Армированные волокнами
вяжущие композиционные материалы:
Вклад полиамидных волокон. (окончание)

Бетон, армированный полиамидным волокном 6.6 :

Рис. 5а: Полученные на растровом электронном микроскопе микрофотографии бетона, армированного полиамидным волокном 6.6 (900 г/м3)

   Полиамидные волокна правильно распределены в матрице минерального вяжущего вещества: во время приготовления бетона оказалось возможным оставить без изменения продолжительность и процедуру смешивания. Кроме того, мы не наблюдали какого-либо поднятия волокон на поверхность бетонной плиты в процессе ее заливки.

   При большом увеличении можно заметить, что отдельные волокна могут демонстрировать определенную степень сцепления с вяжущим, аналогичную показанной полипропиленовыми волокнами; с другой стороны, в некоторых частях могут появляться волокна с чистой и гладкой поверхностью. В общем, сцепление не является до конца равномерным. В некоторых областях (которые могут считаться эквивалентом центров зарождения и роста кристаллов) можно видеть, что матрица цементного вяжущего частично прилипла к отдельным волокнам.

   Создающиеся в окружающей волокна зоне продукты гидратации, являющиеся предположительно CSH (гидратами силикатов кальция) и CH (портландитом), демонстрируют пористую структуру, в особенности на поверхности раздела "волокно / матрица вяжущего вещества".

Рис. 5б: Полученные на растровом электронном микроскопе микрофотографии бетона, армированного полиамидным волокном (900 г/м3)

   Бетон, модифицированный волокном (полипропиленовым или полиамидным), был подвергнут некоторым измерениям пористости (измерения пористости проникновением ртути). Результаты показаны на Рис. 6.

Рис. 6: Распределение размеров пор в бетоне, армированном полипропиленовым (PP) или полиамидным (PA) волокном.

   Мы можем отметить, что в отношении распределения размеров пор, армированный полипропиленом бетон аналогичен материалу, модифицированному полиамидом P.A 6.6. Контрольный образец является менее пористым : это необходимо рассматривать во взаимосвязи с реологическими свойствами свежего цементного теста. Введение волокон ведет, в зависимости от дозировки, к некоторому схватыванию смеси, которое исчезает под воздействием сдвигающих усилий или вибрации; относительное загустевание свежего цементного теста может вести к образованию излишней пористости. На этом этапе стоит отметить , что мы находим в литературе, что вяжущее вещество вблизи волокна намного более пористое, чем по объему цементного теста.

3.1.1 Испытания на ударную вязкость:

   Органические волокна особенно эффективны для улучшения рабочих характеристик бетона под нагрузкой. Рис. 7 показывает некоторые результаты, полученные при использовании волокон PA 6.6 (18 мм). С использованием склерометра Барони (Barony) измерялась ударная вязкость плит размером 50 x 50 x 5 см3, хранившихся в лаборатории при комнатной температуре, после 1 - 7 - 14 и 28 дней гидратации.

Рис. 7: Оценка ударной вязкости бетона, модифицированного полиамидным волокном.

   Так как выбранный метод испытаний обеспечивал только качественную оценку, оценка ударной вязкости контролировалась визуально. Здесь мы подтверждаем, что полиамидные волокна помогают поглощать часть энергии, создаваемой динамической нагрузкой; это ведет к значительному уменьшению процента материала, удаляемого с поверхности бетона.

3.1.2 Водопроницаемость:

   При проведении этих испытаний мы прикрепили несколько наполненных водой пластиковых труб (при помощи силиконовой смолы, нанесенной на основание) к бетонным плитам размером 50 x 50 x5 см3 и измеряли объем воды, поглощенный минеральными вяжущими веществами в зависимости от времени. Результаты показаны на графике на Рис. 8.

Рис. 8: Испытания водопроницаемости, проводившиеся на бетонных плитах, модифицированных полиамидными волокнами (длиной 6 - 12 и 18 мм).

