМБ» (17 % сух.) – 0,22 кг, В/Ц=0,4. Состав №2: ПЦ 500Д0 – 1,3 кг, кварцевый песок Мк=1,8 – 3,0 кг, воздухововлекающая добавка «ЗМБ» (25 % сух.) – 0,33 кг, В/Ц=0,39. Состав №3: глиноземистый цемент – 1,5 кг, кварцевый песок Мк=1,8–3,0 кг, добавка суперпластификатор «СП-1» (0,5 %) – 0,022 л, В/Ц=0,32.

Размеры муфт также принимали из условий, чтобы разрыв образца происходил в пределах длины рабочего участка без проскальзывания в самих муфтах (табл. 2).

Прочность при осевом растяжении устанавливали на универсальной гидравлической испытательной машине INSTRON Sateс 1500НDХ (Великобритания). Данная установка позволяет проводить испытания со скоростью от 5 до 100 мм/мин, а также обеспечивает

19

Научный Вестник Воронежского государственного архитектурно-строительного университета

непрерывную регистрацию нагрузки, деформации и перемещений. При установке образца на испытательную машину контролировали точность совпадения продольной оси образца с линией соединения испытательных муфт.

При испытании на осевое растяжение полимерной стеклопластиковой арматуры устанавливались следующие механические свойства: предел прочности, модуль упругости и относительное удлинение.

Результаты определения механических свойств представлены в табл. 3.

Выводы. По результатам исследований установлено, что предел прочности при растяжении стеклокомпозиционной арматуры диаметром 8 мм с применением состава на основе эпоксидной смолы при испытаниях со скоростью 5 мм/мин составляет 960 МПа, относительное удлинение – 2,0 %, а модуль упругости – 15,5 ГПа. Аналогичные показатели для арматуры диаметром 10 мм с применением состава на основе цементно-песчаного раствора составляют 959 МПа, 2,0 % и 15,6 ГПа соответственно.

С целью комплексной оценки свойств стеклопластиковой арматуры согласно требованиям ГОСТ [5] планируется провести испытания по определению предела прочности при сжатии, предела прочности при поперечном срезе, предела прочности сцепления с бетоном, устойчивости полимерной арматуры в щелочной среде, предельной температуры эксплуатации. Данные испытания возможно провести с помощью современного научнотехнологического оборудования на базе Центра коллективного пользования имени проф. Ю.М. Борисова Воронежского ГАСУ.

Список литературы

1.Рыбьев И.А. Строительное материаловедение. – М.: Высшая школа, 2003. – 701 с

2.Айрапетов Д.П. Архитектурное материаловедение. – М.: Стройиздат, 1983. – 310 с.

3.Байер И.В. Архитектурное материаловедение. – М.: Стройиздат, 1989. – 184 с.

4.Усачев А.М., Усачев С.М. Строительные материалы и изделия. Технология строительных конструкций и изделий. – Воронеж, 2011. – 252 с.

5.ГОСТ 31938-2012. Арматура композиционная полимерная для армирования бетонных конструкций. Общие технические условия. – М.: Изд-во стандартов, 2012. – 42 с.

Усачев Александр Михайлович, к.т.н., доцент кафедры Технологии строительных материалов, изделий и конструкций Воронежского ГАСУ. E-mail: usachevam@vgasu.vrn.ru. Тел.: (473) 271-52-35.

Хорохордин Алексей Митрофанович - магистрант кафедры Технологии строительных материалов, изделий и конструкций Воронежского ГАСУ, начальник Центра коллективного пользования имени проф. Ю.М. Борисова.

E-mail: A_Horohordin@mail.ru. Тел.: 8-952-958-06-64.

Абдурашидов Муслим Магомедович - магистрант кафедры Технологии строительных материалов, изделий и конструкций Воронежского ГАСУ. Тел.: 8-920-210-30-05

20