Легкие бетоны с гранулированным органическим заполнителем, направленно изменяемой структурой и микроармирующими минеральными добавками (07.09.2009)

Автор: Хританков Владимир Федорович

бетона с НИПС 0,23 0,24 0,32 0,44 0,49 0,57 0,64 0,61

Стена из камше-

бетона с НИПС 0,14 0,19 0,28 0,41 0,54 0,56 0,58 0,58

Стена из соломо-

бетона с НИПС 0,17 0,20 0,25 0,29 0,38 0,52 0,54 0,51

Изготовленные по разработанной технологии и рецептуре легкобетонные блоки с крупным структурообразующим заполнителем из гранулированного торфа (табл.7 и 8) были использованы для возведения стен двухэтажного спального корпуса на базе отдыха Куйбышевского завода железобетонных изделий, жилых одно- и двухквартирных домов и объектов производственного назначения в Куйбышевском, Чановском и Барабинском районах Новосибирской области. Сравнительный анализ качественных показателей стен, выполненных из легких бетонов на гранулированном растительном сырье, показывают их явные преимущества по сравнению с традиционными стеновыми материалами (табл. 8).

Следует отметить повышенную звукопоглощающую способность легкого бетона предлагаемой технологии, способного за счет направленного изменения пористой структуры обеспечить высокий уровень звукового поглощения в широком интервале звуковых частот.

На основе опытно-производственной проверки результатов исследований были разработаны временные технические условия ВТУ 2-07-98. «Блоки легкобетонные с гранулированным торфозаполнителем», рассмотренные и одобренные техническим советом Куйбышевского завода железобетонных изделий (ООО "Металлист") и согласованные с подрядными строительными организациями и предприятиями.

В соответствии с действующими методиками согласно СНиП были выполнены теплотехнические расчеты ограждений из легких бетонов с торфозаполнителем для различных конструктивных и эксплуатационных условий, что нашло свое отражение в «Рекомендациях по изготовлению и применению крупнопористого легкого бетона повышенной звукопоглощающей способности на гранулах из торфа и другого растительного сырья».

После сдачи объектов в эксплуатации на протяжении ряда лет проводилось обследование состояния экспериментальных стен и сравнение их параметров с традиционно применяемыми стенами из обыкновенного глиняного кирпича и золошлакоблоков без пористого крупного заполнителя. Регулярно проводились обследования и оценка звукопоглощающих, теплотехнических, гигиенических и физико-механических показателей легкобетонных стен. Определен экономический эффект от реализации и внедрения разработанных рекомендаций. Показано, что использование легкого крупнопористого бетона на гранулированном заполнителе из торфа или растительных отходов сокращает затраты на возведение стен в 1,5-2,0 раза, уменьшает массу ограждающей конструкции в 1,4 - 1, 7 раза, повышает теплозащитные функции в 1,3 - 1,6 раза и увеличивает звукопоглощение в 2,5 -3,5 раза.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. Анализ научной и технической литературы по исследованию и применению торфа и другого растительного сырья показал, что данные материалы, обладая целым комплексом положительных качеств и низкой себестоимостью, до сих пор не нашли широкого использования при производстве тепло- и звукоизоляционных изделий и конструктивных слоев ограждений. Одним из наиболее перспективных направлений применения органического сырья в строительных целях может быть использование его в качестве крупного пористого заполнителя легких бетонов. Такой подход к решению задачи по улучшению теплофизических и звукоизолирующих характеристик легких бетонов весьма актуален в свете тенденций к энергосбережению и снижению материалоемкости.

2. Введение в состав легкого бетона торфа в качестве крупного заполнителя при объемном содержании его не менее 40 % способствует получению материала с коэффициентом теплопроводности не более 0,3 Вт/(м?°С). Вместе с тем кусковой торфозаполнитель отрицательно влияет на формирование цементной матрицы, резко снижая прочность цементного камня даже при содержании органических материалов в составе бетонной смеси в количестве до 10 % по объему. Использование торфа и другого сырья растительного происхождения в качестве крупного заполнителя легких бетонов возможно при нейтрализации отрицательного действия выделяющихся органических веществ или создании специальных защитных покрытий на поверхности частиц органического материала.

3. Защита поверхности торфа и другого органического заполнителя различными составами (известковым тестом, гипсом, полимерными, минеральными соединениями, жидким стеклом) затруднена наличием в нем большого количества открытых пор, что обусловливает большой расход защитных составов. С целью уменьшения толщины защитных слоев и снижения расхода защитных составов целесообразно осуществлять гранулирование торфа и других растительных материалов. Оптимальное давление прессования при гранулировании составляет 15-20 МПа, что позволяет получать гранулы с прочностью не менее 2,0-3,0 МПа и насыпной плотностью не более 300-350 кг/м3.

