Стеклоцемент—конструктивный материал, армированный ненапряженным стеклянным волокном

В результате ряда работ, проведенных за последние годы, выявлена реальная возможность замены стальной арматуры в бетонах различными пластиками на основе стеклянного волокна и синтетических связующих. Однако применение стеклопластиков для этой цели ограничивается пока еще сравнительно высокой их стоимостью. Поэтому весьма заманчивой представляется перспектива непосредственного использования стекловолокна для армирования бетонных изделий.

В строительной лаборатории Киевского политехнического института нами получен новый материал — стеклоцемент, в котором с наибольшей полнотой используется прочность, присущая обычному (ненапряженному) стеклянному волокну. Этот материал, обладая надежными физико- механическими показателями, более экономичен, чем бетон, армированный стеклопластиками, и технологичнее в изготовлении.

Создание нового материала потребовало решения ряда вопросов, связанных с химическим взаимодействием стекла с цементом, физическими процессами, возникающими в материале под действием нагрузок и деформации, а также технологии получения изделий.

Основным фактором сохранения прочности стеклянного волокна при действии воды и щелочей и период твердения цементного камня поверхности волокна от непосредственен) воздействия этих реагентов, причем не толь- 0 при образовании цементного камня, но ив дальнейшем, когда некоторые процессы в нем продолжаются и активизируются.

Использование стеклянного волокна в сочетании с цементом требует, с одной стороны, применения такого цемента, который создавал бы наименее агрессивные условия для стекла, и, с другой — принятия ряда специальных защитных мер.

Особое значение при создании стечлоцемента имело изыскание условий совместной работы стекла и бетона под нагрузкой, при которых физико- механические качества этих материалов использовались бы наиболее эффективно. Так как модуль упругости стекла (750 000 кг/см2) только в 2,5—3 раза выше модуля упругости цементного камня, а относительное удлинение стеклянного волокна (3—4%) в 300—400 раз превосходит значение этого параметра у бетона (0,009—0,01%), то .под действием нагрузки может возникнуть преждевременное разрушение последнего. Известные ранее работы, направленные на решение этой проблемы, сводились к созданию в стеклянном волокне предварительного напряжения. Однако это весьма сложный процесс, и, кроме того, предварительное напряжение ограничивает условия применения материала для конструкций сложной формы, плоскостей двоякой кривизны, ломаных очертаний и др.

Мы пошли по пути создания системы армирования, которая способна обеспечить выгодные условия совместной деформации стеклянного волокна и бетона, полностью исключив трешинообразование цементного камня до момента потери свойств упругой деформации. В основу такой системы армирования положено известное свойство цементного камня увеличивать свою деформативность вблизи упругого материала (стекла), а также теория совместных деформаций упругого и упруго-пластического материалов, разработанная В. В. Михайловым.

Микромалая толщина стеклянного волокна .придает ему очень развитую «поверхность. Именно этот фактор и использован нами для создания условий совместной деформации составляющих стеклоцемента.

В результате проведенных экспериментальных работ был получен стеклоцемент двух марок: КБ-1 и КБ-2. Для изготовления первого из них применялись стеклянное волокно (бесщелочное) диаметром 7—8 мк в виде сетки шириной 360— 600 мм с ячейками в 1—3 мм, образуемой пучками непрерывного волокна, защитный раствор дивинилацетиленовой смолы в ксилоле (этинолевый лак) с добавкой битума марки III и цемент. Лучшие результаты .получены при использовании глиноземистого цемента, .водонепроницаемого расширяющегося марки не ниже 500, а также пунцоланового портландцемента. Портландцемент без гидравлических добавок не пригоден для этой цели вследствие избыточного выделения свободного гидрата окиси кальция, создающего (особенно в воде) насыщенный раствор щелочи.

Стеклоцемент КБ-2, кроме указанных компонентов, содержит поливинилацетатный латекс и казеиновый стабилизатор, регулирующий нормальный ход реакции при смешивании цемента с водной эмульсией латекса.

Процесс изготовления стеклоцемента сводится к следующим операциям. Стеклосеть опускается в раствор этинолево-битумного лака с последующим легким отжатием и высушиванием. Затем ее укладывают в несколько слоев с проклейкой каждого слоя при изготовлении материала КБ-1—цементным раствором (водоцементное отношение 0,55— 0,6), а при изготовлении стеклоцемента КБ-2—цементом (52%), затворенным водной эмульсией латекса (32%) и добавкой стабилизатора (6%).

Прослойка цементного раствора должна быть минимальной, чтобы волокна уложенного слоя стеклосетки рельефно выступали над раствором. В противном случае резко снижаются прочность и другие физико-механические свойства материала.

Стеклоцемент высокого качества получается при отношении стекло: цемент, равном 1 : 8.

Испытания стеклоцемента на прочность производились под действием изгибающих нагрузок. Образцы выполнялись в виде пластинок размером 620X100X5—10 мм. Пластинки испытывали как свободно лежащие с нагрузкой, приложенной в центре пролета, длиной 550 мм. Физико-механические характеристики испытанных образцов показаны в таблице.

Как видно из таблицы, стеклоцемент характеризуется достаточно высокой прочностью при изгибе, малым весом и высокой эластичностью, допускающей очень большие деформации без образования трещин в материале.


Стеклоцемент КБ-1 обладает большей трочностью и жесткостью, чем КБ-2, а также более высокой огнестойкостью, которая у последнего снижается присутствием латекса. Однако стеклоцемент КБ-2 обладает меньшим удельным весом, повышенной эластичностью, лучше сопротивляется знакопеременным нагрузкам, удару и более водонепроницаем.

Водонепроницаемый полимерный стеклоцемент КБ-2 может быть использован для элементов и конструкций, подверженных действию воды, а также работающих в условиях ударных нагрузок, резких (местных и общих) деформаций.

Сравнивая стеклоцемент с другими строительными материалами, важно отметить, что он в

5 раз легче стали, в 1,7 раза — армоцемента и дуралюминия и на 10—12% легче -конструкционных стеклопластмасс. По прочности на изгиб этот материал почти в 2 раза превосходит древесину и армоцемент и лишь в 2,5 раза уступает стали Ст.З. Стойкость против коррозии, загнивания и огня, высокая упругость, «прочность и эластичность стеклоцемента выгодно отличают его от существующих строительных материалов, способных работать под действием изгиба

Стеклоцемент легко поддается механической обработке. Благодаря высокой совместной деформации составляющих его компонентов соединение стеклоцементных элементов в конструкционный узел можно осуществлять склеиванием. Оно производится равномерным распределением волокон по шву соединяемых элементов с проклейкой каждого слоя водоцементным или полимер цементным раствором. Прочность склеенного соединения равна прочности стеклоцемента в любом сечении.

С целью практической проверки высоких конструкционных качеств нового материала из него были построены моторные шлюпки водоизмещением 300 кг и 700 кг, моторно-парусная яхта водоизмещением 1100 кг. Корпуса их выполнены в виде тонкостенных оболочек толщиной 4—7 мм. Конструкционные элементы соединялись склеиванием. Суда успешно эксплуатировались в 1960—1961 гг.

В настоящее время несколько предприятий приступило к освоению производства строительных конструкций из стеклоцемента.