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 паро- и 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.

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).

Рис. 3.2. Характер сцепления фторангидритовой матрицы с базальтовым волокном при 200-кратном увеличении

Анализ микроструктуры под растровым электронным микроскопом EVO 50 фирмы ZEISS показал в ангидритовой матрице наличие кристаллических новообразований традиционной структуры с пластинчатым гипсом и наличием аморфной фазы (рис. 3.3.а). Присутствие двуводного гипса подтверждается рентгенофазовым исследованием ангидритового бетона (рис. 3.3.б).

а)

б)

Рис. 3.3. Микроструктура ангидритовой матрицы при 25000-кратном (а), рентгенограмма ангидритовой матрицы в полистиролбетоне (б)

Как видно из рентгеновского спектра в ангидритовой матрице наряду с отражениями ангидрита CaSO₄ (d_a, Å = 3.50; 2.85; 2.33) присутствуют сильные отражения, соответствующие двуводному гипсу CaSO₄·2H₂O (d_a, Å = 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).

А) б)

в)

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