4. Использование в качестве покрытия частиц торфа гипсоизвестковой композиции при соотношении гипса и извести (% масс.) 70-75 : 10-25 , а для другого растительного сырья полимерсиликатной композиции из жидкого стекла и ПВА позволяет снизить водоцементное отношение на первом этапе твердения легких бетонов за счет поглощения воды органическим заполнителем. В последующем, вследствие набухания гранул, создается давление, обеспечивающее уплотнение цементного камня. Давление набухания растительных гранул крупного заполнителя составляет: в случае гранул без защиты до 56-60 кПа, при использовании гипсоизвестковой защиты 21-32 кПа, при нанесении полимерных соединений 8-15 кПа.

5. Микроструктура контактной зоны гранул торфозаполнителя, имеющих гипсоизвестковое защитное покрытие, с цементнозольной матрицей отличается повышенной плотностью и меньшей пористостью вследствие проявления двойного эффекта действия гранул торфа – впитывания влаги на этапе перемешивания и формирования бетонной смеси и самоуплотнения за счет внутреннего давления набухания торфозаполнителя после полного водонасыщения. При этом объем капиллярных пор цементно-зольного камня сокращается с 47-61 до 23-28 %, заметно уменьшается средний размер пор. Использование гипсоизвестковой защиты поверхности гранул торфа обеспечивает повышение микротвердости контактной зоны на границе цементного камня с торфозаполнителем: на расстоянии 0,4 мм от поверхности гранул торфа – с 20 до 50 МПа, на расстоянии 1,0 мм – с 25 до 60 МПа.

6. Установлено, что для повышения качества композиционных материалов, включающих минеральные вяжущие вещества, целесообразно введение в их состав дисперсных микроармирующих кальцийсодержащих природных добавок, таких как волластонит и диопсид. Исследованы свойства гипсовых смесей, содержащих от 20 до 40 % мас. волластонита, диопсида и известняка. Установлена тенденция к повышению температуры разложения продуктов гидратации таких смесей, особенно при введении волластонита. Совместное действие волластонита и диопсида является аддитивным. Введение добавок диопсида, известняка и особенно волластонита в состав композиционных смесей на основе гипса способствует увеличению прочности образцов при одинаковом уровне пористости. Образцы, содержащие 40 % волластонита и 30 или 40 % диопсида, с водопоглощением 28-31 % имеют более высокое значение коэффициента размягчения, чем образцы гипса без добавок, имеющие водопоглощение 21,5 %. Это обусловлено структурным упрочнением продуктов твердения гипса вследствие действия адсорбционного энергетического потенциала минеральной добавки и микроармированием структуры.

7. При получении легких бетонов с гранулированным торфозаполнителем или другим растительным сырьем оптимальное соотношение портландцемента и гранулированного торфозаполнителя составляет (по массе) 1,0 : 0,6 - 0,8. Это позволяет получать легкий бетон с пределом прочности при сжатии не менее 2,5-5,0 МПа и плотностью до 450-500 кг/м3.

8. Предложена технологическая схема производства легких бетонов с гранулированным растительным заполнителем и послойным формованием изделий с различными фракционными составами, что обеспечивает эффективное снижение звуковой проницаемости (шумозащиту) в широком диапазоне звуковых волн за счет создания структуры с различной формой и различным диаметром пор. Определен комплект оборудования и технологической оснастки для изготовления изделий из таких бетонов. При получении легких бетонов с гранулированным заполнителем из органического сырья растительного происхождения общая продолжительность тепловой обработки составляет 15-16 часов и включает: выдержку до прогрева – 2,5-3,0 часа; подъем температуры до 65-70 оС – 2,0-2,5 часа; термообработку - 8,0-9,0 часов, охлаждение - 2,0-2,5 часа. Использование предложенных составов и технологии позволяет получать легкие бетоны, имеющие плотность до 550 кг/м?; коэффициент теплопроводности от 0,14 до 0,31 Вт/(м?°С), морозостойкость не менее 15 циклов, коэффициент звукового поглощения во всем диапазоне звуковых частот от 0,3 до 0,7.

9. Осуществлено производственное апробирование и внедрение предложенных материалов и технологических процессов. Легкобетонные блоки с гранулированным торфозаполнителем использованы при строительстве жилых и производственных зданий в Барабинском, Куйбышевском и Чановском районах Новосибирской области. Регулярное обследование стен этих зданий в течение ряда лет показало стабильность свойств и эксплуатационную стойкость изделий из предложенных легких бетонов. Экспериментальные стены теплее шлакобетонных стен без органического заполнителя в среднем на 5-5,5 оС; влажность материала на внутренней поверхности ограждения ниже в 1,3-1,4 раза, что свидетельствует об осушающем эффекте торфа в легком бетоне и, следовательно, улучшении микроклимата помещений в целом. Кроме того, отмечено уменьшение уровня шума в помещениях от внешних источников в 2-3 раза по сравнению с обычными стенами из керамзитобетона.

