Цементные композиции повышенной коррозионной стойкости, армированные базальтовыми волокнами

А.В. БУЧКИН, инженер, В.Ф.СТЕПАНОВА, д-р техн. наук, ФГУП «НИЦ «Строительство» филиал НИИЖБ (Москва)

Научно-технический и производственный журнал «Строительные Материалы», июль 2006. Стр.  82-83.

Фибробетон – дисперсно-армированный композиционный материал, упрочненный короткими волокнами (фибрами), равномерно распределенными по объему. Такой бетон отличается высокими эксплуатационными свойствами, особенно повышенной прочностью при изгибе и растяжении, ударной прочностью и трещиностойкостью.

За рубежом и в России уделяется большое внимание развитию технологии фибробетона, в основном стекло-фибробетона, изучению и улучшению его физико-технических и деформативных характеристик [1-3].

Однако недостаточная изученность стойкости волокон в цементной матрице бетона ограничивает область и объем применения фибробетона в строительстве, несмотря на то, что использование неметаллических волокон исключает ряд проблем, связанных с коррозией стальных фибр. Из неметаллических волокон наиболее доступными по экономическим показателям являются стеклянные и базальтовые волокна. Одним из способов повышения стойкости стеклянной фибры является применение щелочестойкого волокна с высоким содержанием оксида циркония. Однако высокая стоимость и сложность технологии его получения сдерживает его применение.

В последние годы повышенный интерес в строительной индустрии проявляется к использованию базальтовых горных пород в производстве различных материалов и изделий, в том числе базальтовых волокон для дисперсного армирования бетона. Базальтовое волокно отличается не только своими высокими физико-механическими свойствами (табл. 1), но и повышенной химической стойкостью, температуро-, свето- и атмосферостойкостью и, что немаловажно, простотой технологии производства, невысокой стоимостью и экологической безопасностью.

Таблица 1

Исследованиями [4, 5] установлено, что все минеральные волокна независимо от химического состава вступают в химическое взаимодействие с растворами, имитирующими среду твердеющего бетона на портландцементе. По химической стойкости, определяемой по количеству поглощенного СаО, растворившегося SiO₂, связанных щелочей и изменению прочности, минеральные волокна можно выстроить в ряд: бесщелочное> щелочное> кварцевое> базальтовое> циркониевое. Исследования базальтового волокна (БВ) выполнялись зарубежными и отечественными организациями, например лабораторией базальтовых волокон (ЛБВ) Института материаловедения АН Украины, НИИЖБ, ЦНИИПромзданий, ЛатНИИстроительства, АрмНИИСВ, Basaltex Masureel Group, Department of Textiles (Ghent University Belgium) и др. Однако имеющиеся данные исследований о коррозионной стойкости базальтового волокна в цементных матрицах носят частный и противоречивый характер, что, в свою очередь, создает затруднение для широкого использования цементнобазальтовых композитов в строительстве.

Базируясь на накопленном опыте исследований в области фибробетона, НИИЖБ проводит работу по созданию цементных композиций, армированных базальтовым волокном, обладающих высокими физико-механическими характеристиками и повышенной коррозионной стойкостью, в том числе при эксплуатации в агрессивных средах. Основными направлениями являются: отработка технологии введения базальтового волокна в цементную матрицу; снижение пористости; стабилизация физико-механических свойств; отработка составов смеси для получения базальтофиброкомпозитов, повышенной прочности, малой проницаемости с улучшенными деформативными характеристиками.

Равномерное распределение волокон по объему матрицы – одно из проблемных мест в технологии приготовления базальтофибробетона. В то же время решение этого вопроса позволит получить фиброкомпозиты с высокими эксплуатационными характеристиками и высокой долговечностью.

В настоящее время в лаборатории коррозии и долговечности бетонных и железобетонных конструкций НИИЖБ при сотрудничестве с ОАО «Мосспецпромпроект» отработана технология введения в смесь базальтового волокна с равномерным распределением элементарных волокон по объему бетонной матрицы. Параллельно проводится подбор и оптимизация составов цементно- базальтовых композиций с различными сроками твердения. Полученные результаты приведены в табл. 2          .

Таблица 2

Морозостойкость базальтокомпозита соответствует марке F300, марка по водонепроницаемости составляет W> 16.

Имеющиеся в настоящее время в ассортименте химические добавки как зарубежного, так и отечественного производства позволяют в широком диапазоне регулировать свойства растворных и бетонных смесей: сроки твердения, подвижность и реакционную способность цементной среды по отношению к базальтовому волокну, обеспечив его стойкость в цементных системах [6].

Проводятся также исследования базальтофиброрастворов и базальтофибробетонов с использованием добавок регуляторов твердения бетонной смеси. Полученные результаты подтверждают возможность получения требуемой прочности композита на вторые, третьи сутки твердения, что очень важно при использовании их в ремонтных составах.

Проводятся исследования по оценке развития коррозионных процессов базальтового волокна в цементной матрице и оценке долговечности материала.

В основу оценки долговечности положена методика А.А. Пащенко, в которой усовершенствован численный расчет скорости взаимодействия компонентов базальтовых волокон с компонентами матрицы. Расчеты, сделанные по усовершенствованной методике, показывают, что достоверно можно прогнозировать долговечность композита до 100 лет.

Приведенные выше данные, а также результаты коррозионных исследований позволят определить рациональные области применения цементно-базальтовых композитов повышенной коррозионной стойкости, нормируемой долговечности с обоснованием экономической целесообразности.

Список литературы

1.     Стеклофибробетон в строительстве: материалы семинара. М.: Центральный Российский Дом знаний. 1992. 354 с.

2.     Shuaib H., Ahmad George С, HoffMorris Schupack State- of-the-Art Report on Fiber Reinforced Concrete. Reported by ACI Committee 544, MCP2004.

3.     Velde K., Kiekens P., Van Langenhove L. Basalt fibers as reinforcement for composites// Van de Department of Textiles, Ghent University, Technologiepark 907, B- 9052 Zwijnaarde, Belgium.

4.     Разработка технологии, конструкторской документации, изготовление и испытания опытно-промышленных партий композитных (стеклопластиковых и других видов) соединителей слоев бетона и трехслойных стеновых панелей. М.: НИИЖБ. 1999. С 34-46.

5.     Пащенко А.А. Армирование неорганических вяжущих веществ минеральными волокнами. Наука - строи тельному производству. М.: Стройиздат. 1988.382 с.

6.     Розентааь Н.К., Чехний Г.В. Коррозионно-стойкие бетоны особо малой проницаемости // Бетон и железобетон. 1998. №1. С. 27-29.