RTU Research Information System
Latviešu English

Publikācija: Study of Porous Spacing in Metal-Cement Composites

Publication Type Article in a collection of scientific publications or a chapter in a monograph with ISBN or ISSN
Funding for basic activity Unknown
Defending: ,
Publication language Russian (ru)
Title in original language Исследование порового пространства в металлоцементных композитах
Title in English Study of Porous Spacing in Metal-Cement Composites
Field of research 2. Engineering and technology
Sub-field of research 2.1. Construction and transportation engineering
Authors Viktors Mironovs
Ina Pundiene
Aleksejs Tatarinovs
Jānis Baroniņš
Keywords metal-cement composites, porous spacing, strength, ultrasonic testing
Abstract Введение. Металлоцементные композиты (МЦК), в частно-сти тяжелые бетоны (ТБ) с плотностью 4 т/м3 и выше, использу¬ются для изготовления балластов и пригрузов в портовом стро¬ительстве, для плавучих нефтегазовых платформ, элементов за¬щиты подводных трубопроводов, стабилизации грунта, защиты от электромагнитного воздействия и т. д. [1]. В качестве метал¬лических заполнителей могут использоваться отходы металло-обработки. Такие материалы имеют повышенную плотность и вы¬сокую износостойкость. Высокие защитные свойства от действия электромагнитных полей МЦК получают при использовании специальных заполнителей с высоким (35-70 %) содержанием железа, среди них - барит, илменит, магнетит и гематит [2]. Особо тяжелые МЦК с плотностью более 5,0 т/м' для защиты от радио¬активных и электромагнитных воздействий [3] содержат метал¬лические шлаки с хромом и свинцом, а также феррохром, фер¬росилиций, феррофосфор и боросодержащие материалы. В связи с высокой стоимостью производства изделий из МЦК с природными заполнителями все больший интерес пред¬ставляет использование металлических отходов. Их рациональ¬ное использование - важное направление в защите окружающей среды. Исследования в области новых строительных материалов с железосодержащими отходами, в частности, перфорирован¬ной стальной ленты, пистонов, пылевидных отходов от фильтро- агрегатов и металлических порошков [4-7], показали перспек¬тивность их применения в МЦК. В качестве связующего ис¬пользуются портландцемент, пуццолановый, шлаковый и алю- минатиый цементы [8]. Положительными факторами являются низкая цена, возможность эффективной утилизации, а также получение изделий с новыми свойствами. Однако использование отходов в ряде случаев приводит к ухудшению качества мате¬риала. В связи с этим необходимо разрабатывать оптимальные составы МЦК и контролировать их свойства различными совре¬менными методами. Металлоцементные композиты с малоразмерными метал-лическими заполнителями (ММЗ) имеют высокую износостой-кость, высокую термостойкость и низкую усадку. Однако пол-ностью исключить усадку и растрескивание на границе цемента и металлического заполнителя является трудной задачей [8]. Кроме того, с ММЗ сложно работать из-за трудностей с переме¬шиванием и укладкой, а также из-за проблем расслоения бетон¬ной смеси. Различные виды ММЗ описаны в работе [9]. Рассмотрены также различные виды ММЗ, например железо¬содержащих опилок, и возможность использования их в бетон¬ных смесях, частично заменяя ими песок [9-10]. ММЗ позволяют эффективно увеличить плотность МЦК. Однако установлено [7], что увеличение ММЗ снижает прочность материала и показа¬тель осадки конуса бетонной смеси. При использовании ММЗ общая прочность композита может снижаться из-за их плохо¬го сцепления металла с цементом. Для повышения прочности путем улучшения контактной зоны (заполнитель - цементная матрица) часто используют специальные добавки, в том числе наноразмерные, такие как суперпластификаторы, микрокремне¬зем, метакаолин, нано-микрокремнезем [6]. С помощью неразрушающих методов контроля, в частности, ультразвукового, возможно оценивать прочностные свойства МЦК, наличие пор и дефектов, однородность состава изделий по объ¬ему. Однако практически нет таких данных по бетонам с ММЗ. Целью данной работы было оценить влияние ММЗ и доба-вок на прочность образцов МЦК, а также возможность исполь-зования ультразвуковых измерений для их контроля неразру-шающим способом. Изображения, полученные при помощи оп¬тической микроскопии, отображали характерные особенности поверхностей разрушения образцов разных составов и особен¬ности сцепленения металлического заполнителя с цементной матрицей.
Abstract in English The application of small sized ferromagnetic fillers provides a combination of high bulk density, increased strength and ferromagnetic properties of composite materials. If such materials are produced on the cement basis, the total strength of the composite can be compromised by poor adhesion of metal particles with the cement matrix. Potentially, the use of versatile additives like microsilica and metakaolin is able to improve the structure and mechanical properties of heavy concretes with ferromagnetic properties. The paper considers results of a study using specimens of heavy concretes with small sized ferromagnetic fillers aiming to estimate the structure, porous spacing and strength. Ultrasonic measurements, optical microscopy and compressive strength tests were used in the study. Characteristic features of the coupling of ferromagnetic particles with the cement matrix and fracture surfaces were revealed. It was found that the contact of metal fillers with the cement is not perfect, since the porous spacing appeared between them and the cement matrix during the cement hydration process (exothermal reaction). Due to the border porosity, the specimens with the metal fillers have lower compressive strength, lower ultrasound velocity and increased frequency slope of attenuation. Microsilica and metakaolin additives facilitate better contact zone between the cement matrix and metal fillers.
Reference Mironovs, V., Pundiene, I., Tatarinovs, A., Baroniņš, J. Исследование порового пространства в металлоцементных композитах. In: Порошковая металлургия: республиканский межведомственный сборник научных трудов. Вып. 37. Минск: Беларуская навука, 2014, pp.292-303. ISSN 0134-9597.
ID 19810