10. Разработана технология получения легких бетонов с гранулированным органическим заполнителем и послойным формованием изделий с различными его фракционными составами в специальной форме-опалубке. На основе опытно-производственной проверки результатов исследований разработаны и утверждены временные технические условия ВТУ-1950-310-003-06, ВТУ-1950-310-004-08 «Блоки стеновые из легких бетонов с направленно изменяемой пористой структурой», и разработаны «Рекомендации по изготовлению легкого бетона на гранулированном торфозаполнителе и органическом сырье с улучшенными теплофизическими и акустическими показателями».

Технико-экономическая эффективность при использовании легких бетонов с гранулированным торфозаполнителем определяется тем, что при равной толщине стен термическое сопротивление ограждений возрастает в 1,8-2,1 раза. Кроме того, уменьшаются трудозатраты на 30-36 % и сокращается масса стен на 40-46 %, что позволяет экономить транспортные расходы.

Основное содержание диссертации опубликовано

в следующих работах

Монографии

1. Пичугин А.П. Применение торфа в строительстве / А.П.Пичугин, В.Ф. Хританков. - Новосибирск: НГАУ, 2001. - 101 с.

2. Пичугин А.П. Использование торфа и растительного сырья в строительстве / А.П. Пичугин, В.Ф. Хританков. – Новосибирск: НГАУ-РАЕН, 2008. - 137 с.

3. Хританков В.Ф. Легкие органоминеральные бетоны с повышенной звукопоглощающей способностью / В.Ф. Хританков. - Новосибирск: НГАУ-РАЕН.- 2009. - 158 с.

Статьи в рецензируемых изданиях и журналах

4. Пичугин А.П. Экологические проблемы эффективного использования отходов и местного сырья в строительстве / А.П. Пичугин, А.С. Денисов, В.Ф. Хританков // Строительные материалы.- 2005.- №5.- С. 2-4.

5. Хританков В.Ф. Гипсобетонные изделия с органическими пористыми заполнителями / В.Ф. Хританков, Л.В. Шантина, А.С. Денисов, А.П. Пичугин // Строительные материалы. – 2006. - № 7. – С.10-11.

6. Хританков В.Ф. Органоминеральные композиты с использованием торфозаполнителя / В.Ф. Хританков, А.П. Чепайкин, В.В. Авраменко, А.П. Пичугин // Строительные материалы. - 2006. - № 7. - С. 33-35.

7. Бердов Г.И. Изменение структуры и свойств гипсовых смесей при введении кальцийсодержащих природных соединений / Г.И. Бердов, Е.В. Парикова, В.Ф. Хританков // Известия вузов. Строительство. - 2006. - № 8.- С. 92-94.

8. Парикова Е.В. Влияние природных минеральных добавок на свойства гипсовых смесей / Е.В. Парикова, Г.И. Бердов, В.Ф. Хританков // Известия вузов. Строительство. - 2006. - № 9.- С. 9-12.

9. Пичугин А.П. Эффективные органоминеральные бетоны с повышенными тепло- и звукоизолирующими свойствами / А.П. Пичугин, А.С. Денисов, В.Ф. Хританков, В.В. Авраменко // Строительные материалы. - 2008. - № 5. - С. 73-75.

10. Бердов Г.И. Нанопроцессы в технологии строительных материалов / Г.И. Бердов, В.Н. Зырянова, А.Н. Машкин, В.Ф. Хританков // Строительные материалы. - 2008. - № 7. - С.76-78.

11. Гришина В.А. Использование комплексных добавок для укрепления грунтов в сельском дорожном строительстве / В.А. Гришина, В.Ф. Хританков, А.П. Пичугин // Строительные материалы. - 2008. - № 10. - С. 36-38.

12. Субботин О.С. Эффективное применение энергосберегающих конструкций и материалов в малоэтажных жилых зданиях / О.С. Субботин, В.Ф. Хританков // Жилищное строительство. - 2008. - № 12.- С. 20-23.

13. Хританков В.Ф. Оптимизация составов для защиты крупного органического заполнителя и упрочнения материалов стен / В.Ф. Хританков, А.Ю. Кудряшов, А.П. Пичугин // Строительные материалы. - 2009. - № 3. - С. 60-63.

Cтатьи в других изданиях


загрузка...