Структурообразующая роль асбеста в цементном тесте —
Большое влияние на свойства изделий из асбестового волокна и минерального вяжущего оказывают свойства первичной коагуляционной структуры, образующейся после затворения материалов водой.
С позиции физико-химической механики материалов важнейшим условием получения конечной структуры материала с заданными свойствами является управление свойствами первичных структур в начальной стадии процесса структурообразования совместным воздействием физико-химических факторов (добавки ПАВ) и интенсивных механических воздействий (вибрационных) и др. Применительно к материалам типа асбестоцемент комплексное воздействие на структуру выражается в использовании высокодисперсного вяжущего и диспергирования асбеста в сочетании с интенсивной механической обработкой и применением поверхностно-активных адсорбирующихся веществ. Сюда же следует отнести эффективные методы перемешивания, обеспечивающие предельное снижение вязкости, что позволяет достичь высоких коэффициентов уплотнения А=1. Один из основных показателей структурно-химических свойств асбестоцементных суспензий — реологические характеристики, определяемые вязкостью, пределом прочности, величиной пластической прочности и др.
В Институте физической химии АН СССР проведены исследования высоко- вязких асбестоцементных композиций методом оценки изменения во времени величины пластической прочности. Этот метод позволяет характеризовать вязко- пластическпе свойства структурированных систем и особенно эффективен для коагуляционно — кристаллизационных структур, в том числе водных суспензий цемента с асбестом. Структурно- механические свойства композиций на конечной стадии формирования структуры оценивались по показателям прочности на сжатие, одноосное растяжение и растяжение при изгибе.
В качестве вяжущего использовались цементы марок М-400 завода «Гигант», М-600 Белгородского завода и тонкомолотая цементно-песчаная смесь в соотношении 60:30. Химический состав цементов показан в табл. 1.
Цементы с исходной удельной поверхностью 2800—3200 см/с (определяемой иа приборе ПСХ-2) домалывали в вибромельнице М-400 до s=5000 см/г. Домол цементио-песчаной смеси производился до удельной поверхности 4800— 5000 см/г.
В опытах использовали асбест марки 1 5 50 и смесн асбеста марок П-5-50 и П-6-40.
Распушку асбеста вели тремя способами обработкой сухого волокна в вибромельнице М-10, виброобработкой его с водой и с раствором Са(ОН)2. Частота колебаний вибромельницы — 2880 коя/мин, амплитуда колебаний —1,7 мм.
Степень распушки асбеста определяли по методике, разработанной НИИАсбестцементом.
Как показывают кривые рис. 1, вибрационный метод распушки в сочетании с действием Са(ОН)2 позволяет прн значительном сокращении времени на виброобработку волокна (до 5 мин) получать асбест высокой степени распушив (20 000—25 000 см2). Вибрация разрушает внутренние связи между волокнами асбеста, а образование адсорбционных пленок и сольватных слоев в микротрещинах волокна создает значительные расклинивающие давления. Действие раствора Са(ОН)2 на асбестовое волокно приводит к расщеплению волокон, а значит к развитию их поверхности.
Оценку структурообразующей роли асбеста в зависимости от степени его распушки и содержания в суспензии определяли на коническом пластометре МГУ по величине пластической прочности.
Эффективная вибрационная обработка в процессе перемешивания и уплотнения позволяет существенно понизить водосодержание и вводить асбестовое волокно в системы с В/В=0,3—0,4.
На рис. 2 показаны крупные структурообразовании цементного теста с асбестовым волокном. Даже малое количество асбеста, введенного в систему цемент—вода (5%). уменьшает период формирования системы. С увеличением содержащий асбестового волокна (до 25%) период формирования структуры значительно сокращается и увеличивается скорость нарастания прочности системы цемент—асбест—вода. При введении в цементное тесто асбеста, распушенного при вибрации в воде, в количестве 30—35% и распушенного при вибрации в растворе Са(ОН)2 — свыше 15% веса цемента, начинается аномалия кривых структурообразования — отсутствует явный период формирования структуры, происходит резкое упрочнение системы.
Кривые структурообразования систем с содержанием асбеста 5—10% аналогичны кривым структурообразования цементного теста с тонкомолотым песком в количестве 30—40% от цемента (по весу) .
Можно заключить, что влияние асбестового волокна на структурно-механические свойства системы цемент—вода аналогично микрозаполнителю — тонкомолотому песку, но с более сильным структурообразующим действием, определяемым высокой адсорбционной активностью поверхности, что существенно влияет на условия гидратации цемента.
Выделяющийся при гидролизе трехкальциевою силиката гидрат кальция связывается тоннами асбеста, что ведет к уменьшению концентрации его в растворе, ускоряет растворение клинкерных минералов и выкристаллизовывайте новообразований 5,6 . Это вызывает в свою очередь сокращение периода формирования структуры цементного теста. По мере перехода коагуляционно- кристаллизациоиной структуры в кристаллизационную прочность сцепления между продуктами гидратации цемента и асбестом растет благодаря адсорбированию продуктов гидратации цемента волокнами асбеста и образованию кристаллических сростков Вязкость цементного теста резко возрастает в период формирования структуры, о чем можно судить по высокой пластической прочности.
Кривые структурообразования позволяют оцепить структурообразующую роль асбеста в зависимости от метода распушки, и, следовательно, дисперсности. Увеличение степени распушки при постоянном расходе асбестового волокна в суспензии приводит, как показывают данные табл. 2, к ускорению кристаллизационного структурообразования.
Исследованиями подтверждено сильное структурообразующее действие распушенного асбеста. Для принятых значений ВЩ добавка 15% асбестового волокна, распушенного при вибрации в растворе Са(ОН)г, привела к предельному сокращению времени формирования структуры. Характерно, что именно такая добавка при принятых ВЩ и методах объемного виброштампования жестких асбестоцементных композиций позволила увеличить на 30—35% конечную прочность материала при одноосном растяжении и растяжении на изгиб. Увеличение содержания асбестового волокна свыше 15% вызывает падение прочности из-за резкого возрастания вязкости и снижения коэффициента уплотнения. На кривых структурообразования это отражается появлением аномальной кривой, отсутствием периода формирования структуры.
Таким образом, проведенными исследованиями доказана эффективность метода виброраспушки асбеста в присутствии поверхностно-активных веществ, а также целесообразность оценки структурно-механических свойств асбестоцементных композиций на первом этапе процесса структурообразования по изменению пластической прочности системы.