Особенности технологии получения каркасных композитов на комплексных связующих

Каркасные композиты, в отличие от композитов, изготавливаемых обычным смешиванием компонентов, можно получать на комплексных связующих, когда для каркаса и для матрицы применяются различные, порой даже несовместимые при непосредственном перемешивании связующие. При этом за счет такого объединения в композите различных связующих в некоторых случаях достигается существенный эффект. Например, при применении каркасов на цементном, жидкостекольном и битумном связующих в сочетании с полимерными матрицами достигается соответственно снижение ползучести, улучшение теплостойкости, повышение демпфирующих свойств каркасных композитов, а также уменьшение стоимости композита за счет замены полимерных связующих более дешевыми материалами. Путем применения полимерных каркасов можно повысить прочность и долговечность цементных и гипсовых композитов, а за счет использования битумных каркасов — улучшить диэлектрические свойства цементных композитов.
При изготовлении каркасов на цементных, жидкостекольных (отверждаемых при повышенной температуре без применения отвердителя) и битумных связующих наиболее предпочтительным является способ, разработанный С.М. Ицковичем, применительно к технологии изготовления цементных крупнопористых бетонов. По данному способу сначала заполнитель размешивается с заведомо большим количеством цементного теста. Затем смесь подвергается кратковременной обработке на вибросите для отделения излишков связующего, которые возвращаются для повторного применения, а оставшаяся на вибросите смесь используется для получения крупнопористого бетона. Это способ позволяет получать каркасную смесь с оптимальным содержанием связующего, однако при этом необходимо строго контролировать водоцементное отношение, так как оно определяет толщину цементного камня на зернах заполнителя.
Согласно И.Н. Ахвердову, при определении оптимального уровня воды в цементных композициях необходимо учитывать относительное водосодержание цементного теста, которое соответствует пределу водоудерживающей способности: X = в/ц:Кг.н (где Кгн — водопотребность цемента — водоцементное отношение теста нормальной густоты).

По экспериментальным данным С.М. Ицковича, при в/ц = 1,65 Кг.н толщина пленки на моделированных заполнителях и цементе с Kг.н = 0,3025 резко уменьшается, поскольку цементное тесто теряет связность (рис. 3.8). В этом случае значение X = 1,65 соответствует пределу водоудерживающей способности цементного теста. При обработке клеящей композицией заполнителей учитывается пористость последних. Во время перемешивания цементного теста с заполнителями должна добавляться вода, компенсирующая водопоглощение заполнителей.
Нами были проведены исследования по оптимизации количества цементного связующего и его водосодержание. в каркасах на заполнителях из гранитного щебня и керамзита. В исследованиях применялись заполнители фракции 5—10 мм и портландцемент марки 400 Алексеевского цементного завода. При относительной водосодержании цементного теста X = 1,5 оптимальное водоцементное отношение в каркасах на керамзитовом и гранитном заполнителях составило соответственно 0,6 и 0,45. Оптимальное содержание цементного тесла, а также расходы битумных и жидкостекольных связующих в каркасах, определенные по методике С.М. Ицковича, приводятся в табл. 3.3.

Процесс структурообразования каркасных композитов на цементных матрицах в зависимости от подвижности последних и способа заполнения пустот каркаса изучался на образцах — кубах с размером ребра 15 см. Размеры заполнителей бетона были приняты согласно графику на рис. 2.6. Подвижность цементной матрицы состава 1:3 (при в/ц = 0,45) регулировали введением суперпластификатора марки С-3 по осадке конуса с 6 до 11 см. Пропитку каркаса в обоих случаях проводили с вибрированием на лабораторном столе с частотой 50 Гц и амплитудой 0,4 мм. Признаком его окончании служило достижение матрицей низа формы по первому способу и полное погружение каркаса в матрицу — по второму. По результатам испытаний построены графические зависимости (рис. 3.9). Из графиков следует, что более эффективно получение изделий методом погружения каркаса в матрицу. В этом случае сокращается длительность вибрирования. Изучение структуры изломов образцов, а также ультразвуковые методы испытаний показали, что подвижность растворной смеси при получении бетонов способом заливки каркаса должка быть не ниже 9 см, а способом погружения — не ниже 7 см.
Для каркасных цементных и полимерцементных бетонов разработана технология получения высоконаполненных матриц. В пропиточных матрицах часть цемента заменялась тонко-дисперсным наполнителем.

Установлено, что при их введении повышается расход воды. Добавление дополнительного его количества для достижения требуемой подвижности приводит к снижению прочности раствора. Поэтому нами для обеспечения необходимой подвижности растворной смеси предложено производить модификацию поверхности вводимого наполнителя. Модифицировали поверхность кварцевого наполнителя водорастворимым латексом СКС-65 ГП"Б" и поливинилацетатной эмульсией. Экспериментально установлено, что при модификации наполнителя с удельной поверхностью 2000 см2/г оптимальное отношение полимер — наполнитель в первом случае составляет 1:2, а во втором — 1:1. Модифицированный наполнитель вводился в цементно-водную суспензию при перемешивании в скоростном смесителе. Разработанные составы модифицированных наполнителей при введении в растворную смесь повышают прочность образцов на 10—20 % (рис. 3.10).

Исследования показали, что каркасные композиты на комплексных связующих: каркас битумный — матрица цементная или полимерцементная; каркас полимерный — матрица цементная или полимерцементная; каркас цементный или полимерцементный — матрица полимерная, отвержденные в условиях, благоприятных для твердения матриц, имеют высокие физико-технические показатели.