Исследование физико-технических свойств и структуры полистиролбетона

Потребность в высокоэффективных теплоизоляционных материалах, применяемых для возведения многослойных ограждающих конструкций, обеспечивается цементными пенобетоном и полистиролбетоном, плитами из пенополистирола, имеющими ряд существенных недостатков, включая высокую стоимость и низкую прочность. Существенным недостатком для полистиролбетона является использование в качестве вяжущего портландцемента в связи с высокими и постоянно растущими ценами на цемент.

Альтернативой портландцемента в качестве вяжущего является использование ангидритового вяжущего. Энергозатраты на его производство приблизительно в 12 раз ниже по сравнению с энергозатратами на изготовление такого же количества портландцемента и в 3 раза ниже по сравнению со строительным гипсом [127]. Поэтому в качестве вяжущей матрицы в исследованиях использовался ангидрит техногенного происхождения (фторангидрит).

Исследование структуры полученного полистиролбетона

Основной проблемой получения качественного полистиролбетона на ангидритовой вяжущей матрице является оптимизация соотношения между его плотностью и необходимой прочностью в проектном возрасте. Первоначальные эксперименты выявили ряд достоинств данного материала, объяснимых с позиции синергетики композиционных материалов. В частности, установлено, что за счет взаимодействия карбоната кальция, присутствующего в составе фторангидрита, с активатором твердения обеспечивает дополнительное вспучивание пенополистольной бетонной смеси (рис. 3.1.а), обеспечивающее снижение средней плотности, повышение парои газопроницаемости и улучшение адгезии органических заполнителей с минеральной матрицей.

Известно, что контакты между частицами твердых веществ осуществляются через слои жидкости, которая должна хорошо смачивать их поверхности. Смачиваемость зависит как от химической природы твердого тела, так и свойств жидкости. Тонкие пленки жидкой фазы не только увеличивают истинную площадь контактов за счет повышения подвижности частиц, но и участвуют в изменении поверхностного потенциала твердой фазы и формировании адгезионно-когезионных контактов [128]. Поэтому, одним из условий формирования более прочных контактов в данной системе является создание промежуточных слоев из тонких пленок, обеспечивающих хорошую агдезию [129] полистирольных гранул к вяжущей матрице посредством применения поверхностно-активных добавок. При проведении экспериментов в качестве такой добавки использовалась смола древесная омыленная (СДО) [130] в количестве 0,3%. Кроме того, СДО выступает в качестве пластифицирующей и воздухововлекающей добавки, способствуя улучшение удобоукладываемости смеси и повышению пористости ангидритовой матрицы.

Изучение микроструктуры полистиролбетона на ангидритовом вяжущем на поляризационном микроскопе МИН-8 показало, что макроструктура его, представленная на рис. 3.1.б, характеризуется хорошей адгезией ангидритовой матрицы к вспененным полистирольным гранулам и льняной костре.

[Введите текст].

а)б).

Рис. 3.1. Макроструктура скола ангидритового бетона при 80-кратном увеличении (1 — гранула пенополистирола, 2 — поры в структуре ангидритовой матрицы, 3 — частицы льняной костры): (а) — поризованная ангидритовая матрица между полистирольной гранулой и льняной кострой, (б) — граничный слой между ангидритовой матрицей и полистирольной гранулой

Также анализ микроструктуры полистиролбетона на ангидритовом вяжущем на поляризационном микроскопе МИН-8 показало, что микроструктура его характеризуется хорошей адгезией ангидритовой матрицы к базальтовому волокну (рис. 3.2).

[Введите текст].

Рис. 3.3. Микроструктура ангидритовой матрицы при 25 000-кратном (а), рентгенограмма ангидритовой матрицы в полистиролбетоне (б) Как видно из рентгеновского спектра в ангидритовой матрице наряду с отражениями ангидрита CaSO₄ (d, Е = 3.50; 2.85; 2.33) присутствуют сильные отражения, соответствующие двуводному гипсу CaSO₄· 2H₂O (d, Е = 7.60; 4.30; 3.07; 2.68; 2.21).

При исследовании микроструктуры полистиролбетона были сделаны снимки на растровом электронном микроскопе JSM 5600 фирмы LEOL, на которых хорошо видны контактные зоны: гранула пенополистирола — ангидритовое вяжущее (рис. 3.4.а); льняная костра — ангидритовое вяжущее (рис. 3.4.б); базальтовое волокно — ангидритовое вяжущее (рис. 3.4.в).

[Введите текст].

Рис. 3.4. Микроструктура полистиролбетона: (а) — граничный слой между ангидритовой матрицей и полистирольной гранулой (слева — гранула пенополистирола, справа — ангидритовая матрица); (б) — контактная зона между полистирольной гранулой, льняной кострой и ангидритовой матрицы; (в) — сцепление ангидритовой матрицы и базальтового волокна