книги / Силикатные и полимерсиликатные композиты каркасной структуры роликового формирования

— молотый керамзит

— молотая глина

— молотый кирпич

Рис. 4.12. Зависимость изменения массосодержания стеклощелочных композитов от количества щелочи и вида алюмосодсржащей добавки (метод Б)

Количество щелочи, в %

— молотый керамзит —О — — молотая глина

• тОш. — молотый кирпич

Рис. 4.13. Зависимость изменения прочности на сжатие стеклощелочных композитов от количества щелочи и вида алюмосодержащей добавки (метод А)

101

Глава 5

ПО Л У Ч ЕН И Е И СВОЙСТВА КОМ ПОЗИТОВ

КА РК А С Н О Й СТРУКТУРЫ РОЛИКОВОГО

ФОРМ ОВАНИЯ

5.1. Определение расходов компонентов каркаса и матрицы с учетом структурных особенностей каркасных бетонов

При изготовлении каркасов наиболее предпочтительным является спо­ соб, разработанный С. М. Ицковичем, применительно к технологии изго­ товления цементных крупнопористых бетонов [103]. По данному способу сначала заполнитель замешивается с заведомо большим количеством це­ ментного теста. Затем смесь подвергается кратковременной обработке на вибросите для отделения излишков связующего, которое возвращается для повторного применения, а оставшаяся на вибросите смесь используется для получения крупнопористого бетона. Этот способ позволяет получить кар­ касную смесь с оптимальным содержанием связующего. В наших испыта­ ниях мы использовали в качестве заполнителя гранитный щебень, который размешивался с заведомо большим количеством связующего, затем масса подвергалась вибрированию на сите в течение 10 с, после чего оставшаяся смесь взвешивалась и определялось требуемое количество связующего. Составы каркасов и пропиточных матриц нами были приняты на основе анализа предыдущих работ. В качестве клея каркаса в экспериментах были использованы: портландцемент М400; эпоксидные смолы марок ЭД-16, ЭД-20; битум марки БН60/90 и жидкое натриевое стекло. Заполнителем служил гранитный щебень фракций 5— 10 мм.

Составы каркасов и матриц представлены в табл. 5.1 и 5.2.

Таблица 5.1

103

Использование полимерных, цементных, полимерцементных, гипсоце- ментно-пуццолановых, битумных, серных некоторых других связующих предполагает проведение процесса их отверждения в естественных услови­ ях или при низкотемпературной обработке. Работа материала с использова­ нием таких связующих осуществляется, как правило, также в естественных условиях.

5.2. Оптимизация гранулометрического состава наполнителей для матричных составов

Одним из возможных направлений регулирования свойств матричной составляющей в композиционных материалах является использование на­ полнителей различной природы и дифракционного состава. С целью опти­ мизации состава матрицы в каркасных бетонах на основе жидкостекольного связующего было изучено влияние добавок следующих микронаполните­ лей: молотый диатомит, пиритные огарки, керамзитовая пыль, известняко­ вая пыль, перлитовая мука, молотый кварцевый песок. Исследуемый состав включал натриевое жидкое стекло — 100 мае. ч., кремнефтористый на­ трий — 18 мае. ч. и микронаполнители различных сочетаний. Исследования были проведены с использованием метода математического планирования эксперимента, позволяющего определить оптимальные составы при значи­

104

тельном сокращении количества опытов. Были разработаны планы, выбра­ ны компоненты, образующие материал, и назначены уровни их варьирова­ ния. Для выполнения эксперимента была использована матрица в виде пла­ на, состоящая из 10 опытов. Для установления пределов варьирования вы­ полнены предварительные эксперименты. В качестве оптимизируемого па­ раметра выбран предел прочности на сжатие. Испытания проводились на образцах-кубах с размером ребра 2 см.

Факторами варьирования являлись: Х| — количество кварцевого песка фракции 0,16—0,315; Х2 и Х3 — количество микронаполнителей. Были из­ готовлены и испытаны образцы следующих составов.

Состав 1; Xj — кварцевый песок (0,16— 0,315 мм), Х2 — кварцевый песок (0,08— 0,16 мм), Х3 — молотый известняк (<0,08 мм).

Состав 2: Х\ — кварцевый песок (0,16—0,315 мм), Х2 — пиритные огарки (0,08— 0,16 мм), Х3 — диатомит (<0,08 мм).

Состав 3: Х| — кварцевый песок (0,16— 0,315 мм), Х2 — пиритные огарки (0,08— 0,16 мм), Х3 — молотый известняк (<0,08 мм).