   Результаты показывают, что водопоглащение (водопроницаемость) значительно уменьшается, если рассматривать бетон, модифицированный полиамидным волокном 6.6. Волокна по-видимому улучшают каппилярную упаковку (компановка структурных каппиляров изменяет затем капиллярную сеть), и это ведет к значительному уменьшению объема воды, поглощенной бетонными плитами (можно также считать, что ограничение усадки должно уменьшать количество трещин и что это может помочь ограничить поглощение воды); Уменьшение водопроницаемости должно обеспечивать некоторые преимущества в специальных областях применения бетона, таких, как бетонные трубы, резервуары для воды, плавательные бассейны тротуары и т.п.

3.1.3 Стойкость к знакопеременным перепадам температуры:

   Некоторые образцы вышеупомянутых бетонных плит были подвергнуты испытаниям с точки зрения стойкости к знакопеременным перепадам температуры, после 60 дней гидротации. Результаты представлены на Рис. 9.

   Стойкость к знакопеременным перепадам температуры очевидно улучшилась вследствие улучшения водонепроницаемости. Бетонные плиты, армированные ~1 кг полиамидных волокон PA 6.6, могут выдержать от 20 до 30 циклов замораживания - оттаивания (без какого-либо облагораживания или обработки) до появления признаков существенного ухудшения характеристик. Это должно улучшить длительную прочность бетона, особенно в случаях климатических нагрузок (температура, влажность, и т.п.) или воздействия химических реактивов (соли для удаления льда во время гололеда, и т.п.).

Рис. 9: Замораживание-оттаивание проводившиеся на бетонных плитах, модифицированных полипропиленовыми волокнами (15 см х 15 см х 15 см куб).

3.1 Внутренние покрытия из вяжущих материалов для водопроводных труб

   В данной области применения мы использовали 6 мм и 12 мм волокна из полиамида P.A 6.6 в композиции на основе глиноземистого цемента (содержащего равномерно распределенный измельченный кварцевый песок), с водоцементным отношением ~ 0,41. Волокна использовались с дозировкой 1 кг/м3. Метод укладки бетона основывался на процессе центрифугирования.

   На этапе производства бетона мы заметили, что полиамидные волокна демонстрировали превосходную дисперсию в мокром цементном растворе. Мы не заметили какого-либо поднятия волокон на поверхность после центрифугирования и поверхность минерального вяжущего выглядела гладкой и однородной.

   По окончании 28 дней гидратации мы провели несколько измерений пористости. Результаты измерений представлены на Рис. 10.

   Мы заметили, как и ожидалось, что волокна полиамида P.A 6.6 ведут к значительному уменьшению пористости. Это явление, которое можно объяснить улучшением уплотненности минерального вяжущего, должно улучшить длительную прочность покрытия из минерального вяжущего и особенно его стойкость к воздействию химических реактивов.

Рис. 10: Распределение размеров пор в покрытии на основе глиноземистого цемента, армированного полиамидными волокнами Р.А. 6.6.

3.2 Торкретбетон

   Органические волокна в растворной смеси, наносимой методом набрызга, и в торкретбетоне в основном используются с целью предупреждения образования трещин и улучшения "эластичности" затвердевшего материала. В случае тонких слоев предполагается, что волокна играют роль перекрестных связей, препятствующих распространению трещин. Они также вносят вклад в удержание воды и, иногда, могут обеспечить некоторое уменьшение пыли и отскока. Это особенно ценно при набрызге смеси в замкнутых пространствах на основу из сухого материала.

   Известно, что некоторые из органических волокон, используемых при применении этой строительной технологии, выбрасываются в окружающий воздух во время операции набрызга, что в основном связано с их гидрофобным характером, а также с удельным весом.

   В этой части исследований мы использовали волокна полиамида P.A 6.6 (длиной 12 и 18 мм, дозировка : 1,2 кг/м3) в композиции бетона (0/8 мм), включающей 400 кг обычного портландцемента марки O.P.C CEM II 32,5.

