Выбор цементной матрицы для тонкослойной цементной композиции

Рассматривается проблема трещиностойкости тонкослойных цементных композиций.

В настоящее время при строительстве и ремонте зданий широко востребованы отделочные материалы на цементной основе – наливные составы для выравнивания полов, большое разнообразие штукатурных, клеевых и других декоративно-защитных композиций, которые применяются и эксплуатируются в тонком слое. Такие тонкослойные цементные композиции по сравнению с конструкционными бетонами отличаются специфическими свойствами: высокой подвижностью при нанесении без механического уплотнения, твердением в температурно-влажностных условиях строительной площадки, большой открытой поверхностью уложенного материала. Этим отделочным материалам (в отличие от конструкционных бетонов) не требуется высокая прочность, им нужна трещиностойкость, от которой зависит не только долговечность самого отделочного слоя, но и защита несущих конструкций здания.

Анализ современных взглядов по проблеме трещиностойкости цементных композиционных материалов показал, что на появление трещин оказывают существенное влияние два параметра: прочность при растяжении p и усадка композита. Свойства тонкослойных цементных композиций толщиной от 5 до 15 мм (в отличие от свойств объемных бетонов) являются малоизученными, поскольку стандартные методы испытания растворов не позволяют моделировать работу цементного камня в тонком слое.

Поэтому выбор цементной матрицы для тонкослойной композиции осуществлялся по методике экспериментальных исследований [1] на основании разработанных способов определения трещиностойкости и деформации усадки [2], [3] цементного камня в тонком слое. При этом результаты испытаний параллельно подтверждены стандартными испытаниями, показавшими корреляционную взаимосвязь изучаемых параметров p и с одними и теми же факторами.

Суть методологии испытания заключалась в том, что образец–кольцо с толщиной слоя раствора 10 мм подвергался растягивающим напряжениям до разрушения, создаваемым нагнетанием воздуха в сферическую камеру, помещенную внутри кольца. Причем до испытания данного образца–кольца с помощью микрометра производились замеры его наружного диаметра для определения кинетики изменения деформаций усадки материала. Важно обратить внимание на то, что при таком способе испытания величины – прочность при растяжении и относительная деформация усадки – определяются на одном и том же образце, что позволяет свести к минимуму погрешность измерений.

Во всех экспериментах образцы–кольца в количестве трех на одно испытание изготавливались и хранились в одинаковых условиях: подвижность растворов была 25 см по вискозиметру Суттарда, температура +20 оС, относительная влажность 65 % при аспирации воздуха 0 м/с.

Важной задачей, решаемой с помощью разработанного метода, был выбор марки цемента для матрицы тонкослойной композиции. Сведения о марке в данном случае не подходят для выбора цемента в качестве матрицы ТЦК, так как марка цемента, определяемая стандартными испытаниями, характеризует прочность композиционного материала (цементно–песчаного раствора) в целом, а не собственно цементную матрицу или цементный слой материала.

Для выбора вяжущего для матрицы тонкослойной цементной композиции были испытаны образцы–кольца, изготовленные в равных условиях при подвижности 25 см по Суттарду из цементов различных марок, представленных на строительном рынке: пикалевского ПЦ 400 Д20, щуровского ПЦБ 400, оскольского ПЦ 500 ДО, ПЦ 600 Опытного завода СПб, датского ПЦБ 700 и глиноземистого цемента фирмы Лафарж марки «Fondu» (далее Лафарж–цемент). Полученные результаты приведены на рис. 1, 2 и 3.

 

1 – ПЦ 500 ДО; 2 – ПЦБ 700; 3 – ПЦ600; 4 – ПЦ 400 Д20; 5 – ПЦБ 400; 6 – марка «Fondu» Лафарж–цемент (Франция, класс 42,5).

 

Рис. 1. Кинетика изменения прочности при растяжении цементов разных марок

1 – ПЦ 500 ДО; 2 – ПЦБ 700; 3 – ПЦ 600; 4 – ПЦ 400 Д20; 5 – ПЦБ 400; 6 – марка «Fondu» Лафарж–цемент (Франция, класс 42,5).

Рис. 2. Кинетика изменения относительных деформаций усадки цементов

разных марок

Рис. 3. Водоцемеитные отношения при расплыве 25 см

по вискозиметру Суттарда

Анализ данных показывает, что все цементы имеют разные величины прочности при растяжении и относительной деформации усадки. Самую высокую прочность и низкую усадку показал бездобавочный оскол–цемент М 500 (кривая 1, рис. 2 и позиция 1, рис. 3). Наиболее близкий по значениям параметров датский цемент М 700 не превосходит осколцемент М 500, что подтверждает, что по марке цемента невозможно прогнозировать прочность при растяжении и усадку собственно цементной матрицы камня в тонком слое. Худшие значения показал Лафарж–цемент марки «Fondu» (Франция, класс 42,5) при самом высоком водоцементном отношении, а оскольский цемент имел самое низкое ВЩ.

Аналогично параметрам трещиностойкости для конструкционных бетонов авторами были подсчитаны отношения прочности при растяжении к прочности при сжатии и прочности при растяжении к усадке, значения которых приведены в табл. 1. В данном случае второй параметр К2 является прямой характеристикой и отражает свойства именно цементной матрицы или цементной прослойки композиционного материала.

Таблица 1

Характеристики трещиностойкости цементов

Матрица на основе цемента	p, МПа	, мм/М	Параметры трещиностойкости
			К1= p/сж	%	К2= p/, ГПа	%
Щуровского ПЦБ 400	1,60	3,75	0,04	100	0,43	70,5
Пикалевского ПЦ 400 Д20	1,69	3,94	0,04	100	0,43	70,5
Оскольского ПЦ 500 ДО	1,93	3,15	0,04	100	0,61	100
ПЦ 600 Опытного завода	1,87	3,37	0,03	75	0,55	90,2
Датского ПЦ 700	1,90	3,31	0,03	75	0,57	93,4
Лафарж–цемента	1,43	8,27	0,03	75	0,17	27,9

Таким образом, проведенные исследования позволили внести две новые характеристики цемента – прочность при растяжении и относительные деформации усадки тонкослойного камня (табл. 1), по которым определен наиболее трещиностойкий цемент – бездобавочный осколцемент М 500.

Библиографический список

1. Особенности получения и свойства композиционных неорганических покрытий на цементной основе / Л.Б. Сватовская, В.Ю. Шангин, Н.Н. Шангина и др. – СПб.: Петербургский гос. ун–т путей сообщения, 2005.

2. Патент 2242740 РФ. Способ определения трещиностойкости строительного материала / В.Ю. Шангин, Н.А. Громов, Г.Б. Гогишвили // Бюл. изобретений. – 2004. – № 35.