Исследование влияния базальтового наполнителя на прочностные свойства цементного камня (базальтофиброцемента)

При исследований влияния дисперсного армирования на свойства цементного камня и бетона, наибольший интерес вызывают физико-механические свойства. В данном разделе рассмотрены прочностные и деформативные свойства пластифицированного цементного камня, модифицированного наполнителем и армированного базальтовым волокном.

Рис. 3.3. Кинетика набора прочности цементного камня, армированного базальтовым волоком. (НГЦТ=const)

Рис. 3.4. Кинетика набора прочности цементного камня, армированного базальтовым волоком. Составы получены при постоянном водоцементном отношении (В/Ц=0,25). Цифры у кривых показывают процент БВ от массы Ц.

Влияние базальтового волокна на прочность при сжатии цементного камня оценивалось на образцах кубах размером 2x2x2 см, приготовленных из цементного теста, как нормальной густоты, так и при постоянном водоцементном отношении. За исследуемый параметр было принято процентное содержание волокна в смеси, принимаемое по массе от навески цемента. Результаты представлены на рис. 3.3., 3.4.

Как видно из рис. 3.3 наибольшую прочность цементный камень имеет при 4% содержании волокна — прирост прочности во все сроки твердения превосходит контрольный. На 3 сутки нормальных условий хранения цементного камня прирост прочности по сравнению с контрольным составом без волокна составляет 28% (73 МПа), на 7 сутки — 32% (84 МПа), на 28 сутки — 34% (98 МПа). Несмотря на увеличение водоцементного отношения с 0,24 (нормальная густота контрольного состава без волокна) до 0,26 (при 4% содержании волокна в цементном тесте) происходит увеличение прочности. Следует отметить, что при увеличении времени выдержки в нормальных условиях хранения прирост прочности по сравнению с контрольным составом увеличивается, что позволяет сделать вывод об увеличении прочности сцепления цементного камня с базальтовым волокном и более полного использования волокна в цементном камне. В составах с содержанием волокна 5 и 6% наблюдается снижение прочности из-за значительного увеличения водоцементного отношения до 0,28 и 0,33 соответственно.

Рис. 3.4. отображает кинетику твердения цементного камня армированного базальтовым волокном при неизменном водоцементном отношении. Все образцы изготавливались при постоянном водоцементном отношении 0,25. Наибольшую прочность при таких условиях формирования показал состав с 3% содержанием волокна от массы цемента. Прочность состава с 3% содержанием волокна составила на 3 сутки — 59 МПа, 7 сутки — 71 МПа, 28 сутки — 85 МПа, что превосходит контрольный состав без волокна на 8%, 16%, 19% в соответствующие сроки твердения. В составах с 4% и 5% содержанием волокна при неизменном водоцементном отношении (В/Ц=0,25) наблюдалось комкование фибры, вследствие чего ухудшалась формуемость образцов и уменьшалась их плотность (табл. 3.1).

Таблица 3.1.

Влияние БВ на удобоукладываемость ц.т. и плотность цементного камня.

Влияние базальтового волокна на прочность при изгибе цементного камня приведен на рис. 3.5. Как свидетельствуют результаты исследований введение базальтового волокна в состав цементного камня существенно повышает его прочность при изгибе. При введении базальтового волокна в количестве 3% от массы вяжущего прочность цементного камня на изгиб повышается более чем в 2 раза.

Рис. 3.5. Влияние базальтового волокна на прочность цементного камня при изгибе

Влияние пластификаторов на физико-механические характеристики цементного камня армированного базальтовым волокном оценивалось на образцах балочках размерами 20×20×80мм и образцах кубах размерами 20×20×20мм. Выбор пластифицирующих добавок производился по их составу. Был выбран наиболее доступный суперпластификатор на основе продуктов конденсации нафталинсульфокислоты С-3, производства фирмы ПОЛИПЛАСТ (Россия).

С целью выявления наиболее эффективных дозировок суперпластификатора С-3 образцы изготавливались при 4% содержании базальтового волокна от массы цемента. Процедура подготовки компонентов соответствовала наиболее оптимальной, согласно рекомендациям [51]. Оценка подвижности составов производилась по расплыву стандартного конуса. Расплыв стандартного конуса, соответствующий нормальной густоте цементного теста по прибору Вика, составляет 94−95см. С целью определения оптимальной дозировки был выбран интервал содержания пластификатора от 0% до 3% с шагом 0,5% от массы цемента.

Результаты исследования представлены на рис. 3.6−3.7.

Как видно из графиков 3.6−3.7 на 3-й и 28-е сутки твердения образцов в нормально влажностных условиях наибольшую прочность при сжатии показал состав с 2,0% -ным содержанием суперпластификатора С-3 и 4%-ным базальтового волокна от массы цемента. Прочность его на 3-й сутки составила 105 МПа, а на 28-е сутки — 147 МПа, что на 62% и на 67% превосходит контрольный состав с 2,0% содержанием С-3 в соответствующие сроки твердения. Как видно из графиков прирост прочности над контрольным составом с течением времени увеличивается, что говорит о более полном использовании волокон с увеличением прочности самой матрицы. Однако следует отметить, что разница в увеличении прочности в составах с 1,5 и 2,0%-ным содержанием суперпластификатора С-3 составляет 3%, что говорит о пределе пластифицирования цементного теста, который возможно достигнуть при использовании данного вида суперпластификатора с учетом оптимального способа его введения.

Рис. 3.6. Прочность на сжатие пластифицированного (С-3) базальтофиброцементного камня в возрасте 3 суток

Рис. 3.7. Прочность на сжатие пластифицированного (С-3) базальтофиброцементного камня в возрасте 28 суток