Изучены закономерности водопоглощения гипсобетона с добавкой сухих асбестоцементных отходов в широком диапазоне заданных постоянных температур с позиции кинетической (термоактивационной) концепции. Выявлена аналитическая зависимость, связывающая скорость водопоглощения с температурой. Получены величины констант, позволяющие рассчитать скорость водопоглощения в эксплуатационном диапазоне температур. Установлено, что введение асбофрикционных отходов в гипсобетон снижает его водопоглощение.

УДК 691.32

В.П. ЯРЦЕВ, доктор техн. наук, профессор, зав. кафедрой, Е.И. РЕПИНА, аспирант, П.В. ХВОРОВ, магистрант, Я.И. ФИДОРЕНКО, магистрант, кафедра «Конструкции зданий и сооружений» ФГБОУ ВО «Тамбовский государственный технический университет»

Ключевые слова: водопоглощение, гипсобетон, асбестоцементные отходы, кинетическая концепция, термоактивационные константы
Keywords: water absorption, gypsum concrete, asbestos cement waste, kinetic concept, thermoactivation constants

Водопоглощение отрицательно влияет на основные физико-механические свойства материала: увеличивается плотность, материал набухает, его теплопроводность возрастает, а прочность и морозостойкость снижаются [1].

Водопоглощение бетона определяли по стандартной методике, выдерживая образцы в воде. Температура воды должна быть 20±2°С. Водопоглощение, определяемое погружением образцов материала в воду, характеризует в основном открытую пористость, так как вода не проникает в закрытые поры. К тому же при извлечении образцов из ванны вода частично вытекает из крупных пор, поэтому водопоглощение обычно меньше пористости.

Образцы из наполненного асбестоцементными отходами гипсобетона готовили по следующей технологии. Строительный гипс марки Г-4 перемешивали с песком (модуль крупности 0,85) в соотношении 1:3,5 и добавляли воду в пропорции 1:2. Сухие асбестоцементные отходы (САЦО) получали в виде гранул дроблением шифера и на грохоте разделяли по фракциям. Часть песка в бетоне заменяли САЦО со средним размером частиц ≤5 мм с разным процентным содержанием. Образцы в виде призмы размерами 40х40х80 мм изготавливали в специальных формах и выдерживали до максимального твердения.

В работе исследовали зависимость водопоглощения от процентного содержания сухих асбестоцементных отходов в гипсобетоне [2] по массе. Полубалочки взвешивали, после чего помещали в воду. Через 2 и 24 часа проводили контрольное взвешивание образцов.

Введение САЦО уменьшает водопоглощение, причем минимума оно достигает при содержании САЦО 20%, а при последующем увеличении количества САЦО практически не изменяется (рис. 1). Таким образом, оптимальным является состав с 20% САЦО.

Рис. 1. Зависимость водопоглощения гипсобетона от содержания САЦО (по массе песка) при замачивании в течение 2-х часов (1), 24-х часов (2)

Для этого состава были проведены исследования предельного водопоглощения гипсобетона с добавкой САЦО по массе (W) (рис. 2). Из рисунка видно, что основной набор материалом влаги происходит в течение первых двух часов.

Рис. 2. Зависимость водопоглощения гипсобетона с содержанием 20% САЦО по массе от времени замачивания

Изучение процесса водопоглощения с позиции термоактиционной концепции [3] проводили при вариации заданных постоянных температур. Водопоглощение осуществляли в специальной термокамере [3], поддерживая постоянную температуру с точностью ±1°С. Полученные кинетические кривые водопоглощения представлены на рис. 3. Для их описания можно использовать уравнение вида Аррениуса [4].

Рис. 3. Зависимость величины водопоглощения гипсобетона с 20% САЦО при заданных постоянных температурах от времени замачивания

Уравнение вида Аррениуса для водопоглощения [4] имеет вид:

, (1)

где v – скорость водопоглощения, %/с; v0 – предэкспоненциальный множитель, %/с, Е – энергия активации, кДж/моль; R – универсальная газовая постоянная, кДж/моль; Т – температура, К.

Константы уравнения определяли методом графоаналитического дифференцирования [5], см. рис. 4, 5, 6. При экстраполяции на ось ординат (рис. 6) – величину начальной скорости водопоглощения . По тангенсу угла наклона прямой – величину кажущейся энергии активации процесса водопоглощения.

Подставив константы в уравнение (1), можно рассчитать скорость водопоглощения в гипсобетоне с CАЦО в эксплуатационном интервале температур.

Рис. 4. Зависимость скорости водопоглощения гипсобетона с 20% САЦО от времени замачивания

Рис. 5. Зависимость скорости водопоглощения гипсобетона с 20% САЦО от величины водопоглощения

Рис. 6. Зависимость логарифма скорости водопоглощения от обратной температуры

Таким образом, введение САЦО существенно снижает водопоглощение гипсобетона, что очень важно при эксплуатации гипсобетонных изделий. Водопоглощение при длительном замачивании меняется незначительно. Повышение температуры способствует активизации этого процесса. В течение двух часов процесс протекает интенсивно, а после стабилизируется, так как вода заполняет в основном только открытые поры. Исходя из полученных результатов, можно прогнозировать гидрофизические свойства наполненного гипсобетона в широком диапазоне температур.

Библиографический список

1. Рыбьев И.А. Строительное материаловедение. – М.: Высшая школа, 2003. – 701 с.

2. Ярцев В.П. Влияние сухих асбестоцементных отходов на прочность и долговечность гипсобетона / Ярцев В.П., Ефремов И.В. / Сборник научных трудов VII Международной научно-практической интернет-конференции «Составление современной строительной науки – 2009», – Полтава, 2009, с. 92-95.

3. Ярцев В.П. Прогнозирование работоспособности полимерных материалов в деталях и конструкциях зданий и сооружений. Учебное пособие, – Тамбов: изд-во Тамб. гос. техн. ун-та. Рекомендовано УМО РФ. 2001, – 149 с.

4. Ярцев В.П. Метод оценки растворимости каучуков // Каучук и резина, №4, 1989, с. 31-32.

5. Мадорский С. Термическое разложение органических полимеров. – М.: Изд-во «Мир». 1967, – 340 с.