УДК 691.3

ВОДОСТОЙКОСТЬ ГЛИНОШЛАКОВЫХ МАТЕРИАЛОВ

Нестеров В.Ю.1, Калашников В.И.2, Мороз М.Н.3
1Пензенский государственный университет архитектуры и строительства, к.т.н., доцент
2Пензенский государственный университет архитектуры и строительства, д.т.н., профессор
3Пензенский государственный университет архитектуры и строительства, к.т.н.

Аннотация
Разработана модель структуры композиционного материала, содержащего в своей структуре водостойкий и неводостойкий каркасы и сопротивляемость под действием нагрузки. Модель дает наглядное представление о работе глиношлаковых изделий в сухом и насыщенном водой состояниях.

Ключевые слова: водостойкость, глиношлаковые материалы, долговечность, коэффициент водостойкости., щелочь


WATER RESISTANCE CLAY-SLAG MATERIALS

Nesterov V.Yu.1, Kalashnikov V.I.2, Moroz M.N.3
1Penza State University of Architecture and Construction, Candidate of Technical Sciences
2Penza State University of Architecture and Construction, Doctor of Technical Sciences
3Penza State University of Architecture and Construction, Candidate of Technical Sciences

Abstract
The structure of the composite material containing in their structure water-resistant and not water-resistant frames and resistance under load. The model gives a visual representation of the work clay-slag materials in dry and water saturated conditions.

Рубрика: 05.00.00 ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ

Библиографическая ссылка на статью:
Нестеров В.Ю., Калашников В.И., Мороз М.Н. Водостойкость глиношлаковых материалов // Современные научные исследования и инновации. 2016. № 11 [Электронный ресурс]. URL: http://web.snauka.ru/issues/2016/11/72871 (дата обращения: 20.11.2016).

При разработке нового строительного материала всегда основополагающим является – область применения этого материала. Полученное авторами глиношлаковое вяжущее [1] имеет не очень высокие показатели прочности 20-60 МПа в зависимости от доли заполнителей, хотя все его потенциальные возможности по их утверждению еще не исчерпаны и требуют дальнейшего исследования.

Следует также отметить некоторые отрицательные и положительные стороны этого вяжущего. Положительным является следующее:

– при не очень высоких показателях прочности глиношлаковые вяжущие и материалы на их основе имеют достаточно высокую морозостойкость, что является немаловажным, так как это один из показателей, характеризующих долговечность материалов;

– достаточно высокие деформационные показатели, которые характеризуют глиношлаковое вяжущее, не проявляющее хрупкого характера разрушения, как упругопластичный материал;

– очень высокая трещиностойкость в условиях попеременного увлажнения и высушивания.

К отрицательным свойствам можно отнести:

– не очень высокую водостойкость, как самого вяжущего (по сравнению с цементом и шлакощелочными вяжущими), так и материалов на его основе. Хотя, в сравнении с кратковременной водостойкостью воздушных вяжущих, равной 0,25–0,4, у глиношлаковых она составляет 0,5–0,6 и является длительной, незначительно повышающейся в течении экспонирования изделий в течении 1–2 года;

– высокие деформации усадки, достигающие 1,0 мм/м, которые, в тоже самое время, являются «безопасными», т.к. не вызывают деструктивных изменений в структуре материала, при сильном высушивании и увлажнении, по сравнению с аналогичными показателями цементного камня.

Долговечность строительных материалов и конструкций определяется сохранением их прочности, несущей способности после длительных силовых и средовых воздействий. При оценке долговечности изделий, работающих в условиях открытой атмосферы, важной характеристикой является кинетика изменения прочностных и деформационных показателей при знакопеременном воздействии положительных и отрицательных температур на насыщенные водой или солевыми растворами образцы, воздействие сухого воздуха и воды, вызывающих усадочные напряжения, образование и развитие трещин.

Из результатов испытания глиношлаковых материалов на водостойкость следует, что в зависимости от понижения соотношения «шлак : глина» она падает. При равном соотношении между содержанием шлака и глины коэффициент водостойкости находится в пределах 0,5-0,6. Если содержание шлака снижается до 30-40%, то коэффициент размягчения понижается до 0,35-0,45 и становится близким к коэффициенту для гипса.

