АРМИРОВАНИЕ ГИПСОВЫХ И ГИПСОЦЕМЕНТНОПУЦЦОЛАНОВЫХ ИЗДЕЛИЙ СТЕКЛОВОЛОКНОМ —
Новомосковский гипсовый комбинат на основе гипса и гипсопементиопуццоланового вяжущего выпускает широкий ассортимент конструкционных изделий для промышленного и гражданского строительства. В качестве армирующих материалов используются пиломатериал, древесные опилки, стальная сетка. Недостаточная адгезия гипса и ГЦПВ к пиломатериалам, малая их боостойкость и другие недостатки вызывают необходимость замены их стекловолокном.
На комбинате проводятся работы по изучению физико-химических и механических свойств композиций на основе стекловолокна различного химического состава, строительного гипса и ГЦПВ, вырабатываемых комбинатом. Исследования являются основой для разработки технологии дисперсного армирования гипсобетониых прокатных перегородок, санитарно-технических кабин и других изделий. В данной статье излагаются результаты части исследований.
При армировании гипса и ГЦПВ стекловолокном большое значение имеет адгезия их к стекловолокну. Этот показатель определяли при помощи механического адгезиометра методом отслаивания.
Адгезия гипса и ГЦПВ (В/Г=0,5) к стеклотканям существенно зависит от состава стекла, вида вяжущего, режима твердения (табл. 1). Величину адгезии определяли через 4 мес. воздушного хранения (образцы гипса и ГЦПВ) и через 1 мес. хранения во влажной среде (образцы ГЦПВ). Гипс характеризуется большей адгезией к обоим составам стекла, чем ГЦПВ. Выявляется разрушающее влияние щелочной среды твердеющего ГЦПВ. Влажная среда резко изменяет адгезию ГЦПВ вследствие разрушения стекла водой.
Величина адгезии твердеющих гипса и ГЦПВ к стеклоткани, покрытой кремний- органической жидкостью ГКЖ-94 и этинолевым лаком, меньше, чем к непокрытой. Отсутствие разрушающего влияния среды на стекловолокно проявляется в небольшой разнице адгезии вяжущих к стеклу неодинакового состава. При влажном хранении образцов со стеклотканью, покрытой этинолевым лаком, влага не испаряется и накапливается на поверхности соприкосновения образца с тканью, и ткань отслаивается.
Изучено влияние содержания стекловолокна на прочность гипса и ГЦПВ при дисперсном армировании образцов. Стекловолокно равномерно рассеивали в гипсе до образования гомогенной смеси. Для механического испытания на прочность готовили образцы-балочки размером 40x40X160 мм из гипса и ГЦПВ с различным содержанием стекловолокна. Бесщелочной стекложгут (МРТУ-11-60-67) и пряди щелочного стекловолокна резали на станке типа CMT-I53 ia отрезки длиной волокон 12—15 мм.
Образцы испытывали после сушки в условиях в течение 1 мес. Прочность образцов определяли в соответствии с ГОСТ 125—70. Испытание прочности при ударе проводилось с помощью маятникового копра МК-ЗОА с базисным расстоянием образца 110 мм.
Из рис. 1 видно, что прочность при изгибе гипса, армированного стекловолокном бесщелочного и щелочного состава, достигает максимальной величины при 7 I 6%-ном содержании стекловолокна, а 1атем падает. Максимальная прочность три изгибе гипса, армированного бесще- ючиым стекловолокном, составляет 150% и армированного щелочным стекловолокном — 200% прочности чистого гипса.
Максимальная прочность при изгибе армированного ГЦПВ зафиксирована три содержании стекловолокна бесщелочного и щелочного состава соответственно 8 и 7%- Последующее падение предела прочности Али и Гример объясняют уменьшением плотности затвердевшего гипса и ГЦПВ при увеличении содержания стекловолокна. С увеличением содержания стекловолокна объемная масса затвердевшего ГЦПВ уменьшается.
Прочность гипса и ГЦПВ, армированных стекловолокном, зависит от химического состава волокна (рис. I). Модуль упругости стеклянных волокон не зависит от нх диаметра и равен 7200 кгс/мм2 (бесщелочиое стекло) и 6600 кгс/мм2 (щелочное). О зависимости прочности волокон при растяжении от состава стекла можно судить по данным табл. 2.
Предел прочности волокон при изгибе значительно больше, чем при растяжении и для бесщелочного волокна диаметром 10 мкм составляет соответственно 343 и 170 кгс/мм2. Разница в механических свойствах бесщелочного и щелочного стекол проявляется и в прочностных характеристиках армированного гипса. Максимальная прочность гипса, армированного бесщелочным и щелочным стеклом, составляет соответственно 108 и 88 кгс/см2. Б агрессивной щелочной среде твердеющего ГЦПВ стойкость щелочного стекла наоборот выше стойкости бесщелочного. При действии щелочей на стекло кремнеземистые радикалы, связанные с металлами в силикаты, переходят в растворимую форму.
Наиболее подвержен воздействию со стороны щелочей кремнеземистый каркас бесщелочного стекла. Так, после действия насыщенного раствора Са(ОН)2 в бесщелочном волокне количество Si02 уменьшилось с 53,16 до 45,69%, а в щелочном волокне — с 70,02 до 64,91 %. ГЦПВ, армированное щелочным стекловолокном, имеет прочность при изгибе большую, чем ГЦПВ, армированное бесщелочным стекловолокном, о чем можно судить по характеру кривых рис. 1.
Величина прочности на сжатие уменьшается с увеличением содержания стекловолокна при армировании ГЦПВ и гипса вследствие уменьшения плотности, причем в случае использования бесщелочного стекла падение прочности гипса менее значительно, чем при использовании щелочного. Прочностные показатели ГЦПВ при армировании щелочным стеклом выше, чем бесщелочным. Как и при изгибе, проявляется влияние щелочной среды.
Ударная прочность увеличивается линейно при увеличении содержания стекловолокна в гипсе и ГЦПВ.
Вязкость армированного гипса выше вязкости армированного ГЦПВ при одном и том же содержании стекловолокна. При 10%-ном армировании бесщелочным и щелочным стекловолокном гипса и ГЦПВ увеличение ударной прочности в сравнении с прочностью чистых материалов составляет соответственно 326 и 257%, 160 и 200%. Трещины, возникающие в зонах растяжения затвердевшего материала, распространяются н, достигнув волокон, проходят вдоль границы между поверхностями камня и волокна, Энергия удара рассеивается вдоль границы волокно — камень, что и повышает ударную сопротивляемость материала.
Защитное покрытие волокна мало влияет на прочность гипса, но существенно на прочность ГЦПВ, что видно из рис. 2. Сохраняется закономерность падения прочности при сжатии по мере увеличения содержания стекловолокна. Однако прочность при сжатии ГЦПВ, армированного бесщелочным стекловолокном с покрытием ГКЖ-94 или этинолевым лаком, выше прочности ГЦПВ, армированного тем же волокном без покрытия. Наблюдается рост ударной проч ности при армировании волокном с покрытием. Это указывает на возможность повышения прочности системы ГЦПВ — стекловолокно путем экранирования волокна защитными покрытиями.
Таким образом, для получения прочной системы гипс—стекловолокно необходимо применять стекловолокно бесщелочного состава, а системы ГЦПВ — стекловолокно—более щелочестойкое волокно щелочного состава или волокно бесщелочного состава с защитными покрытиями. Армирование стекловолокном (10% по массе) обеспечивает увеличение ударной прочности в три раза и заметно снижает массу, изделий.