   Для предварительной оценки мы изготовили (при помощи пневматического набрызга) несколько армированных волокном плиток размером 24 см x 24 см x 4 см. Во время выполнения операции набрызга мы заметили, что полиамидные волокна оставались захваченными в свежем материале и также было замечено неожиданное уменьшение запыленности : это вероятно связано с гидрофильными свойствами полиамидных волокон.

   Механические характеристики (прочность на изгиб) материала, армированного волокнами полиамида P.A 6.6, представлены ниже на Рис. 11.

Рис. 11: Механические эксплуатационные характеристики (испытания на изгиб) бетона, армированного волокнами полиамида P.A 6.6:
a) с волокнами длиной 12 мм;
b) с волокнами длиной 18 мм.

   Хорошо известно, что когда хотят усилить структуру материала при помощи волокон, необходимо выбирать волокна, имеющие модуль упругости, превышающий модуль упругости минерального вяжущего вещества. С другой стороны, также известно, что при применении для армирования бетона волокон с низким модулем упругости было получено значительное улучшение характеристик в отношении прочности, способности к деформации без разрушения и т.п.

   Полученные в настоящее время результаты показывают, что может быть достигнуто некоторое механическое армирование даже при умеренных дозировках волокон, что подтверждает тот вывод, что гидрофильный характер полиамида помогает улучшить связь волокон с матрицей вяжущего вещества.

3.1 Самоуплотняющаяся бетонная смесь

   В жидкой минеральной среде (на основе обычного портландцемента, глиноземистого цемента и т.п.), присутствие волокон помогает ограничить пластическую усадку. В случае самоуплотняющихся и наливных стяжек на основе безводного гипса CaSO4 или a-полугидрата CaSO4.1/2H2O, волокна полиамида P.A 6.6 могут улучшать принятие воды в 7случае ее избыточного количества. Их превосходная способность к повторному диспергированию ведет к созданию 3-мерной сети внутри минерального теста, что помогает ограничить осаждение гранул минерального вещества.

   Особенно необходимо улучшение ударопрочности тонких стяжек. Кроме того, в случае применения для систем обогрева полов, армирование полиамидным волокном обеспечивает правильное и надлежащее решение по предотвращению растрескивания под действием термических напряжений.

3.2 Сборный железобетон

   В промышленности по производству сборного железобетона имеется очень большая потребность в адекватных решениях по уменьшению времени до расформовки бетонных элементов и по улучшению внешнего вида их поверхности. Использование ускорителей схватывания иногда ведет к потере консистенции и в этом случае требуется усиление вибрации (возникают неудобства, связанные с шумом и т.п.). Кроме того, хорошо известно, что большинство традиционных ускорителей схватывания (в особенности щелочные продукты) уменьшают конечную прочность затвердевшего материала на основе цемента и, вследствие этого, его износостойкость.

   По всем этим причинам использование волокон полиамида P.A 6.6 представляет собой прекрасный путь к повышению производительности труда и качества изделий, принимая во внимание то, что в случае свежеуложенного состояния бетона присутствие волокон будет вести к уменьшению риска отклонения качества (например, из-за конечного избытка воды и т.п.).

4. Заключение:

   Краткое рассмотрение в данном докладе применения полиамидных волокон в различных областях показывает, что армирование полиамидными волокнами обеспечивает великолепную альтернативу некоторым традиционным решениям, разработанным для строительных растворов (стяжки, фасадные растворы, и т.п.) и для бетонной промышленности (плиты, резервуары и трубы для воды, сборные железобетонные элементы, и т.п.).

   Превосходные характеристики диспергируемости полиамидных волокон, а также их физические и химические качества обусловливают их некоторые интересные свойства в отношении ограничения усадки, улучшения механических характеристик (ударной вязкости), стойкости к знакопеременным перепадам температуры и длительной прочности.