Подпишитесь на наши новости.

Email:


Подписаться

Гербер Денис Владимирович, Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева; Научный руководитель – докт. техн. наук, проф. Ю.Р. Кривобородов; «Исследование влияния наномодифицированных волокон на свойства композиционных материалов с цементной матрицей»

Аннотация

Методика армирования волокнами давно используется в технологии бе­тонов. Различные проблемы, связанные с обработкой и методом производства, заставляют искать новые виды волокон. В данной работе представлены исследо­вания свойств бетонов армированных различными видами волокон: полиакри­лонитрильным (ПАН) волокном, углеродным волокном и модифицированным углеродным волокном.

Ключевые слова: бетон; наномодифицированные волокна; микроармиро­вание.

Важнейшей задачей при производстве любого композиционного матери­ала является достижение изотропности его свойств в объеме. Так и для бетонов одной из главных задач является обеспечение гарантированного качества с одно­родными свойствами в любом сечении конструкции.

Волокна (фибра) являются эффективными армирующими компонента­ми, распределяющимися по всему объему изделия. Одной из первоначальных функций фибры является уменьшение микро- и макротрещин. Микро- и макро­трещины различной глубины образуются в результате усадки и сокращают срок службы. Таким образом, уже до начала использования бетонная конструкция будет иметь трещины, которые служат основными каналами для атмосферно­го и химического воздействия (CO2, SO2, Cl-, вода) и началом разрушения бето­на. Чем больше трещин, тем легче происходит карбонизация бетона и окисление стальной арматуры, что приводит к преждевременному разрушению основных составляющих бетонной конструкции.

 1

В технологии бетонов нашли широкое применение стальная фибра и сте­кловолокно [1]. Существует также опыт применения полимерных волокон, на­пример на основе полипропилена. Некоторые характеристики волокон приве­дены в табл. 1.

При всех положительных тенденциях дисперсное армирование бетонов все же имеет ряд недостатков. В частности, стальная фибра обладает тем же не­достатком, что и стальная арматура: она подвержена коррозии, стекловолокно растворяется в щелочной среде, а полипропиленовая фибра имеет крайне низ­кую адгезию к цементной матрице. По этой причине поиск новых материалов для микроармирования, лишенных недостатков традиционно используемых волокон, представляет интерес для технологии композиционных материалов на портландцементной основе.

ПАН-волокно нашло свое применение при производстве строительных материалов благодаря высокой адгезии к цементной матрице. Например, ком­пания BASF уже много лет применяет ПАН-фибру в производстве сухих смесей.

ПАН-волокно является также прекурсором при получении углеволокна. Производство проходит две стадии:

  1. ТЕРМОСТАБИЛИЗАЦИЯ — получение окисленного волокна обработкой ПАН-волокна в атмосфере воздуха при 200–300 °С в течение 2–6 ч;
  2. КАРБОНИЗАЦИЯ — получение углеродного волокна обработкой окис­ленного волокна в атмосфере инертного газа при 1000–1800 °С в течение 3–30 мин.

Углеволокно является современным высокотехнологичным композитом, по своим свойствам не уступающим стали, но при этом в 5 раз легче и не под­вержено коррозии.

Для модифицирования поверхности углеродных макроволокон типа ПАН (рис. 1) был использован способ каталитического пиролиза углеводородов на

 

1

 

нанесенных частицах катализатора. Катализатор наносился методом пропитки углеродных волокон в спиртовом растворе соли-предшественника по влагоемкости.

Перед нанесением катализатора проводилось измерение влагоемкости макроволокон по растворителю. В качестве предшественника катализатора ис­пользовали нитрат никеля. После пропитки образцы высушивались в сушиль­ном шкафу для испарения спирта при 120 °С и прокаливались в муфельной печи для разложения нитрата при 350 °С.

Навеска образца волокон составляла 1 г. Катализатор был нанесен на по­верхность волокон в трех разных концентрациях: 0,5, 1 и 2,5 масс. %.

Зауглероживание (модифицирование поверхности макроволокон ПАН углеродными нановолокнами) проводили при температуре 600 °С в атмосфере

 1

1

углеводородов. На рис. 2 представлены результаты модификации волокон в сре­де этилена в течение 4 мин.

Испытания бетона, армированного ПАН, углеродной и модифицирован­ной углеродной фиброй, проводились в лаборатории и, после получения поло­жительных результатов, на производстве. Были изготовлены плиты с расчетной прочностью В25: без армирования и с каждым видом армирующих волокон. По­сле этого из плиты выпиливались керны и проводились испытания по опреде­лению прочностных характеристик, водонепроницаемости, морозостойкости и истираемости (табл. 2).

Из результатов испытаний можно сделать следующие выводы: все исполь­зованные виды армирования повысили характеристики бетона. Но если ПАН- фибра повлияла на свойства в основном за счет снижения усадочных напряжений, то углеродная фибра является полноценным армирующим компонентом, значи­тельно увеличивающим технико-эксплуатационные свойства бетона.

Литература

  1. Ведомственные строительные нормы 56–97. Проектирование и основные положения технологии производства фибробетонных конструкций. Мо­сква, 1997. — 42 с.
  2. Пономарев А.Н. Технико-эконоические аспекты и результаты практиче­ской модификации конструкционных материалов микродобавками нано­дисперсных фуллероидных модификаторов // Вопросы материаловедения. 2003. № 3 (35). С. 49–57.
  3. Батраков В.Г. Модифицированные бетоны. М.: Стройиздат, 1990. С. 360.

 


"Строительная конференция очень интересная. Прекрасная возможность поговорить о промышленном домостроении с профессионалами из разных стран мира. Я впервые делал доклад в России и в пе...
"Прекрасная строительная конференция. Хорошие люди, большое значение, великолепная организация! Мероприятие было прекрасно и эффективно организовано. Тщательно подобранные докладчики, ...

Информационные партнеры