В соответствии со сложившимися представлениями такой материал принято считать неводостойким и непригодным к эксплуатации.

Однако, в отличие от гипса, глиношлаковые материалы не понижают своей прочности в течение длительного периода хранения в воде (1-2 года), а постепенно увеличивают ее. Так, прессованные глиношлаковые образцы при соотношении шлак-глина 60:40, активированные добавкой натриевой щелочи в количестве 3%, в сухом состоянии имели прочность при сжатии 75 МПа. После насыщения в воде в течение 3 суток прочность понизилась до 34 МПа. По показателю коэффициента водостойкости, равному 0,45, испытанное вяжущее относится к воздушному, и применение его возможно лишь для воздушных условий эксплуатации. Однако после годового твердения образцов в воде прочность повысилась до 36 МПа, а через два года она возросла до 40 МПа, т.е. в результате длительного воздействия воды ослабления общего каркаса не произошло.

При длительном нахождении в воде, особенно проточной, водостойкость композиционных материалов зависит от водорастворимости неводостойкого компонента в системе. В цементных и шлаковых вяжущих самой неводостойкой составляющей является портландит, в глиношлаковом вяжущем – портландит и глинистый компонент. Так, сравнительная оценка модельного известково-цементного вяжущего при соотношении 1:3 («цемент : глина» и «цемент : гидратная известь») показала, что в течение годового хранения образцов в периодически сменяемой воде глиноцементные составы значительно более водостойки, чем известково-цементные. Вследствие более высокой растворимости извести (1,3 г/л) по сравнению с глиной (0,0013 г/л) частая смена водной среды привела к более сильному вымыванию известкового каркаса по сравнению с глинистым.

Таким образом, принятый критерий функционального назначения по коэффициенту водостойкости не всегда может быть использован для группы материалов, содержащих в своей полиструктуре взаимопроникающие водостойкий и неводостойкий каркасы. Материал может потерять до 40-50% прочности, но также сохранять ее за счет водостойкого каркаса и упрочняться вследствие упрочнения этого каркаса при постоянном нахождении в водной среде.

В связи с этим при оценке водостойкости таких материалов оценка потери прочности через 1, 2 или 3 суток экспонирования в воде является недостаточной. Критерий длительной водостойкости должен предусматривать, по крайней мере, два испытания материала: после нахождения его в воде 3 суток и 30-60 суток. Если в течение длительного периода не отмечается снижение прочности или обнаруживается рост прочностных показателей, то материал может эксплуатироваться с теми показателями, которые нормируются по условиям эксплуатации.

Для композиционных материалов, содержащих в своей структуре водостойкий и неводостойкий взаимопроникающие каркасы, важно знать, как изменяется прочность во всем диапазоне наполнения. Для глиношлакового материала, изготовленного из конкретных компонентов, в частности, из липецкого шлака и лягушовской глины, изменения показателей прочности в сухом и водонасыщенном состояниях представлены на рис. 1. Здесь же приведено изменение коэффициента длительной водостойкости после двух месяцев экспонирования в воде.

Из рисунка видно, что прочность в сухом состоянии имеет максимум при 20%-ном содержании глины в составе композиционного материала. При повышении доли глины прочность закономерно снижается и при 100%-ном ее содержании уменьшается до прочности спрессованного и высушенного сырца (10 МПа). При насыщении водой сырца глина полностью размучивается. Замена 20% глины шлаком способствует сохранению минимальной прочности в водных условиях хранения. Кривая изменения прочности композиционного материала, насыщенного водой, не имеет максимума – чистое шлаковое вяжущее более водостойко, чем композиционный глиношлаковый материал. Однако, хотя коэффициент длительной водостойкости по мере снижения доли шлака постоянно уменьшается, интенсивность этого уменьшения с концентрацией шлака неодинакова: в интервале от 30 до 60% шлака коэффициент изменяется очень незначительно. Уже 20-25% шлака создает в структуре композита водостойкий каркас.

