Elemente de zidarie cu deseuri din fibre de sticla

Realizarea  materialelor de zidarie conforme cu noua specificatie tehnica, reprezentata de standardul armonizat SR EN 771-1/2003, este un obiectiv important pentru multe intreprinderi de mate­riale de constructii romanesti. O parte dintre ele si-au rezolvat problema certificarii de conformitate a produselor, iar pentru altele, aceasta tinta este un obiectiv obligatoriu in vederea introducerii pe piata a produselor ceramice de zidarie fabricate.

Prezentul articol pune in evidenta metodele de investigare utilizate in vederea imbunatatirii performantelor unor produse ceramice de zidarie, ale caror mase contin deseuri de fibre din sticla E, ceea ce duce la schimbarea mecanismului de rupere sub sarcina.

Rezultatele obtinute servesc la controlul fabricatiei si ofera solutii in cazul maselor a caror compozitie mineralogica duce usor la fisurarea produselor in timpul tratamentului termic.

S-au facut retete de masa, utilizand drept matrice un amestec de materii prime atent ales, la care se vor adauga diverse cantitati din deseu de fibra din sticla, procesat astfel incat sa duca la proprietati adecvate fasonarii produselor si in cantitati astfel dozate, incat sa asigure armarea masei cu fibre mai lungi sau  mai scurte.

Scopul introducerii acestor fibre este schimbarea comportarii la rupere a maselor si optimizarea unor proprietati.

La alegerea masei pentru matrice, s-a tinut seama de materiale accesibile si adecvate utilizarii in domeniul ceramicii pentru constructii.

S-au avut in vedere totodata grosi­mea acestora si o lungime de maximum 3 cm, astfel incat ele sa nu afecteze aspectul blocurilor ceramice cu goluri, planeitatea suprafetelor si aspectul muchiilor.

Masele realizate si caracterizarea acestora

Compozitiile maselor ceramice realizate cu deseuri de fibre din sticla E sunt prezentate in tabelul 1.

Prepararea maselor s-a facut prin dozare si omogenizare umeda, trecere prin extrudere si fasonare prin presare. Uscarea s-a facut lent, pana la 105 0C.

Pentru asigurarea calitatii maselor, s-a facut incercarea plasticitatii Pfefferkorn si stabilirea cantitatii optime de apa de fasonare dupa metodele utilizate la masele cera­mice obisnuite.

Tinand seama de faptul ca introducerea fibrelor din sticla tip E intr-o masa ceramica verificata in prealabil si gasita corespunzatoare este o abordare noua si moderna a acestor materiale, cu scopul de a imbu­natati proprietatile unor mase cera­mice pe de o parte, iar pe de alta parte prin obtinerea de mase cu proprietati adecvate aplicatiilor structurale, s-a lucrat cu o larga gama compozitionala.

Datorita proprietatilor foarte dife­rite ale fibrelor si matricei, trebuie sa se demonstreze compatibilitatea lor.

De asemenea, trebuie sa se cerce­teze la ce temperaturi se defor­meaza, se deterioreaza si se topesc fibrele, in vederea stabilirii temperaturii maxime de ardere a masei rezultate.

Eficienta tehnologiei de realizare utilizate, concretizata prin dispersarea corespunzatoare a fibrelor in masa argiloasa fara a se introduce operatii unitare suplimentare pe flux, a fost cercetata prin metode structurale.

Prezenta materialului organic pe suprafata fibrei poate afecta porozitatea materialului rezultat. Elimi­narea sa trebuie facuta cu atentie, stabilind comportarea termica a fiecarei mase prin analiza termica, astfel incat sa se tina seama de influenta descompunerii compusilor prezenti, transformarile polimorfe, rearanjarile struc­turale si efectele termice aferente.

Pentru stabilitatea dimensionala si indeplinirea conditiilor pentru cerin­tele esentiale, este necesar sa se studieze daca in intervalul de tratament termic se produc reactii in stare solida intre fibrele din sticla E si matricea ceramica.

Cercetarile efectuate pentru clarificarea acestor probleme tehnice au dus la rezultate pozitive, care sunt prezentate in continuare.

Ca urmare, produsele rezultate prin introducerea fibrelor tocate si a celor maruntite in masa ceramica sunt densificate si au rezistente mecanice corespunzatoare, aspectul fiind superior celor din fabricatia curenta si care poseda certificat de conformitate pentru utilizari la zidarii obisnuite si corespunzatoare crite­riilor de seismicitate.

In vederea studierii comportarii termice, s-au supus analizei termice pana la 1.000 0C, cu o viteza de incalzire de 10 0C/min., toate probele cu un continut de fibre de la 5% la 60%. Cel de al doilea set cu fibre tocate se incadreaza in acest interval compo­zitional, iar proba care se supune incalzirii este foarte fin mojarata, prin aceasta disparand deosebirea de forma de prezentare a fibrei in amestec.

Rezultatele analizelor termice sunt prezentate in tabelul 2.

