2026

Рис. 3.19. Характеристики цементного теста и энергия АЭ при разрушении цементного камня в функции объемного содержания наполнителя крупностью 17 мм

132

Нами было проведено исследование возможности использования ТМН для повышения вязкости разрушения цементного камня. С этой целью были подготовлены ТМН на основе кварцевого песка путем помола последнего до дисперсности 2290 и 1350 см2/г, что соответствовало средней крупности частиц 10 и 17 мкм, а также путем отсева двух фракций 0,14...0,3 и 0,3...0,6 мм речного песка, что соответствовало средней

крупности частиц дисперсной фазы 220 и 450 мкм.

Во всех составах цементных композиций В/Ц отношение было одинаковым и равнялось нормальной густоте. На каждом составе в зависимости от дисперсности и объемного содержания ТМН производили корректировку водопотребности дисперсной фазы с тем, чтобы удобоукладываемость цементных композиций была бы примерно одинаковой. Значения величин водопотребности дисперсной фазы в разных составах для условий одинаковой удобоукладываемости вычисляли по формуле (2.11) Ю.М. Баженова [34].

В качестве вяжущего вещества для изготовления опытных образцов типа I использовали бездобавочный портландцемент завода “Большевик” марки 400 с нормальной густотой 26%.

Образцы до испытания твердели во влажных условиях при темпера-

туре 18...20 С. В возрасте 28 суток образцы были подвергнуты неравновесным механическим испытаниям по методике ГОСТ 29167-91 с применением метода акустической эмиссии.

На рис. 3.17 и 3.18 представлены результаты оценок технологических, механических и акустических свойств цементного композита в зависимости от объемного содержания ТМН крупностью 10 мкм. На рис. 3.17 показан характер изменения В/Ц отношения композиции с изменением содержания ТМН; естественно, В/Ц растет с ростом объемного содержания ТМН. Показан характер колебания расплыва конуса цементной композиции на встряхивающем столике. Показан характер изменения среднего расстояния d в между дисперсными частицами среднего диаметра D , а также характер изменения отношения d/D в зависимости от объемного содержания дисперсной фазы. Среднее расстояние d или, другими словами, толщину матричного материала мкм , определяли по формуле (3.8):

где V – объем матричного материала, м3; П – объем пустот уплотненного заполнителя (наполнителя), м3; S – поверхность заполнителя, м2.

На рис. 3.17 представлен и график зависимости удельной энергии АЭ от объемного содержания ТМН.

На рис. 3.18 представлены графические зависимости Rсж , Rри , Eд и Kc* от объемного содержания ТМН средней крупностью 10 мкм. Из графиков видна четкая экстремальная зависимость Kc* и Rри от объемного содержа-

ния ТМН. Кстати, экстремум соответствует 12 % содержания ТМН. В то же время зависимость ЭАЭ(r) характеризутся постепенным ростом функции.

134

На графиках рис. 3.19 и 3.20 показаны аналогичные зависимости для цементных композиций с ТМН средней крупности D 17 мкм. Из сравнения графиков рис. 3.19 и 3.17 следует, что, несмотря на изменение численных значений параметров, обусловленных изменением крупности D дисперсной фазы, характер основных зависимостей практически не меняется. В то же время следует отметить, что на рис. 3.20 экстремальные зна-

чения Kc* и Rри сдвигаются в область объемного содержания ТМН, соответ-

ствующего величинам 0,18...0,2, а на рис. 3.19 зависимость ЭАЭ(r) стабилизируется при достижении объемного содержания ТМН значений 0,18...0,2.

На графиках рис. 3.21 и 3.22 представлены результаты оценок технологических, акустических и прочностных свойств цементного композита в зависимости от объемного содержания дисперсной фазы со средней крупностью частиц 220 мкм, а на рис. 3.23 и 3.24 – те же зависимости в функции объемного содержания дисперсной фазы со средней крупностью частиц 450 мкм.

