Привет студент

Плотность стеклоцемента находится в пределах от 250 до 1900 кг/м³ и зависит от состава матрицы, количества волокна, водовяжущего отношения и технологии изготовления. Увеличение содержания волокна в однонаправленном стеклоцементе с 1, 95 до 13, 65 % приводит к соответственному снижению плотности с 1740 до 1565 кг/м³. Обратная картина наблюдается при водопоглощении за 24 ч, которое в том же интервале содержания волокна увеличивается с 2, 1 до 8, 7 %. Объясняется такой характер изменения плотности и водопоглощения однонаправленного стеклоцемента увеличением его пористости с повышением количества волокна.

На пористость матрицы, в особенности в непосредственной близости от волокон, большее влияние оказывает водовяжущее отношение, что, в свою очередь, сказывается на плотности и водопоглощении. Максимальной плотности однонаправленный стеклоцемент на основе глиноземистых цементов достигает при В/Ц=0,5, портландских — при В/Ц=45, стеклогипс на основе высокомарочного гипса — при В/Г=0,4, низкомарочного — при В/Г=0,55. Уменьшение водовяжущего отношения приводит к резкому падению плотности, что связано с плохой пропиткой армирующего материала и появлением значительного количества больших пор. Это подтверждают и кривые водопоглощения стеклоцемента, минимум которых соответствует оптимальным значениям водовяжущего отношения. Повышение последнего также ведет к снижению плотности и увеличению водопоглощения композита. Плотность стеклоцемента на основе портландцементов, примерно, на 6...8 %, а водопоглощение — на 45...50 % выше, чем стеклоцемента на основе глиноземистых цементов. Введение в состав матриц минеральных наполнителей несколько повышает плотность стеклоцемента, но одновременно увеличивается и водопоглощение, по-видимому, за счет большего количества открытых пор. Полимерные добавки снижают плотность и уменьшают водопоглощение. В этом случае, с одной стороны, увеличивается количество закрытых пор, а с другой—набухание полимерного компонента препятствует прониканию воды в стеклоцемент.

При всех видах напряженного состояния для стеклоцемента характерно вязкое разрушение. Это, наряду с высокой трещиностойкостью при растяжении обуславливает высокую сопротивляемость материала ударным нагрузкам. По величине ударной вязкости стеклоцемент приближается к стеклопластикам строительного назначения и более чем на порядок опережает асбестоцемент. Увеличение содержания волокна, повышение марки цемента и введение в состав матрицы полимеров способствуют повышению ударной вязкости стеклоцемента.

При ударных нагрузках в стеклоцементе отсутствуют признаки хрупкого разрушения. Типичная картина разрушения — смятие сжатой зоны, растрескивание матрицы в растянутой зоне и расслоение образцов.

Такой характер разрушения стеклоцемента при ударе свидетельствует о недостаточной величине адгезионной связи стеклянного волокна с цементной и полимерцементной матрицами. Повысить адгезионную связь можно за счет аппретирования волокон веществами, способными образовывать между стеклянным волокном и матрицей из неорганического вяжущего межфазный слой, обладающий высокой адгезией как к волокну, так и к матрице. Разработка составов аппретов для стеклоцемента — важная и перспективная задача, так как она позволит не только повысить их ударную прочность, но и обеспечить существенное улучшение всех физико-механических свойств стеклоцемента.

Важное и в большинстве случаев первостепенное свойство композиционного материала — его долговечность, характеризующаяся стабильностью механических свойств, и, прежде всего, прочностью во времени. Долговечность материала определяет степень его полезности, возможные области и масштабы применения.

Стеклоцемент на основе портландцементных матриц и алюмоборосиликатного волокна диаметром от 10 до 130 мкм имеет переменную во времени прочность при растяжении вдоль волокон, изменение которой, в зависимости от количества волокна, проходит в три этапа:

рост прочности длится от 3 до 18 сут;

падение прочности длится от 5...18 до 360...720 сут;

стабилизация прочности в возрасте 360...720 сут.

Для стеклоцемента с волокнами малых диаметров (10...20 мкм) характерно интенсивное изменение прочности на первом и втором этапах, а значение ее, стабилизировавшееся на третьем этапе, составляет 30... 50 % максимального. С увеличением диаметра волокон интенсивность роста и падения прочности стеклоцемента снижается. В результате у стеклоцемента с волокнами больших диаметров (70...130 мкм) стабилизировавшаяся на третьем этапе прочность достигает 75....80 % максимальной. Вследствие этого прочность стеклоцемента с волокнами малых и больших диаметром со временем нивелируется. Она перестает зависеть от диаметра волокон и становится функцией только их количества.

В композиционных дисперсно армированных материалах, состоящих из минеральных волокон и матриц, развивается комплекс физико-химических и физико-механических процессов, определяющих устойчивость системы во времени. При этом происходят такие процессы:

взаимодействие матрицы с волокном, в результате чего изменяется состояние поверхности волокна и в зоне этого контакта образуется поверхность раздела в виде слоя новообразований, свойства которого отличны от свойств матрицы и волокна; кристаллизационные и перекристаллизационные процессы, связанные со структурообразованием матрицы и вызывающие появление в волокне напряжений под действием кристаллизационного давления; деформация матрицы, вызываемая ее усадкой или расширением и приводящая к появлению напряжений в волокне, в матрице и на поверхностях раздела; деформации, развивающиеся в композите под воздействием изменения температуры и влажности окружающей среды и вызывающие напряженное состояние волокон, матрицы и поверхностей раздела.

