Проектирование состава и изготовление композиционного материала по раздельной технологии

Основные понятия

Тщательный подход к расчету и подбору составов зерновых смесей предусматривает переход к раздельной технологии изготовления ком-позиционных материалов. Раздельная технология заключается не толь-ко в разделении твердых компонентов по крупности частиц, но и в по-лучении высокоплотных зерновых составов, оптимальном наполнении цементом и микронаполнителем межзернового пространства, а также в разработке эффективных способов создания плотного монолита.

Искусственные каменные материалы каркасной структуры облада-ют высокой прочностью при изгибе, низкой усадкой, пониженным содержанием вяжущего, повышенной трещиностойкостью.

Сущность одной из существующих раздельных технологий заклю-чается в получении каркасного материала путем первоначального фор-мования прочной макроструктурной матрицы с последующим заполне-нием больших пор высокопластичной смесью и объединением их в единый композиционный монолит. Сначала зерна крупного материала склеиваются по форме изделия в каркас, а затем пустоты каркаса заполняются мелкозернистым раствором.

Главной сложностью здесь является операция эффективного запол-нения всех пор пластичной смесью.

Раздельной технологией предусматривается:

- разделение заполнителя на крупный (щебень) и мелкий (песок), фракционированных в соответствии с расчетом;

- предварительное опудривание цементом щебня и песка, смоченных водным раствором ПАВ, отдельно для получения цемент-ной корки на поверхности минимальной толщины;

- отдельное приготовление из оставшейся доли цемента (принятого по расчету) цементного теста вместе с микронаполнителем и супер-пластификатором;

- формование высокопористого каркаса из крупной части зернис-того материала с последующим его затвердеванием;

- заполнение прочного высокопористого материала пластичной мат-рицей, также с последующим затвердением композиции.

Соотношение средних размеров частиц цемента и зерен наиболее мелкой фракции заполнителя (макронаполнителя) должно быть таким, чтобы в порах между ними размещались по крайней мере по одной частице цемента при условии, что поверхность их будет покрыта слоем

цементного теста минимальной толщины.

Так, если цемент марки М 400 содержит в наибольшем количестве частицы с размером 60-40 мкм, то размер частиц мелкой фракции заполнителя должен удовлетворять уравнению

d _з ³ (6,5–7,3) d _ц; (2.1)

В противном случае необходимо увеличивать марку цемента.

Одним из резервов снижения расхода цемента является введение в формовочную смесь активных микронаполнителей – тонкоизмельченно-го кварцевого песка, мела, глины, талька, пылевидных отходов про-мышленности из фильтронакопителей.

При смешивании микронаполнителей и цемента важным и необ-ходимым условием является соблюдение геометрического структурного фактора плотного зернистого слоя цемента при отсутствии агрегирова-ния микрочастиц наполнителя. Для этого необходимо в процессе перемешивания обеспечить в жидкой фазе смеси рассредоточение его частиц в пустотах упаковки частиц цемента.

Таким образом, оптимальное количество микронаполнителя, кото-рое необходимо вводить в цемент с целью снижения его расхода и повышения плотности упаковки в цементном камне, находится в пределах 10-25 мас.%.

Цель работы - расчет состава и изготовление композиционного материала каркасной структуры по раздельной технологии.

Аппаратура и материалы

Весы технические; стандартный набор сит для рассева щебня и песка; открытая емкость для перемешивания формовочной массы; лопатки для перемешивания; штыковка; мерные емкости; стальная форма со специальной насадкой размером 10х10х10 см; пригруз массой 1-2 кг; лабораторная виброплощадка; пресс гидравлический, развиваю-щий усилие 50 т; портландцемент М 400; щебень гранитный, сланце-вый; керамзитовый гравий; галька; кварцевый песок, пластифици-рующая добавка; вода.