Привет студент

Характерная черта стеклоцементных конструкций и изделий — отсутствие в них металла, тонкостенность, малая масса, меньшая стоимость, чем железобетонных и пластмассовых, невозгораемость и нетоксичность, немагнитность и радиопрозрачность, водонепроницаемость и повышенная устойчивость к агрессивной среде, податливость механической обработке.

Диапазон свойств стеклоцемента, возможность их регулирования и прогнозирования позволяет создавать конструкции и изделия различного назначения, которые по технико-экономическим показателям в ряде случаев превосходят железобетонные, армоцементные, металлические и пластмассовые. Это снижает материалоемкость, сокращает расход металла, стоимость и трудоемкость строительства.

По назначению стеклоцементные изделия и конструкции подразделяют на семь групп: несущие, ненесущие, тепло- и звукоизоляционные, гидро- и атмосферозащитные, декоративно-отделочные и скульптурные, специального назначения и конструкции с комбинированным армированием.

Несущие стеклоцементные конструкции наиболее целесообразно делать тонкостенными пространственными в виде оболочек положительной или отрицательной кривизны, висячих конструкций, прямолинейных коробчатого, гофрированного, таврового или П-образного сечений, емкостей различного очертания. При равной несущей способности с железобетонными они обладают меньшими массой и стоимостью (в 2...3 раза). При этом полностью исключается металл. Рационально использовать стеклоцемент в несущих конструкциях, работающих только на растяжение, например, в висячих конструкциях покрытий. Масса такого покрытия может быть в 3 раза меньше, чем сводчатых стеклоцементных конструкций, и в 6...12 раз меньше, чем армоцементных и железобетонных оболочек.

Затвердевшая стеклоцементная деталь поддается сверлению, распиловке, обработке на токарном и фрезерном станках. При этом следует пользоваться твердосплавным или алмазным режущим инструментом. Менее производительна, но вполне доступна обработка стеклоцемента вручную слесарным инструментом: пилой с мелкими зубьями, ножовкой для металла. В стеклоцемент можно вкручивать шурупы. В сыром состоянии он режется ножом.

Внешний вид стеклоцементных конструкций зависит от качества опалубки. Выполненный на глянцевой поверхности (пластмассе, пленке) стеклоцемент приобретает зеркальную поверхность с белыми прожилками стеклянных волокон. Качество поверхности стеклодементного изделия, не соприкасающейся с опалубкой, зависит от качества исполнения. Поэтому последние слои волокон и цементного клея следует укладывать особенно тщательно. После укладки всех слоев поверхность следует загладить, накрыть полиэтиленовой пленкой, прикатав ее и выдавив из-под нее воздух. Это позволит значительно улучшить внешний вид и прочность конструкции. При необходимости неровности на поверхности готового изделия можно снять наждачным камнем.

Завершающий этап изготовления стеклоцемента — правильный уход за ним в процессе твердения. В отличие от бетона и асбестоцемента стеклоцемент нежелательно подвергать пропариванию, ибо воздействие пара на тонкое стеклянное волокно снижает прочность материала. Отрицательное действие пропаривания в меньшей степени сказывается на стеклоцементе с большим объемным содержанием волокна (более 20...25 %), что достигается обычно при использовании толстых волокон диаметром более 70...100 мкм.

При использовании портландцемента можно вводить в затворенное вяжущее ускорители твердения. Использование глиноземистых цементов обеспечивает достижение марочной прочности стеклоцемента на третьи сутки, а съем изделий с формы — через 24...36 ч при температуре 15...20°С. Вследствие небольшой толщины стеклоцементное изделие при неправильном режиме твердения быстро обезвоживается. Поэтому уход за твердеющим стеклоцементом исключительно важен. Нарушение этого условия зачастую бывает причиной неудач при изготовлении стеклоцементных изделий. Особенно чувствителен к пересыханию стеклоцемент на основе гипсоглиноземистого цемента.

Оптимальное условие твердения стеклоцемсита — стопроцентная влажность и температура 15... 20°С. Изготовленное изделие должно быть укрыто пленкой или мокрой ветошью. В возрасте 1 сут изделие на глиноземистых цементах следует помещать в воду на 3 сут. Если сделать это невозможно, необходимо постоянно его увлажнять в течение 3 сут.

Производство стеклоцементных конструкций состоит из трех основных технологических процессов:

1. Приготовление цементной или полимерцементной суспензии, 2. Изготовление стеклоцемента и конструкций из него одним из выбранных приемов, 3. Уход за твердеющим стеклоцементом.

Для приготовления цементной суспензии любого состава используют строительные растворомешалки, как правило, малой емкости (50...80 л). Объясняется это, во-первых, тем, что изделия тонкостенные, следовательно, материалоемкость их невелика, во-вторых, цемент необходимо как можно быстрее уложить в дело, не допуская его схватывания.

Качество стеклоцемента прямо зависит от приготавливаемой цементной или полимерцементной суспензии. Поэтому необходим строгий контроль активности используемого цемента, качества добавок и водоцементного отношения, которое обычно составляет 0,4...0,6. По возможности следует снижать В/Ц, но без ущерба для качества пропитки стекловолокна.

При уменьшении В/Ц увеличивается прочность цементного камня в стеклоцементе, но ухудшается пропитка стекловолокнистых материалов. Для повышения пластичности цементной суспензии при низком В/Ц в состав можно вводить пластификаторы, что повышает удобство работы со стеклоцементом и качество склеивания волокон между собой. Добавки и пластификаторы вводят и состав цементной суспензии с водой затворения.

Теплопроводность стеклоцемента относительно невысока и зависит от плотности композита. Для конструкционного стеклоцемента плотностью 1600... 1800 кг/м³ она колеблется от 0,9 до 1,1

Вт/(м-К). Для теплоизоляционного стеклоцемента плотностью 250...700 кг/м³ она достигает 0, 072...0,17 Вт/(м-К).

Температурный коэффициент линейного расширения стеклоцемента зависит от состава матрицы и объемного содержания стеклянного волокна. В температурном интервале 18...75°С для воздушно-сухого однонаправленного стеклоцемента с объемным содержанием волокна 6...30 % на основе бесполимерных матриц он составляет (4...9) • 10^-6 К^-1, на основе полимерцементных матриц с полимерцементным отношением 0,1... 0,4 составляет (1,5...4) • 10^-6 К^-1. Для аналогичных стеклогипсовых композиций с бесполимерными матрицами (1,8...2,5) 10^-6 К^-1.

Звукоизоляционная способность конструкционного и декоративного стеклоцемента толщиной 10 мм и плотностью 1600 кг/м³ характеризуется следующими показателями.

Индекс изоляции воздушного шума частотой 300...400 Гц составляет 18...25 дБ, частотой 4500...5500 Гц — 35...45.

Устойчивость композиционного материала к воздействию высоких температур определяется, прежде всего, жаростойкостью компонентов, а также физико-химическими и физико-механическими процессами, происходящими в зоне контакта волокна с матрицей.

Жаростойкость глиноземистых цементов зависит от содержания в них глинозема и составляет (ГОСТ 969—77), °С:

Для глиноземистого цемента (45 % глинозема).........................1400

Для барийсодержащего высокоглиноземистого цемента (69 % глинозема)..1630

Для высоко глиноземистого цемента (76 % глинозема)..................1730

Значительно меньшей жаростойкостью обладает гипсоглиноземистый расширяющийся цемент (33 % глинозема). Цементный камень из него после прокаливания при температуре 800°С теряет до 40 % прочности.

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.