Строительство и архитектура/4. Современные строительные материалы

Иноземцев А.С., к.т.н., м.н.с.

НОЦ «Наноматериалы и нанотехнологии», НИУ МГСУ, Россия

Модель высокопрочных легких бетонов с повышенными эксплуатационными свойствам. Часть 3 – Анализ результатов*

* Работа выполнена при поддержке Гранта Президента РФ молодым российским ученым – кандидатам наук МК-5950.2015.8

Технология высокопрочных легких бетонов без применения модификаторов не позволяет в полной мере реализовать потенциал используемых в их составе компонентов, поэтому оптимизация структуры на микроуровне за счет введения добавок или использования модификаторов является актуальной научно-практической задачей для реализации этой технологии в строительстве.

В работах [1-2] представлены модели высокопрочного легкого бетона, полученного с применением различных технологии модифицирования структуры: применение наномодификатора в качестве интенсификатора процессов схватывания и твердения на границе раздела фаз «полый наполнитель – цементно-минеральная матрица» и использование микродисперсных полипропиленовых волокон для укрепления и стабилизации цементно-минерального каркаса. Анализ полученных зависимостей позволит оценить преимущества и недостатки различных методик модифицирования и сформулировать оптимальные диапазоны концентраций для основных рецептурных факторов.

Экспериментально-статистические модели получены для реологических (диаметр расплыва Д_р) и физико-механических (предел прочности при изгибе R_изг и сжатии R_сж, коэффициент трещиностойокости k_тр) свойств наномодифицированного высокопрочного легкого и высокопрочного легкого фибробетона:

;	(1)
;	(2)

;	(3)
;	(4)

;	(5)
;	(6)

;	(7)
;	(8)

где X₁ – количество прекурсора для наномодификатора (варьируемый диапазон α = 1,0…1,5) или количество полипропиленовой фибры (варьируемый диапазон C_ф = 0,2…0,6), X₂ – концентрация пластификатора (варьируемый диапазон C_д = 0,8…1,2).

Анализ уравнений (1) и (2), описывающих влияние исследуемых факторов на подвижность бетонной смеси, свидетельствует о том, что приготовление состава высокопрочного легкого фибробетона с требуемым значением диаметра расплыва возможно при меньшем расходе пластифицирующей добавки. На это указывает значение коэффициент B₀ в каждом из уравнений. Видно, что влияние наноразмерного модификатора на основе золя гидроксида железа и кремниевой кислоты имеет более негативный характер, чем при использование полипропиленовой фибры. Это связано с большей водопотребностью полых микросфер, обработанных кремнеземсодержащим наномодификатором. По коэффициенту B₂ и B₂₂ видно, что в составах с полипропиленовой фиброй эффективность пластификатора выше, а значит и расход этой добавки будет меньше для достижения заданной подвижности бетонной смеси. Однако отметим, что избыточное введение фибры в состав высокопрочного легкого бетона приводит к более существенному снижению подвижности, чем при введении наномодификатора с увеличенным расходом.

По уравнениям (3-6), характеризующим изменение прочностных характеристик исследуемых бетонов от выбранных рецептурных факторов, прослеживается закономерная зависимость от свойств бетонной смеси. Так менее подвижные смеси при равном расходе пластифицирующей добавки будут иметь меньшую величину предела прочности при изгибе и сжатии. Видно (уравнение 3), что влияние наномодификатора и пластификатора в значительной степени не приводит к изменению предела прочности при сжатии, нивелирую взаимные положительные и отрицательные эффекты. При этом очевидно положительное влияние наномодификатора на предел прочности при сжатии высокопрочного легкого бетона (уравнение 5). В исследуемом диапазоне расхода варьируемых факторов возможно получение высокопрочного легкого бетона с пределом прочности при сжатии R_сж более 50 МПа и пределом прочности при изгибе R_изг не менее 2,7 МПа. По коэффициентам B₁ и B₂ в уравнениях (4) и (6) можно заключить, что совместное введение полипропиленовой фибры и пластификатора в состав высокопрочного легкого бетона приводит к увеличению на 15…20 % предела прочности при изгибе и 7…15 % предела прочности при сжатии в пределах варьируемых диапазонов. При этом высокопрочные легкие бетоны обладают такой подвижностью, которая позволяет сформировать плотную структуру бетона с высокими прочностными характеристиками: предел прочности при изгибе – более 2,8 МПа, предел прочности при сжатии – более 58,0 МПа.

Сравнение коэффициентов в уравнении (7) и (8) показывает, что влияние как наномодификатора, так и пластификатора на коэффициент трещиностойкости имеет отчетливо положительный характер, чем влияние фибры. Такая закономерность связана, прежде всего, с тем, что коэффициент трещиностойкости является производной от прочностных параметров величиной. Поэтому меньшее влияние наномодификатора на эти параметры в меньшей степени сказывается на изменение коэффициента трещиностойкости.

Таким образом, получены модели для наномодифицированного высокопрочного легкого бетона и высокопрочного легкого фибробетона, описывающие изменение подвижности бетонной смеси (по диаметру расплыва) и прочности (при изгибе и сжатии) высокопрочного легкого бетона от управляющих рецептурных фактор (количества модификатора и пластификатора). Показано, что использование полипропиленовой фибры наиболее обосновано для реализации технологического потенциала рецептуры высокопрочного легкого бетона, чем применение наноразмерного высокопрочного легкого бетона с наномодифицированными золем гидроксида железа и кремниевой кислоты полыми микросферами.

Литература:

1. Бикмаева А.К., Иноземцев А.С. Модель высокопрочных легких бетонов с повышенными эксплуатационными свойствам. Часть 1 – Наномодифицирование // Материалы XII Международной научно-практической конференции «Динамика современной науки – 2016», г. София, Болгария, 2016. Т. 3. С. 51-56.

2. Бикмаева А.К., Иноземцев А.С. Модель высокопрочных легких бетонов с повышенными эксплуатационными свойствам. Часть 2 – Микродисперсное армирование // Материалы XI Международной научно-практической конференции «Известия академической науки – 2016», г. Шеффилд, Великобритания, 2016. Vol. 5. С. 59-64.