Дисперсно-армовані бетони та суміші з мінеральними та органічними волокнами

Abstract

Стаття присвячена питанням розробки та дослідження композиційних матеріалів, армованих дискретними волокнами з низьким (органічні) та високим (мінеральні) модулем пружності, відповідно – Епр = 400-1000 МПа та – Епр = 40000-60000 МПа. Розробка і використання технології дискретного армування волокнами різного походження є одним із шляхів вирішення проблеми підвищення міцнісних та зменшення деформаційних характеристик матеріалів на основі мінеральних в’яжучих речовин. В США, Японії, країнах Західної Європи досить широко налагоджено виготовлення композицій армованих перериваними волокнами органічного і мінерального походження. Так у Франції, Німеччині навіть створено ряд науково-дослідних та промислових організацій для розробки армованих композиційних матеріалів для потреб аерокосмічної, машинобудівної та будівельної промисловості. Впровадження нової технології дискретного армування при виготовленні залізобетонних виробів дозволяє спростити технологію виробництва, особливо тонкостінних конструкцій. .Розрахунки показують, що 1 т дискретних волокон може замінити до 5 т сталі. Мета статті – розробка та дослідження композиційних матеріалів, армованих дискретними волокнами з низьким та високим модулем. Висновки. На підставі отриманих результатів досліджень стверджуємо, що гіпотеза підвищення спектру фізико-механічних властивостей композиційних матеріалів на основі мінеральних в'яжучих за рахунок введення суміші дискретних органічних і мінеральних волокон з високим і низьким модулем пружності і параметрами, залежними характеристик матриці і середовища експлуатації є актуальною і досить перспективною в повній розробці технології виробництва будівельних матеріалів. Органічні волокна, модуль пружності 400-1000 МПа, підвищують міцність при згині і динамічних навантаженнях (ударну в'язкість) відповідно до 8-12 МПа і 20-29 кДж/м2. Дискретні волокна мінерального походження, модуль пружності 40000-60000 МПа впливають на міцність при розтягуванні в 2,5-3 рази, до 5-6 МПа, а при стисканні - в 1,2-1,25 рази. Зростає ударна міцність і міцність при вигині, при цьому значно перевищують аналогічні параметри неармованих композитів і досягають величин 38-50 кДж/м2 і 12-14 МПа. Параметри волокон залежать від властивостей матриці і проєктємих показників композицій. Внаших дослідженнях при розробці довжина волокон знаходиться в межах 18-51 мм при вмісті органічних волокон 0,6-1,2% і скловолокна – 4,1-4,5%. Що дає можливість підвищити міцність при розтягуванні і стисканні композиційних матеріалів, армованих сумішшю волокон в 2,2-3,0 і 1,2-1,3 рази відповідно. Перспективним є спосіб приготування зразків і виробів методом напилення (торкрет-способом), тоді ефект досягається при більш низьких параметрах. Технологія виготовлення покриттів способом напилення (торкрет-способом машиною ежекторного типу ЦЕТІ-487Б) включає режим роботи підібраний шляхом торкретування переносного металевого щита: кількість торкрет-суміші, яка подається, води, тиск стиснутого повітря, консистенцію розчину, відстань від установки до робочого місця і від нього до поверхні торкретування по вертикалі і горизонталі. При виготовленні зразків ця технологія виготовлення дозволяє вводити до 8-10% дискретних волокон (від маси в’яжучого) проти 3-4% звичайними методами формування. The article addresses the development and research of composite materials reinforced with discrete fibers of low (organic) and high (mineral) elastic modulus, corresponding to E = 400-1000 MPa and E = 40000-60000 MPa, respectively. The use of discrete fiber reinforcement technology is considered a solution to enhancing the strength and reducing deformation characteristics of materials based on mineral binders. In the United States, Japan, and Western European countries, the production of composites reinforced with discontinuous fibers of organic and mineral origin is well-established. In France and Germany, scientific and industrial organizations have been established for the development of reinforced composite materials for aerospace, engineering, and construction industries. The introduction of discrete reinforcement technology in the production of reinforced concrete products simplifies the manufacturing process, especially for thin-walled structures. Calculations show that 1 ton of discrete fibers can replace up to 5 tons of steel. The article aims to develop and discover composite materials reinforced with discrete fibers with low and high modulus. Conclusions. Based on the results, the hypothesis of expanding the range of physical and mechanical properties of composite materials based on mineral binders by introducing a mixture of discrete organic and mineral fibers with high and low modulus is relevant and promising in the full development of construction material production technology. Organic fibers with a modulus of elasticity of 400-1000 MPa increase bending strength and dynamic load resistance (impact toughness) to 8-12 MPa and 20-29 kJ/m2, respectively. Discrete fibers of mineral origin with a modulus of elasticity of 40000-60000 MPa increase tensile strength by 2.5-3 times and compressive strength by 1.2-1.25 times. Impact strength and bending strength significantly exceed those of non-reinforced composites, reaching values of 38-50 kJ/m2 and 12-14 MPa. Fiber parameters depending on matrix properties and composite design indicators. In our studies, fiber length ranges from 18-51 mm with organic fiber content of 0.6-1.2% and glass fiber content of 4.1-4.5%. These parameters allow increasing tensile and compressive strength of composite materials reinforced with a fiber mixture by 2.2-3.0 and 1.2-1.3 times, respectively. A promising method is the preparation of samples and products by spraying (shotcrete method), achieving effects at lower parameters. The technology of applying coatings by spraying (shotcrete method with the CETI-487B ejector-type machine) includes a working mode selected by shotcreting a portable metal shield: the amount of shotcrete mixture supplied, water, compressed air pressure, consistency of the solution, distance from the installation to the workplace, and from it to the shotcreting surface in vertical and horizontal directions. In the manufacture of samples, this method allows introducing up to 8-10% of discrete fibers (by the mass of the binder) compared to 3-4% by conventional forming methods.