Фиброволокно
Фиброволокно (ВСМ)-это компонент бетонов, растворов, цементно-песчаных композиций, существенно улучшающий их физико-механические и эксплуатационные характеристики. Волокно ВСМ выполняет роль микроармирующего компонента, модифицирующего (оптимизирующего) структуру вяжущих веществ строительных конгломератов на микроуровне и предотвращающего образование и развитие внутренних дефектов бетонов и растворов.
Армирование фиброволокном позволяет достигать значительного экономического эффекта, основанного на повышении качества бетонных конструкций и изделий, увеличении их долговечности, экономии вяжущего, увеличения производительности работ, уменьшении коэффициента стального армирования, уменьшении брака и др.
Волокно строительное микроармирующее широко используется в качестве компонента в различных видах и типах бетонов (в том числе тяжелых, ячеистых, гидротехнических и т. д.), растворах, сухих строительных смесях (штукатурно-монтажных, кладочных и т. д.)
Технологический процесс производства волокна предусматривает направленную физическую, химическую и композитную модификацию с целью придания механической прочности волокну и химической реакционной активности поверхности волокна к продуктам гидратации цемента. Результатом научно-исследовательской работы стало создание волокна коаксиальной структуры — «ВСМ», состоящего из прочного и жесткого ядра и активной оболочки, вступающей в химическое взаимодействие с продуктами гидратации .
В качестве ядра используются полимеры с высокой прочностью и низкой деформативностью или полимеры ядра, подвергнутые различным видам модификации (физической, композиционной), которые позволяют получить особо прочную фибриллированную, высокоориентированную стержневой несущей составляющей волокна. Специалистами «Си Айрлайд» изучена и частично решена задача направленного изменения свойств поверхности полимеров оболочки. Эта наиболее существенная составляющая волокна определяет функциональное действие направленной кристаллизации цементного камня. Разработан технологический регламент получения наиболее плотной наполняемости поверхности и концентрации молекулярных кластеров в привитом слое. Органические модификаторы оболочки содержат активные функциональные группы, имеющие гидрофильную «головку» (одну или несколько полярных групп типа гидро-, типа сульфо-, амино- и карбоксигрупп -ОН, -СООН, -NH2 -SO3H, -OSO3H, -COOН, и т. д.) моно или поликарбоновых, метакриловых кислот, способных реагировать с цементными минералами и продуктами их гидратации, и гидрофобный якорный «хвост», встроенный в основную углеводородную цепь.
Сформированный гомо- и гетерогенный поверхностный структурный ансамбль из молекулярных образований представляет значительный научный интерес и как развивающийся метод, который позволяет сформировать высокие градиенты поверхностных характеристик и разнообразный структурный и молекулярный «дизайн» на микро- и макромолекулярном уровне. Вводимые в расплав полимера-оболочки органические и минеральные вещества изменяют состав его функциональных групп, образуют дополнительные боковые цепи и сшивки, изменения полярности и фазового состава поверхности. Перспективный метод модифицирования цементных бетонов
Располагаясь на поверхности волокна в инициативном состоянии, концевые функциональные группы и неорганические модификаторы воздействуют на процесс гидратации, формируя кристаллизированные сростки кристаллогидратов вдоль протяжения волокна. Эти межфазные системы составляют основу образующихся прочных контактных зон и всей матричной части бетона. Повышенная концентрация кристаллогидратов вблизи поверхности раздела фаз «волокно — цементный камень» обеспечивает прочное сцепление волокна в цементных системах.
Важной частью проблемы создания новых цементных композиционных материалов является получение информации о межфазном физико-химическом взаимодействии цементной матрицы с поверхностью волоконного наполнителя, а так-же вопрос о влиянии этого взаимодействия на механические характеристики цементных композиционных материалов в целом. Перспективный метод модифицирования цементных бетонов
Интегральная прочность цементного композита в присутствии «ВСМ» определяется рядом факторов, где существенное значение приобретает величина адгезии матрицы к поверхности волокна и величина когезии межфазного слоя новообразований. При достаточно высокой концентрации и удельной поверхности волокон, а также при соответствующей толщине и соответствующем минералогическом составе этого слоя начинает играть роль третья фазовая составляющая со своей зависимостью напряженно деформационных характеристик.
Теория межфазных явлений в цементных системах может рассматриваться как совокупность трех основных частей — адсорбции продуктов гидратации на поверхностях, адгезии новообразований к этим поверхностям и минералогического состава и свойств межфазного слоя на границе раздела цементная матрица — волокно «ВСМ».
Параметры структурно-дисперсного распределения волокна в объеме цементной матрицы определены в зависимости от концентрации волокна в объеме и геометрическими параметрами самих волокон. Так как волокна, являющиеся носителями активных центров, имеют протяженную структуру и распределены в объеме бетона равномерно, то при оптимальной дозировке обеспечивают многоуровневую компоновку структуры, запуская механизм самоармирования.
Последняя проблема особенно актуальна в связи с тем, что межфазное взаимодействие оказывает непосредственное влияние на прочность связи компонентов бетонного композита, от которой существенно зависят такие характеристики композита, как прочность, вязкость разрушения, модуль упругости, общая пористость и др. Исследования этого процесса и управление им являются важным звеном в формировании свойств цементного композиционного материала.