Рис. 1. Изменения показателей прочности Rсж в сухом (1) и водонасыщенном (2) состояниях и коэффициента длительной водостойкости Kр (3) в зависимости от состава

Изменение прочности композиционного материала, содержащего в структуре водостойкий и неводостойкий каркасы, можно смоделировать в первом упрощенном приближении в виде стержневой системы с высокой продольной устойчивостью (рис. 2).

Рис. 2. Моделирование структуры композиционного материала, содержащего в своей структуре

водостойкий и неводостойкий каркасы и сопротивляемость под действием нагрузки

Сплошные стержни при воздействии нагрузки определяют несущую способность шлакового каркаса, а их количество – содержание шлака в системе. Разорванные стержни моделируют работу неводостойкого глинистого каркаса (в водонасыщенном состоянии между стержнями имеется зазор). Если условно допустить, что сплошные стрежни обратимо уменьшаются в размерах на величину зазора между короткими стержнями, когда материал высушивается, то при полном высыхании зазор ликвидируется и при действии нагрузки в работу включается также неводостойкий каркас. При насыщении водой материал набухает, зазор вновь появляется, и неводостойкий каркас выключается из работы. Эта модель упрощена и легко реализуется лишь при линейной зависимости прочности от состава. Однако она дает наглядное представление о работе глиношлаковых изделий в сухом и насыщенном водой состояниях.

Повышение водостойкости глиношлаковых вяжущих гидрофобными добавками может значительно повысить долговечность минеральношлаковых материалов [2-5].


Библиографический список
  1. Калашников В.И., Нестеров В.Ю., Хвастунов В.Л., Комохов П.Г. и др. Глиношлаковые строительные материалы. Под общ. ред. д-ра техн. наук, проф. В И. Калашникова. –Пенза: ПГАСА, 2000.–207с.: ил.
  2. Мороз М.Н., Калашников В.И., Худяков В.А., Василик П.Г. ВОДОСТОЙКИЙ МЕЛКОЗЕРНИСТЫЙ БЕТОН, ГИДРОФОБИЗИРОВАННЫЙ НАНОЧАСТИЦАМИ СТЕАРАТА КАЛЬЦИЯ // Строительные материалы. 2009. № 8. С. 55-59.
  3. Мороз М.Н., Калашников В.И., Володин В.М., Василик П.Г. ИЗМЕНЕНИЕ ДЛИТЕЛЬНОЙ ВОДОСТОЙКОСТИ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ, СОДЕРЖАЩИХ ВОДОСТОЙКИЙ И НЕВОДОСТОЙКИЙ КОМПОНЕНТЫ // Строительные материалы. 2012. № 1. С. 42-43.
  4. Мороз М.Н., Калашников В.И., Суздальцев О.В. ПОВЫШЕНИЕ ВОДОСТОЙКОСТИ МИНЕРАЛЬНОШЛАКОВЫХ ВЯЖУЩИХ КОМПЛЕКСНЫМИ ГИДРОФОБНЫМИ ДОБАВКАМИ // Современные научные исследования и инновации. 2014. № 8-1 (40). С. 104-107.
  5. Калашников В.И., Мороз М.НВЫСОКОГИДРОФОБНЫЕ МНОГОКОМПОНЕНТНЫЕ МАЛОШЛАКОВЫЕ МЕЛКОЗЕРНИСТЫЕ БЕТОНЫ // Научный вестник Воронежского государственного архитектурно-строительного университета. Строительство и архитектура. 2010. № 1. С. 106-111.


Все статьи автора «Мороз Марина Николаевна»


© Если вы обнаружили нарушение авторских или смежных прав, пожалуйста, незамедлительно сообщите нам об этом по электронной почте или через форму обратной связи.

Связь с автором (комментарии/рецензии к статье)

Оставить комментарий

Вы должны авторизоваться, чтобы оставить комментарий.

Если Вы еще не зарегистрированы на сайте, то Вам необходимо зарегистрироваться:
  • Регистрация