Строительство и архитектура/4. Современные строительные материалы

Андреева А.В

Институт проблем нефти и газа СО РАН, г. Якутск, Россия

Модификация глинистого сырья в условиях холодного климата

Модификация, глинистое сырье, влагопоглощение, морозостойкость, прочность при сжатии.

Для регионов холодного климата важны не только механические свойства материалов модифицированных сухой бетонной смесью «Ремстрим-100» с полимерной фиброй (Россия) строительного назначения, но и такие показатели как, влаго- и морозостойкость. В связи с этим были проведены исследования по определению влагопоглощения и морозостойкости. Для исследований были изготовлены образцы с диаметром и высотой 50 мм на технологическом оборудовании, разработанном в Институте неметаллических материалов СО РАН [1]. следующего состава: опилки – 5 масс. %, глина – 80 масс. %, цемент – 3 масс. % и вода – 12 масс. %. Время естественной сушки – 28 суток. Давление прессования составляло 10 МПа.

Проведение исследований строительных материалов из глинистого сырья по существующему стандарту ГОСТ 7025-91 не представлялось возможным из-за растворения и размягчения образцов при выдержке их в воде. Поэтому, определение влагопоглощения, скорости сорбции воды оценивали при выдержке образцов в среде с относительной влажностью воздуха 98 %. Увлажнение проводили в эксикаторах над насыщенным раствором соли CuSO₄ ∙ 10H₂O. Для определения морозостойкости материала был использован оригинальный метод, позволяющий в короткие сроки получить оценку морозостойкости материала [2].

Физической основой метода является наличие корреляционной зависимости между изменением поврежденности, пористости материала и его сорбционной емкости или скорости водопоглощения. Степень морозостойкости материала определяли по соотношению двух величин:

Q = W_вт / W_исх, где

Q – степень морозостойкости; W_вт – скорость влагопоглощения образца после промораживания его в увлажненном состоянии и последующей сушки, %; W_исх – скорость влагопоглощения образца в исходном состоянии в среде с относительной влажностью 98 %.

Меньшее значение Q соответствует большей устойчивости материала к одновременному воздействию влаги и низких температур или морозостойкости [3].

Определяли кинетическую кривую десорбции исходных образцов до момента влагопоглощения - 1 цикл (рис.5). Анализ показывает, что основное количество влаги удаляется в первые пять суток, при этом влажность снижается почти на 40 %.

Далее высушенные образцы подвергались увлажнению. Анализ полученных экспериментальных данных показал, что величина влагопоглощения увеличивается линейно с увеличением времени и достигает равновесного значения по истечении 77 суток. Скорость сорбции максимальна в течение первых 7 суток, при этом величина влагопоглощения стабилизированных образцов снижается в 1,6 раза по сравнению с исходными (рис.6). Далее влагонасыщенные образцы промораживали в климатической камере при температуре -60°С в течение 4 часов, после чего снимали кривую десорбции образцов (рис. 5).

Анализ проведенных экспериментальных данных показал, что образцы, промороженные в увлажненном состоянии достигают постоянного веса по истечении 3х недель. Наибольшая скорость десорбции наблюдается в первые 7 суток. Наличие прямого участка на кривой говорит о линейном падении влажности. Затем образцы вновь насыщали влагой (2 цикл). Сопоставляя, первоначальные скорости влагонасыщения исходных образцов W_исх и образцов, подвергшихся воздействию низкой температуры W_вт, определяли степень морозостойксоти (Q). Критерием оценки морозостойкости является изменение скорости влагопоглощения на начальном участке кривой сорбции.

Анализ результатов проведенных исследований показал, что скорость влагопоглощения и максимальное равновесное влагопоглощение совпадают для двух кривых исходного и промороженного образцов обоих составов. Совпадение кинетических кривых свидетельствует об отсутствии разрушении материалов в результате промораживания во влагонасыщенном состоянии. Скорость влагопоглощения исходных материалов равна скорости влагопоглощения образцов, промороженных в увлажненном состоянии, поэтому коэффициент морозостойкости для стабилизированных образцов близок к единице (рис.6).

Проведенные испытания показали: плотность разработанного материала ниже в среднем на 30 %; прочность при сжатии возрастает на 41 %; водопоглощение снижается в среднем в 1,6 раза; теплопроводность – примерно снижается на 30,5 %.

Литература:

1. Попов С.Н., Степанов И.И., Черский И.Н. Оборудование для полусухого прессования мелкоштучных строительных материалов // Неметаллические материалы и конструкции для условий Севера. – Якутск: ЯНЦ СО РАН, 1996. – С.81-87.

2. Патент 2090876 РФ, МКИ 84 с. Способ определения морозовлагостойкости спрессованных дисперсных изделий / Игошин в.А., Егоров Е.Н., Иванова Т.Н., Старженецкая Т.А., виноградов А.В. (СССР). – 6 с.

3. А.С 1481657 СССР, МКИ 84 с. Способ определения морозостойкости гидрофильных материалов / Старженецкая Т.А., Булманис В.Н., Попов Н.С. (СССР). – 8 с.