Состав 4: Xi — кварцевый песок (0,16— 0,315 мм), Х2 — пиритные огарки (0,08— 0,16 мм), керамзитовая пыль (<0,08 мм).

После статистической обработки результатов эксперимента получены уравнения регрессии, характеризующие зависимость оптимизируемого па­ раметра от варьируемых факторов, а также построены графики.

R, =14,6ЛГ, + 13,63ЛГ2+14,55*з -2 2 ,0 7 * ,* 2- 9 ,0 7 * ,* 3 -15,873*2* 3-

-18,5175*,*2(* 1- * 2)-48,1725*1* з (* 1- * з)+

+1, 226*2* з (* 2 - * з)-55,18125*,*2* 3.

Рис. 5.1. Зависимость изменения прочности при сжатии композитов от процентного содержания 3 наполнителей, состав 1

105

Рис. 5.2. Зависимость изменения прочности при сжатии композитов от процентного содержания 3 наполнителей, состав 2

R3 =14,6*, +13,67*2+14,55*3 - 1 6 ,4 * ,* 2 - 9 ,1 * ,* 3 - 0 ,7 6 5 * 2* 3 - - 2 5 ,7 2 * ,* 2 (* , - * 2)- 4 8 ,1 7 (* , - * 3) +

+ 1,17*2*3 (* г - * з ) - 74,43*,* 2* 3.

Омас.ч. ЮОмас.ч.

Рнс. 53 . Зависимость изменения прочности при сжатии композитов от процентного содержания 3 наполнителей, состав 3

106

Омас.ч. ЮОмас.ч.

Рис. 5.5. Влияние фракционного состава крупного заполнителя на прочность каркасов

Наибольшая прочность каркаса достигается при включении фракций заполнителя 5 — 10 мм в количестве 7 мас.ч., 2,5— 5 мм — 23 мас.ч., 1,25 — 2,5 мм— 70 мае. ч.

Анализируя уравнение и графическую зависимость, можно сделать вы­ вод, что использование в системе нескольких фракций заполнителя положи­ тельно влияет на увеличение прочностных характеристик материала. Состав, где соотношение фракций заполнителя составило 0,1:1:0,4 (A'i'JC2jCi), показал увеличение прочности на 15 % по сравнению с составом, где содержание фракции Х 2 составляет 100 %.

5.4.Физико-механические свойства композитов

каркасной структуры

Прочность каркасных бетонов на растяжение при изгибе и сжатие за­ висит от используемого связующего, природы наполнителя и заполнителя, а также интенсивности адгезионного взаимодействия между ними. Каркас­ ные композиты, в отличие от композитов, получаемых путем обычного смешивания компонентов, можно изготавливать на основе комплексных связующих, когда для каркаса и матрицы применяются различные, порой даже несовместимые при непосредственном перемешивании связующие. При этом за счет объединения в композите различных связующих можно достигнуть существенного эффекта. Например, при применении каркасов на цементном связующем в сочетании с силикатной матрицей снижается ползучесть и повышается прочность. Путем применения полимерных кар­ касов можно повысить прочность и долговечность, за счет использования битумных каркасов — улучшить диэлектрические свойства, а также уменьшить стоимость получаемого материала.

109

В этой связи исследование свойств каркасных композитов, составлен­ ных на каркасах с различными связующими и жидкостекольными матрица­ ми, и их оптимизация имеют важное значение.

Исследования различных связующих для каркасов с постоянной сили­ катной матрицей позволили получить каркасные бетоны на комплексных связующих. С целью установления зависимости прочности каркасных бе­ тонов были проведены исследования на образцах в виде балочек размером 40x40х 160 мм. Уплотняли каркасную смесь вибрированием и роликовым уплотнением. Данные испытаний приведены на рис. 5.6—5.9.

Рнс. 5.6. Прочность каркасных бетонов на различных каркасах и жидкостекольной матрице, наполненной перлитом

Матрица: жидкое стекло — 100 мае. ч., КФН — 18 мае. ч., перлит— 100 мае. ч. Каркасы: 1.Цемент М400 — 100 мае. ч., вода— 40 мае. ч.,щебень— 1 700 мае. ч.

2.Жидкое стекло — 100 мае. ч., КФН — 18 мае. ч., щебень — 3 000 мае. ч.

3.Эпоксидная смола ЭД-20 — 100 мае. ч., ПЭПА — 10 мае. ч„ щебень — 2 300 мае. ч.

4.Битум марки БН 60/90 — 100 мае. ч., щебень — 1300 мае. ч.

5.Битум марки БН 60/90 — 100 мае. ч., солярка — 10 мае. ч., щебень — 1 500 мае. ч.

110