Если в результате физико-химических процессов образуется матрица, обеспечивается ее связь с волокнами и изменяется состояние поверхности последних, что существенно отражается на их прочности, то возникающие под действием физико-механических процессов деформации и напряжения могут привести к разрушению поверхностей раздела, матрицы в зоне ее контакта с волокнами и самих волокон. Все эти явления вызывают снижение прочности композиции.

Для регулирования свойств стеклоцемента и обеспечения его долговечности, выражающейся в неизменности свойств во времени, в состав матриц вводят минеральные или органические добавки.

Для придания глиноземистому цементу способности расширяться и удешевления связующего в этот цемент целесообразно вводить до 30 % молотого (удельная поверхность 2500... 3000 см²/г) природного двуводного гипса — гипсового камня (ГОСТ 4013—82). Смешивать цемент и гипс необходимо в сухом состоянии до затворения цемента. Для повышения жаростойкости глиноземистого цемента в состав матриц на его основе можно вводить до 50 % тонкомолотых огнеупорных добавок: глинозема, шамота, магнезита.

В состав портландцементных матриц для уменьшения их усадки следует вводить мелкие минеральные наполнители, например кварцевый песок в соотношении к цементу (по массе) 1:1. В песке не должно быть примесей пыли, глинистых, органических и других включений. Фракции крупнее 0, 5 мм должны быть отсеены. Для этих же целей можно использовать золы-унос ТЭС (ГОСТ 25818—83).

В качестве вяжущего для производства стеклоцемента можно использовать портландцементы, глиноземистые цементы, гипсы, гипсоцементнопуццолановое и магнезиальное вяжущие.

Глиноземистые цементы — малощелочные быстротвердеющие вяжущие вещества, образующие после гидратации и затвердевания цементный камень относительно низкой микротвердостью (от 1100 до 1800 МПа), который на основе собственно глиноземистого цемента и его разновидностей обладает низкой усадкой (не более 0, 1 %), а на основе гипсоглиноземистого цемента — расширением (около 0, 15%). Аналогичными свойствами обладают гипсоцементнопуццолановое, магнезиальное вяжущие и гипсы (микротвердость, соответственно, 1200, 800 и 250... 550 МПа; усадка не более 0, 1 %; для гипса расширение 0, 15 %).

Глиноземистый цемент (ГОСТ 969—77) по прочности в трехдневном возрасте делится на марки 400, 500 и 600. Гипсоглиноземистый расширяющийся цемент ГОСТ 11052—74. Специальные виды глиноземистых цементов — высокоглиноземистый (содержание глинозема более 75 %) марки 600 и барийсодержащий высокоглиноземистый (содержание глинозема около 70%) марки 500 — обладают повышенной жаростойкостью, соответственно, 1730 и 1630 °С. Их целесообразно использовать для жаростойкого стеклоцемента.

Марка гипсоцементнопуццоланового вяжущего зависит от его состава и в 28-дневном возрасте достигает 200... 400.

Прочность магнезиального вяжущего соответствует прочности цемента марки 600; прочность гипса от 10 до 25 МПа (ГОСТ 125—79).

По механические характеристикам этот вид стеклоцемента пригоден для изготовления конструктивных элементов, работающих под силовым воздействием как на воздухе, так и в воде в диапазоне температур от —60 до +40 °С. В зависимости от типа стекловолокнистого материала и системы расположения его относительно главных осей анизотропии может быть однонаправленным, т. е. армированным в одном направлении, с перекрестным армированием в одной плоскости с требуемым углом разориентации волокон; с произвольным расположением отдельных волокон в плоскости армирования, обеспечивающим относительную изотропность свойств материала в одной плоскости, со сложной структурой армирования, определяемой структурой армирующего стекловолокнистого материала. Выбор типа, количества и системы расположения стекловолокнистого армирующего материала определяется напряженным состоянием конструктивного элемента, условиями его эксплуатации и экономическими соображениями.

Для получения однонаправленного стеклоцемента используют ровинги, крученые стеклонити и рулонные стекловолокнистые ориентированные материалы. Перекрестное армирование осуществляют либо с помощью нетканых стеклосеток с углом разориентации волокон, определяемым структурой сетки, либо с помощью тех же материалов, что и для однонаправленного стеклоцемента, укладываемых с заданными углами разориентации. Стеклоцемент с произвольным расположением волокон в плоскости армирования изготовляют на основе рубленых ровингов, методом напыления. Сложная структура армирования объясняется использованием в Качестве армирующих компонентов тканей, тканых сеток и вязально-прошивных материалов. В этом случае получают текстолитовый стеклоцемент. Возможны также разные варианты армирования за счет использования нетканых и тканых материалов. Последними армируют наружные слои изделия.

Стеклоцемент — композиционный материал, в котором высокопрочные минеральные волокна из синтетических или природных неорганических стекол объединены с помощью матриц на основе неорганических вяжущих веществ. Свойства стеклоцемента определяются свойствами и соотношением компонентов: армирующих волокнистых материалов и матриц. Основные параметры армирующего компонента: химический состав исходного стекла, диаметр волокна, структура волокнистого материала, наличие на поверхности волокон защитных покрытий. На свойства матрицы, обуславливающей возможность получения композиционного материала, влияют, прежде всего, вид вяжущего вещества, состав матрицы, определяемый наличием минеральных или органических добавок и водовяжущим отношением, а также температурно-влажностные условия твердения. Помимо названных, существует еще ряд факторов, влияющих на прочность и другие характеристики стеклоцемента и обеспечивающих эффективную совместную работу компонентов. К ним относятся совместимость волокон и матрицы, технология получения композитов, условия эксплуатации изделия. Стеклоцемент обладает высокой прочностью, упругостью и трещиностойкостью, которые достигаются за счет дисперсного и направленного армирования минеральной матрицы высокопрочными упругими волокнами.