Datorita suprapunerilor de efecte, anumite maxime pe curba corespunzatoare efectelor termice sunt usor alungite. Pentru a identifica toti compusii mineralogici prezenti, s-au preparat probe pentru difractometrie de raze X pe ambele serii de probe, atat inainte, cat si dupa tratamentul termic la 900 0C.

Din ambele tipuri de investigatii rezulta ca nu se produc reactii chi­mice intre fibre si matricea ceramica pana la 1000 0C, ceea ce permite asumarea efectului de armare de catre fibrele din sticla E.

In vederea stabilirii inceputului  si  sfarsitului topirii, fiecarui amestec i s-au facut investigatii cu catetometrul pana la 1.430 0C. Rezulta ca nicio masa nu incepe sa se topeasca pana la 1.000 0C, ceea ce permite marirea temperaturii de ardere a maselor pana la aceasta temperatura. Rezultatele investigatiilor cu catetometrul sunt inregistrate in tabelul 3.

Pentru cercetarea omogenitatii maselor, s-au facut investigatii la microscopul optic pe sectiuni subtiri.

Aspectul probelor este relativ uniform: fibrele sunt orientate in toate directiile, fiind prinse in sectiunile investigate atat pe lungime, cat si in sectiune transversala. Aspectul lor este nealterat si sugereaza lipsa reactiei cu matricea.

In fig. 1 este prezentata imagi­nea probei la sfarsitul tratamentului termic (topire completa), realizat in catetometru.

Microscopia optica – sectiuni subtiri – a pus in evidenta urmatoarele:

a) diferente semnificative intre sectiunile efectuate pe materiale avand compozitii foarte apropiate (dovedind o mare neomogenitate in realizarea industriala a acestor materiale);

b) existenta fibrelor in materialele arse (acestea nu au fost distruse in timpul procesului de fabricatie si – foarte important pentru rezistenta finala a materialelor astfel obtinute – nu au reactionat complet cu matricea);

c) fibrele sunt prezente atat in planul sectiunii (pe cele doua directii), cat si in plan perpendicular pe aceasta, dovedind astfel ca sunt distribuite (mai mult sau mai putin uniform) pe cele trei directii spatiale;

d) concentratia fibrelor evidentiate creste de la 5% la 50% fibre in amestec;

e) nu se poate evidentia o crestere liniara a concentratiei de fibre odata cu trecerea de la probele cu fibre lungi la cele cu fibre scurte;

f) prezenta unor granule – relativ mari – de cuart in materialele arse;

g) existenta unor granule de material nereactionat sau partial reactionat (avand culori diferite de la alb-gri pana la rosu-caramiziu);

h) concentratii mari de fibre (pentru compozitiile foarte bogate in fibre) pe anumite zone ale materia­lului ars, dovedind dificultatea omo­genizarii materialului la concentratii mari de fibre;

i) posibilitatea utilizarii analizei microscopice pentru controlul omo­ge­nitatii materialelor obtinute.

In cazul maselor cu fibre tocate, cele mai bune densitati se obtin la un continut de 5; 7,5 si 10% fibre, dar acestea sunt putin mai mici decat cele cu fibrele maruntite.

Nici rezistenta la compresiune nu creste direct proportional cu conti­nutul de fibre. In cazul maselor cu fibre tocate, se inregistreaza un optim la un continut de 10% fibre, fata de un continut de 5% fibre in cazul masei cu fibre maruntite.

Rezulta clar ca atat absorbtia de apa, cat si porozitatea nu variaza semnificativ cu cresterea continu­tului de fibre de la 5% la 60% (fig. 2 si 3).

Concluzii

Masele ceramice ranforsate cu fibre tocate, respectiv maruntite, destinate utilizarii ca elemente de zidarie obisnuite in constructii, se incadreaza la caracteristicile esentiale pentru aceasta utilizare.

Toate au densitati corespunzatoare conditiilor de seismicitate, iar cele mai bune rezistente la compresiune se obtin cu fibrele maruntite.

Pentru imbunatatirea caracteristicilor retetelor de masa, se propune cresterea presiunii la extrudere si marirea temperaturii de ardere cu 60 – 100 0C, acest fapt permitand o mai buna generalizare a solutiei in sensul aplicarii compozitiilor rezultate la alte materiale argiloase existente in tara.

De asemenea, se propune efectuarea de teste de compresiune pe piese slefuite, in vederea obtinerii unor valori mai ridicate in conditiile prevazute de standardul armonizat.

Graficele elaborate pentru valorile contractiilor, ale densitatilor si ale rezistentelor la compresiune permit predictia acestor proprietati pe domeniul ales pentru orice raport fibre/ matrice, intrucat prevederile teoretice ale diagramei KROCK s-au confirmat in practica.

…citeste articolul integral in Revista Constructiilor nr. 23 – ianuarie-februarie 2007

Autori:
Gabriela TOMA – Procema Cercetare SRL
Nicolae TOMA – Universitatea Politehnica Bucuresti
Julietta RUSU – Prospectiuni SA Bucuresti