Из анализа характера изменений зависимости ЭАЭ(r) на рис. 3.21 и 3.23 следует отметить, что эта зависимость на композитах с дисперсной фазой крупностью 220 и 450 мкм характеризуется определенной экстремальностью АЭ при объемном содержании ТМН в диапазоне 0,18...0,26. Следует подчеркнуть также, что в этих составах при примерно одинаковой подвижности цементных композиций водоцементное отношение последних становится заметно меньшим. Однако, только на композите с дисперсной фазой крупностью 450 мкм отмечено изменение характера зависимости Rсж r , то есть во всех случаях введение дисперсной фазы приво-

дило к снижению предела прочности на осевое сжатие, и лишь на рис. 3.24 отмечали экстремум Rсж r при 6...12-процентном содержании дисперс-

ной фазы. Что касается зависимостей Kc* , Rри , Eд в функции объемного

содержания дисперсной фазы крупностью 220 и 450 мкм, то, как следует из графиков рис. 3.22 и 3.24, можно отметить, что эти зависимости существенно отличаются от подобных зависимостей, представленных на рис. 3.18 и 3.20, что обусловлено, на наш взгляд, влиянием дисперсности зернистой фазы, используемой в качестве наполнителя.

Проведенные исследования позволяют однозначно утверждать, что, изменяя состав и структуру цементных композитов за счет дисперсности и объемного содержания дисперсной фазы, можно в значительных пределах изменять как численные значения прочностных свойств, так и характер зависимостей этих свойств в функции объемного содержания дисперсной фазы, и, прежде всего, важнейших параметров прочности – силового

критического коэффициента интенсивности напряжений Kc* и энергети-

ческого критерия зарождения, развития и роста трещин композита, т.е. его трещиностойкости, по энергетике импульсов АЭ.

135

Рис. 3.22. Критический коэффициент интенсивности напряжений, динамический модуль упругости, прочность на растяжение при изгибе и прочность на осевое сжатие в функции объемного содержания наполнителя крупностью 220 мкм

137

Рис. 3.24. Критический коэффициент интенсивности напряжений, динамический модуль упругости, прочность на растяжение при изгибе и прочность на осевое сжатие в функции объемного содержания наполнителя крупностью 450 мкм

139

Графические зависимости, приведенные на рис. 3.17...3.24, иллюстрирующие влияние дисперсности и объемного содержания дисперсной фазы на прочностные свойства цементных композитов, приводят к выводу о том, что названные факторы дисперсной фазы неоднозначно оказывают влияние на рассматриваемые механические свойства. Поэтому при использовании заполнителя разной дисперсности тот или иной оптимальный прочностной эффект может быть получен при разном объемном содержании наполнителя, что обусловлено разными механизмами влияния дисперсной фазы на прочностные параметры в разных напряженных состояниях. Так, в модели [35] обосновывается существенный вклад в энергию разрушения за счет увеличения длины фронта трещины, а в модели [36] – за счет “армирующего” эффекта наполнителя.

3.6. Влияние крупности кварцевых песков и Ц/П отношения на прочность, деформативность и структурные изменения цементных систем

В исследовании были использованы: вольский стандартный, сурский речной и константиновский карьерный пески. Основные свойства песков приведены в табл. 3.11.

Таблица 3.11

Дисперсность песков в м2/кг, определенная по формуле А.С. Ладинского [34], составляла для сурского – 10,86; константиновского – 8,72 и для вольского – 5,67 м2/кг. Форма и рельеф поверхности песков характеризовались следующим образом: вольский и сурский пески имели окатанную, гладкую поверхность и практически шарообразную форму, константиновский песок характеризовался менее окатанной формой, а поверхность этого песка имела определенную микрошероховатость.

Количество пылевидных и глинистых частиц, определяемых отмучиванием, составляло 2,0 и 7,9 % соответственно в сурском и константиновском песках. В качестве вяжущего применяли себряковский портландцемент активностью 41,5 МПа.

Было изготовлено и испытано четыре группы образцов размером 4 4 16 см: три – из песчаного бетона на трех разновидностях песка и одна –

140