Полимербетоны на искусственных пористых заполнителях
НИИЖБ и ВНИИСТРОМ провели совместные экспериментальные исследования но выявлению кислотостойкое искусственных пористых заполнителей, разработке составов кислотостойких полимербетонов на основе этих заполнителей н проверке основных строительных свойств полученных бетонов.
В исследованиях использовались представительные промышленные пробы искусственных пористых заполнителей — керамзитового гравия и щебня из аглопорита и вспученного перлита.
Основные характеристики заполнителей приведены в табл. 1.
Исследования пористых заполнителей показали существенное различие их по фазовому составу. Для вспученного перлита и керамзита характерно преобладание стекловидной фазы (60—90%). Кристаллические примеси, в основном кварц, а также высокотемпературные модификации кремнезема (кристобалит н тридимит) содержатся во вспученном перлите в незначительном количестве. Наибольшее их содержание наблюдается в аглопорите (45—55%), а в керамзите только лишь 15—25%. В поверхностной зоне гранул керамзита присутствует гематит. Лианозовский керамзит содержит аморфизовапное глинистое вещество, окись кальция (СаО) и кальцнесодсржащис минералы, возникшие за счет карбонатных включений исходной глины.
В аглопорите стекловидная фаза кварц содержатся примерно в равных количествах. В Белостолбовском аглопоритс примесями являются муллит и гематит, имеются участки аморфизованною глинистого вещества. Минский аглопорит практически не содержит примесей.
Кислотостойкость пористых заполнителей оценивалась по методике ГОСТ 473—53 «Кислотостойкость керамических изделий», предусматривающей кипячение измельченного заполнителя в растворе концентрированной серной кислоты. Одновременно проводились длительные испытания зерен заполнителя в растворах 15°/о-ной концентрации соляной п серной кислот. Кислотостойкость заполните лей по потере в весе в процентах приведена в табл. 2.
Пребывание вспученного перлитового щебня в кислотах практически не изменило его химико-минералогической характеристики. Лишь на участках, обогащенных магнетитом, произошло окисление двухвалентного железа и трехвалентное.
Керамзитовый гравий также весьма стоек в кислотах: стекловидная фаза практически не изменяется; происходит лишь окисление двухвалентного железа с образованием гидроокнелов трехвалентного железа. Лианозовский керамзит, содержащий включения диссоцированных карбонатов, после его пребывания в растворе серной кислоты содержит в порах агрегаты сульфата кальция — ангидрита.
Аглопоритовый щебень характеризуется повышенной стойкостью к воздействию кислот. Это объясняется меньшим содержанием глниозема и окисей кальция п магния в стекловидной фазе, а также меньшей пористостью его зерен. Особенно устойчив минский аглопорит, состоящий из кремнеземистого стекла, включающего оплавленные зерна кварца. В аглопорите, как к в керамзите, также имеет место поверхностное окисление двухвалентного железа стекловидной фазы и трехвалентное, сопровождающееся появлением ржавых пятен.
Химические исследования заполнителей подтверждают, что наименьшие изменения в химическом составе после пребывания зерен заполнителей в кислотах имели вспученный перлит, из аглоноритов — минский, а из керамзитов— кряжский. Эти заполнители п были выбраны для применения в полимербетонах.
Полимербетон приготовлялся с применением мономера ФАМ Ферганского гидролизного завода, отвердлтелем являлась бензолсульфокислота БСК (ВТУ МХП № 307—54) Новом ооновского завода. Мелкие заполнители п наполнители — дробленые вспученный перлит, керамзит и аглопорит (фракций 5—0.15 п 0.15 мм), а также андезит н графит.
Составы полимербетонов подбирались по плотности и удобоукладываемостп смеси.
Составы с крупным заполнителем — вспученным перлитом, были исключены из дальнейших исследований, так как оказались недостаточно прочными (250 кгс/см2; Rmr= 50 кгс/см2). Полимербетоны с использованием в качестве мелкого заполнителя дробленых керамзита и аглопориты были также исключены из исследовании, так как для получении смесей необходимой удобоукладываемости в этом случае требовался очень высокий расход связующего.
Таким образом, оставались полимербетоны на аглопорите и керамзите. В качестве мелкого заполнителя использовались графит и андезит (составы 1—3, табл. 3). В качестве эталона были приняты полимербетоны на основе гранита и кислотоупорной керамики (составы 4—5, табл. 3).
В табл. 4 представлена статистическая обработка результатов механических испытаний с определен нем коэффициента изменчивости и показателя точности (р%). Наилучшими прочностными характеристиками обладает состав 3 с использованием аглопорнтового щебня и графита. Для него был получен самый низкий по абсолютной величине показатель точности (р%), что позволяет сделать вывод о надежности средней величины изучаемого признака. Этот же состав характеризуется высоким коэффициентом однородности IvO.S, а полученный вариационный коэффициент (v%) указывает па небольшую изменчивость изучаемого свойства.
Кроме того, составы на аглопоритовом щебне более экономичны (требуют меньшего расхода связующего) по сравнению с керамзитом н кислотоупорной керамикой.
Объемные веса полимербетонов (табл. 4) при более высокой (состав 3) или примерно такой же прочности значительно ниже объемного веса полимербетона с использованием гранитного щебня. Столь значительное снижение веса имеет важное экономическое значение.
Коэффициент линейного термического расширения полимербетонов определялся в интервале температур от 20 до 100°С на кварцевом дилатометре. Значения абсолютных деформаций полимербетонов исследуемых составов при повышении температуры приведены на рис.
Испытания на морозостойкость по ГОСТ показали высокую морозостойкость всех составов.
Коррозионная стойкость стальной арматуры, помещенной в полимербетонные образцы, хранящиеся в течение 90 суток в атмосферных условиях, определялась на стальных шлифованных стержнях диаметром 6 и длиной 100 мм и выражалась скоростью коррозии в г/м2 ч. Скорость коррозии стержней во всех полимербетонных составах за исследуемый срок незначительна и обусловлена взаимодействием стали с кислым отвердителем (БСК) в период до отверждения образцов.
Важной характеристикой полимербетонов, на основании которой может быть сделана оценка эффективности применения полимербетонов в кислых агрессивных средах, является химическая стойкость исследуемых полимерных составов. Она характеризовалась изменением веса образцов и коэффициентом устойчивости (/Сует), представляющим собой изменение прочности на изгиб образцов-балочек 40x40x160 мм после хранения в агрессивной среде (табл. 5).
Наибольшей химической стойкостью отличаются составы с применением в качестве заполнителя щебня из кислотоупорной керамики (состав 4) и аглопорита (состав 3). Полученные данные позволяют считать, что полимербетоны па искусственных пористых заполнителях могут с успехом применяться взамен рекомендуемых в настоящее время составов на [2] щебне из кислотоупорной керамики. Кроме того, эти полимербетоны являются более экономичными из-за меньшего их веса н расхода связующего (на 3—5%) и значительно более низкой стоимости искусственных пористых заполнителей по сравнению с дефицитной кислотоупорной керамикой.
Выводы
Проведенные исследования показали, что аглопорит и керамзит могут быть применены п качестве крупного заполнителя кислотостойких полимербетонов взамен дефицитного и дорогостоящего щебня из кислотоупорной керамики.
Из исследуемых составов наилучшими физико-механическими свойствами обладают полимербетон на аглопорите и графите.
Основные Физико-механические свойства новых полимербетонов (на аглопорите и керамзите) позволяют рекомендовать их для применения в условиях контакта е агрессивными кислыми средами.