ПРОБЛЕМЫ ПРИГОТОВЛЕНИЯ БАЗАЛЬТОФИБРОБЕТОННЫХ РАСТВОРОВ

Одним из способов повышения прочностных свойств бетона является введение на стадии формования базальтовой фибры

Столь далекие от теоретически возможных значений прочности обусловлены рядом факторов. Наиболее важным является достижение равномерности распределения волокон в бетоне. Так, в работе

Также важным фактором, влияющим на прочность фибробетона, является прочность сцепления волокон с цементным камнем. Механизмы сцепления могут быть как сугубо механическими, так и иметь химическую природу. Технология производства фибры включает в себя нанесения на их поверхность органических замасливателей. Очевидно, что наличие замасливателя существенно влияет как на процессы перемешивания так и на сцепление фибр с бетоном, а также на их коррозионную стойкость. Так, в работе

Однако в большинстве работ слабо рассмотрено влияние нанесения покрытий на прочность сцепления волокон с цементной матрицей и механизмы разрушения образцов при нагружении. В настоящей работе рассматриваются различия некоторых свойств базальтофибробетона с фибрами без защитных покрытий и с таковыми.

Для приготовления образцов использовались базальтовые фибры Cemmix длиной 12 мм, диаметром 15 мкм, песок строительный сеяный ООО «Диола», фракция до 1,2мм, портландцемент ООО «Ачинский цемент» ЦЕМ II/А-Ш 32,5Б. Одновременно формовались три образца-балочки 40×40×160 мм. Состав компонентов на один замес: песок 1000 г, цемент 500 г, вода 250 мл, фибры 10 г. Использовались три вида фибр: а) в промышленном замасливателе; б) выдержанные 24 часа в 10% растворе NaOH; в) выдержанные 24 часа в 10% растворе NaCl. После выдерживания фибры промывались дистиллированной водой и высушивались в естественных условиях.

Для улучшения равномерности распределения фибр в мелкозернистом бетоне применялись два способа: а) одновременное перемешивание всех компонентов миксером с двойной насадкой (со встречным вращением); б) предварительный помол цемента с фибрами в ножевоймельнице длительность 5 и 10 с (одна загрузка цемента 50 г и фибр 1 г).

Образцы твердели в нормальных условия 28 суток, после чего определялся предел прочности на растяжение при изгибе.

С помощью оптического микроскопа были получены изображения фибр до и после обработки щелочью и кислотой, рис. 1.

На необработанных фибрах видны неравномерно распределенные пятна замасливателя. На фибрах, обработанных щелочью замасливателя практически не наблюдается. После обработки кислотой замасливателя также нет, но изменился цвет фибр: он стал более светлым.

Рисунок 1 - Микрофотографии фибр

Примечание: А) без обработки; Б) выдержанные в растворе NaOH; В) выдержанные в растворе NaCl

DOI:10.60797/mca.2024.51.2.1

Изображение партий обработанных фибр показано на рис. 2. Видно, что после обработки кислотой фибры равномернее распушены. Объем, занимаемый фибрами значительно увеличился по сравнению с исходным.

Рисунок 2 - Фибры, обработанные кислотой и щелочью

Примечание: А) обработанные кислотой; Б) обработанные щелочью

DOI:10.60797/mca.2024.51.2.2

На рис. 3 показаны образцы фибр, смоченных водой. Необработанные фибры хорошо впитали воды. Необходимо отметить, что они образуют блоки из большого количества плотно упакованных волокон с продольным расположением. Фибры, обработанные щелочью, хуже впитывают воду, а фибры, обработанные кислотой, практически не смачиваются. Также было установлено, что предварительная промывка фибр водой не приводила к удалению замаслевателя с их поверхности.

Рисунок 3 - Примеры смачивания фибр водой

Примечание: А) не обработанные; Б) обработанные щелочью; В) обработанные кислотой

DOI:10.60797/mca.2024.51.2.3

В процессе перемешивания смеси с фибрами было выявлено значительное уменьшение подвижности обработанных фибр, особенно кислотой, что может быть объяснено их большей «распушенностью» и гидрофобностью. Однако использование погружного миксера с двойной насадкой позволяет улучшить равномерность распределения волокон в растворе. На рис. 4(а) видны блоки «нераспушенных» фибр в растворе при стандартном замешивании, тогда как на рис. 4(б) такие блоки практически отсутствуют.

Рисунок 4 - Фотографии раствора с фибрами

Примечание: А) после замешивания лопаткой; Б) после замешивания миксером с двойной насадкой

DOI:10.60797/mca.2024.51.2.4

Также для «разбивания» блоков необработанных фибр был применен способ их предварительного помола с цементом в ножевой мельнице. На рис. 5 представлены изображения типичных поверхностей разрушения различных образцов после испытаний. На поверхности образцов перемешанных традиционным способом видны выходы отдельных блоков нераспушенных фибр. После перемешивания миксером с двумя насадками значительно уменьшилось количество таких блоков. На образцах, в которых фибры предварительно были перемолоты с цементом, блоков фибр не наблюдается. С другой стороны, на этих образцах практически не видны и одиночные фибры, особенно в случае более длительного помола (10 с). Это может быть объяснено не только разрывом фибр при разрушении, но и их меньшей длиной в результате помола.

Рисунок 5 - Образцы после разрушения

Примечание: А) раствор перешивался миксером; Б) раствор перемешивался лопаткой; В) состав с предварительным помолом

DOI:10.60797/mca.2024.51.2.5

В таблице приведены результаты испытаний образцов. В целом можно сделать заключение что, прочность образцов с предварительным помолом цемента оказалась выше на 5-15%, что может быть объяснено увеличением активности самого цемента в связи с ростом удельной поверхности зерен. При этом более длительный помол (10 с) с фибрами привел к снижению прочности до значений неармированных образцов, по-видимому, из-за значительного помола самих фибр. Наибольшая прочность оказалась у образцов с помолом длительностью 5 с.

Что касается использование обработки фибр щелочью и кислотой, то прочность образцов с такими фибрами наоборот снизилась до 5% по сравнению с неармированными образцами. А использование необработанных фибр привело к увеличению прочности лишь на те же 5%. Предполагалось, что обработка фибр приведет не только к удалению замаслевателя, ухудшающего прочность сцепления, но и за счет создания неровностей на поверхности приведет к ее увеличению. Необходимо отметить, что характер разрушения базальтофибробетонных образцов не отличался от разрушения неармированного бетона, а именно разрушение было хрупким, без типичной «полки» пластичного разрушения, характерного для дисперсно-армированного бетона. С другой стороны, не наблюдалось и «выдергивания» значительного количества фибр при разрушении. Некоторая парадоксальность результатов снижения прочности с увеличением дисперсности распределения волокон указывает на отсутствие их совместной работы с матрицей. Фактически базальтовые фибры как бы вносят участки дефектов в бетон.

Таким образом, вопрос о целесообразности использования базальтовой фибры именно для увеличения предела прочности на растяжение бетона, на наш взгляд, остается открытым. Необходимо отметить, что теоретические прогнозы, основанные на значениях модуля упругости волокон и их предела прочности не совсем обоснованы, так как приводимые в литературе значения относятся возможно к самому начальному модулю упругости, а предел прочности волокон достигается при значительных удлинениях, не доступных для бетонной матрицы. Поэтому дальнейшую корректировку способов использования таких фибр в бетоне можно будет сделать только после полных дополнительных исследований механических свойств волокон, а также непосредственных экспериментов по определению их прочности сцепления с цементным камнем.