Гиперпрессование бетонной смеси позволяет наряду с повышением прочности при сжатии увеличить и прочность на растяжение при раскалывании. В интервале давлений гиперпрессования до 24 МПа рост прочности на растяжение при раскалывании составил порядка 20-30%, причем, увеличение прочности наблюдалось до давления 12 МПа. Дальнейшее увеличение интенсивности гиперпрессования не приводило к росту прочности или же способствовало некоторому ее снижению.
Прежде всего, это связано с тем, что при высокой интенсивности прессования все компоненты бетонной смеси, в том числе воздух и вода оказываются сжатыми, а после снятия давления прессования в ней проявляются растягивающие напряжения, приводящие к увеличению объема уже запрессованного образца и, соответственно, к разуплотнению и снижению прочности гиперпрессованного бетона.
В данной статье рассмотрено влияние дисперсного армирования на прочность и структуру которой располагает гиперпрессованный кирпич. Наиболее перспективным направлением снижения деформации упругого последействия является увеличение начальной прочности гиперпрессованного кирпича. В присутствии волокон происходят более глубокие гидратационные процессы в цементном камне в независимости от используемого для армирования материала. В свою очередь, фибра представляет собой поверхность, на которой происходит формирование прочного слоя структурных новообразований.
Применение дисперсного армирования в гиперпрессованном кирпиче способствует снижению величины деформации упругого последействия за счет увеличения начальной прочности гиперпрессованного кирпича. С этой целью предлагается армирование гиперпрессованной бетонной смеси высокомодульными волокнами (базальтовыми). Для дисперсного армирования применяются базальтовые волокна диаметром 13-17 мкм и длиной 6-18 мм при расходе 1,5 % от массы цемента. Выбор данного типа фибры диктуется ее высокой прочностью, деформативностью, долговечностью и стойкостью к агрессивным средам.
Экспериментальные исследования влияния дисперсного армирования на раннюю прочность гиперпрессованного кирпича были проведены КТН Барановым А.С. на фиброцементе на ранней стадии твердения - 4 часа, 6 часов, 8 часов (рис. 1). Для исследования использовался цемент марки ЦЕМ II/A-K (Ш-П) 42.5 Н. Режим гиперпрессования был принят таким, который используется при изготовлении мелкоштучных изделий: кратковременное гиперпрессование продолжительностью не более 15 с, интенсивностью 6 и 12 МПа. Для сопоставления изготовлены контрольные образцы, не подвергнутые гиперпрессованию, уплотненные вибрированием продолжительностью 15 с.
Рис. 1. Кинетика набора прочности цементного камня на ранней стадии твердения: - - - обычный цементный камень (ЦК); — ЦК, армированный 1,5 % фибровых волокнами; ○ – ЦК в возрасте 4 часов; x – ЦК в возрасте 6 часов; ∆ - ЦК в возрасте 8 часов; ● – ЦК в возрасте 4 часов; * - ЦК в возрасте 6 часов; ▲- ЦК в возрасте 8 часов
Применение высокомодульных волокон при армировании гиперпрессованной цементной смеси позволяет увеличить прочность при сжатии на ранней стадии твердения более чем в 3 раза. Такое увеличение прочности, прежде всего, следует связывать с увеличением плотности гиперпрессованного фиброцемента и тем, что фибра представляет собой «подложку», на границе которой происходит более интенсивный процесс структурообразования, а также упрочнение зоны контакта цементного камня и фибры (рис. 2).
Рис. 2. Новообразование на поверхности базальтового волокна в структуре гиперпрессованного кирпича
Сравнивая структуру фиброцемента и гиперпрессованного фиброцемента (рис. 3) можно констатировать положительный эффект от совместного применения дисперсного армирования и гиперпрессования.
Рис. 3. Структура дисперсно-армированного цементного камня: а) обычного; б) гиперпрессованного
Как видно из рис. 3, в структуре гиперпрессованного фиброцемента практически отсутствуют микротрещины и дефекты. Прежде всего, это обусловлено созданием более плотного материала при гиперпрессовании. Фибра же, воспринимает растягивающие напряжения в результате проявления деформации упругого последействия, и оказывает положительное влияние на структуру и прочностные характеристики цементных бетонов.
Также известно, что базальтовые волокна вступают в химические взаимодействия с растворной частью бетона, вследствие чего, подвергаются коррозионным процессам с частичным разрушением поверхности. Однако, данный процесс имеет затухающий характер и новообразования на границе фибры препятствуют ее дальнейшему разрушению. Все это в совокупности будет оказывать положительное влияние на плотность и прочностные характеристики цементного камня и гиперпрессованный кирпич.
Увеличение прочности при сжатии гиперпрессованного кирпича на ранней стадии, армированного высокомодульными волокнами, не могло не сказаться на прочности при сжатии на более поздней стадии твердения (28 сут.). В кирпиче дисперсное армирование базальтовыми волокнами менее эффективно действует на формирование прочности, чем цементного камня. Это следует связывать с тем, что при одной и той же дозировке по массе цемента их объемное содержание различается.
Для экспериментальных исследований влияния дисперсного армирования на прочность гиперпрессованного кирпича при сжатии были изготовлены 2 серии опытных образцов. В первой серии испытаний применялись 4 вида вяжущего вещества: портландцемент ЦЕМ II/А-К (Ш-П) 32,5Б, ЦЕМ I 42,5 Н, ЦЕМ II/A-K (Ш-П) 42.5 Н, ЦЕМ I 52,5 Н (рис. 3.11 – 3.14). При изготовлении второй серии использовался портландцемент ЦЕМ I 42,5 Н (рис. 3.15). Первая серия образцов изготавливалась из бетонной смеси с добавлением базальтовых волокон, вторая - с добавлением металлической фибры.
Проведенными исследованиями (рис. 4-7, 9) установлено, что армирование смеси базальтовыми волокнами в количестве 1,5% от расхода цемента способствует повышению прочности при сжатии гиперпрессованного кирпича порядка 1,1-1,38 раза. Дальнейшее увеличение их расхода (до 3%) к дальнейшему росту прочности не приводит. С ростом интенсивности гиперпрессования происходит снижение его эффективности.
Рис. 4. Влияние базальтового волокна на прочность гиперпрессованного кирпича (цемент ЦЕМ II/А-К (Ш-П) 32,5Б) при расходе фиброволокна: 1-0%; 2-1,5%; 3-3%
Рис. 5. Влияние базальтового волокна на прочность гиперпрессованного кирпича (цемент ЦЕМ II/A-K (Ш-П) 42.5 Н) при расходе базальтовой фибры: 1-0%; 2-1,5%; 3-3%
На интервал от 0 до 12 МПа приходится больше половины прироста прочности гиперпрессованного фибробетона. Наибольший эффект от применения дисперсного армирования в гиперпрессованных кирпичах наблюдается в интервале давлений от 12 до 24 МПа. При этом увеличение плотности составило примерно от 0,4 до 2,5% для разных марок цемента.
Рис. 6. Влияние базальтового волокна на прочность гиперпрессованного кирпича (цемент ЦЕМ I 42,5 Н) при расходе фибры: 1-0%; 2-1,5%; 3-3%
Рис. 7. Влияние величины давления гиперпрессования и расхода базальтового волокна на прочность кирпича (ЦЕМ I 52,5 Н) при расходе базальтового волокна: 1-0%; 2-1,5%; 3-3%.
Для сопоставления, помимо базальтовых волокон, были проведены экспериментальные исследования влияния металлической фибры на прочность гиперпрессованного бетона при сжатии (рис. 8, 9).
Как и в гиперпрессованном базальтовом фибробетоне, в гиперпрессованном сталефибробетоне наибольшее увеличение прочности наблюдается при среднем расходе волокон (10% от расхода цемента). Увеличение количества дисперсной арматуры свыше 10% к дальнейшему росту прочности не привело. Что, по-видимому, следует связывать с «переармированием» гиперпрессованного кирпича. Увеличение прочности сопоставимо с гиперпрессованным базальтовым фибробетоном и составляется порядка 1,4 раза. При этом наблюдался рост плотности примерно до 10%.
Рис. 8. Влияние металлических волокон на прочность гиперпрессованного кирпича (цемент ЦЕМ I 42,5 Н) при расходе стальной фибры: 1-0%; 2-10% от расхода цемента; 3-20%
Таким образом применение как базальтовых, так и металлических волокон в гиперпрессованном кирпиче способствует активному формированию его прочности при сжатии. Нормально ориентированные к растягивающим напряжениям волокна воспринимают их, способствуя тем самым росту прочности бетонных кирпичей.
Увеличение прочности гиперпрессованного бетона при сжатии при применении дисперсного армирования не могло не отразиться на его прочности на растяжении при раскалывании.
Рис. 9. Влияние дисперсного армирования на прочность и плотность гиперпрессованного кирпича
Для экспериментальных исследований влияния дисперсного армирования на прочность гиперпрессованного кирпича на растяжение при раскалывании были изготовлены 2 серии опытных образцов (рис. 10).
Рис. 10. Влияние дисперсного армирования на прочность гиперпрессованного кирпича на растяжение при раскалывании и его плотность
Первая серия образцов изготавливалась из бетона с добавлением базальтовых волокон (рис. 11, 12), вторая - с добавлением металлической фибры (рис. 13).
Результаты экспериментальных исследований (рис. 10) показали , что повышение мгновенной прочности при применении дисперсного армирования способствует сглаживанию эффекта от проявления деформации упругого последействия. В гиперпрессованном кирпиче при интенсивности свыше 12 МПа наблюдается снижение прочности на растяжение при раскалывании. Тогда, как в гиперпрессованном фибробетоне прослеживаются тенденции к ее повышению. Увеличение количества как базальтовых, так и металлических волокон к дальнейшему росту прочности на растяжение при раскалывании не приводит (рис. 11-13). Наибольший эффект упрочнения приходится на интервал давлений гиперпрессования от 12 до 24 МПа. С ростом интенсивности гиперпрессования эффективность от введения фибры повышается. Так, применение дисперсного армирования в гиперпрессованных кирпичах позволяет повысить их прочность на растяжение при раскалывании примерно в 1,15-1,2 раза.
Таким образом, дисперсное армирование не только препятствует деструктивным процессам структуры гиперпрессованных кирпичей, но и способствует повышению их прочностных характеристик.
Рис. 11. Прочность бетона (ЦЕМ II/А-К (Ш-П) 32,5Б) на растяжение при раскалывании: 1 – гиперпрессованного неармированного бетона; 2 – гиперпрессованного бетона, армированного базальтовыми волокнами с расходом 1,5%; 3 – тоже, с расходом 3%
Рис. 12. Прочность бетона (ЦЕМ I 42,5 Н) на растяжение при раскалывании: 1 – гиперпрессованного неармированного бетона; 2 – гиперпрессованного бетона, армированного базальтовыми волокнами с расходом 1,5%; 3 – тоже, с расходом 3%
Рис. 13. Прочность на растяжение при раскалывании бетона (ЦЕМ I 42,5 Н): 1 – гиперпрессованного неармированного бетона; 2 – гиперпрессованного бетона, армированного металлическими волокнами с расходом 10% от расхода цемента; 3 – тоже, с расходом 20%
