CC BY
3УДК 666.972.015.7(213
АНАЛИЗ ПРИМЕНЕНИЕ ПОРИСТЫХ ЗАПОЛНИТЕЛЕЙ ДЛЯ ЛЕГКИХ
БЕТОНОВ
Ризаев Боходир Шамситдинович НамИСИ, и.о.проф.,.к.т.н. доцент, baxodir 1952 @ umail.uz тел; +998-91-351-71-48
Аннотация: Существующие в настоящее время широко распространенные минеральные пористые заполнители имеют низкую прочность. В связи с этим перспективными являются исследования, направленные на изыскание высокоактивных вяжущих, позволяющих использовать низко прочные особо легкие заполнители для создания легкого и прочного строительного материала.
Аннотация: Маколада х,озирда кенг таркалган минералли говак тулдиргичларни паст мустах,камлиги ва улар асосида юкори мустах,камликдаги курилиш материали олишни чекланганлиги айтиб утилган. Шу боис енгил ва мустах,кам курилиш материали яратиш учун, паст мустах,камликдаги махсус енгил тулдиргичларни куллаш имкониятини берадиган, юкори фаолликдаги богловчиларни излаб топиш йуналишидаги тадкикотлар истикболли х,исобланади
Abstract: The currently existing widespread porous mineral aggregates have low strength. In this regard, research aimed at finding highly active binders is promising, allowing the use of low-strength, extra-light aggregates to create a lightweight and durable building material.
Ключевые слова: минеральные пористые заполнители, пенополиуретан, полистирол, высокоактивные вяжущие, стекловидные и кристаллические фазы, пеностекольный заполнитель, мелкоячеистая, сотовая структура, крупности гранули, пенополистиролбетон, эффективные композиции, стиробетон.
Калит сузлар: минерал говак тулдиргичлар, пенополиуретан, полистирол,, юкори фаол богловчилар, шишасимон ва кристалли фазалар, купик шишали тулдиргич, майда говакли тулдиргич, уяли структура, доначалар йириклиги, пенополистиролбетон, самарадорли композициялар, стиробетон.
Keywords: mineral porous fillers, polyurethane foam, polystyrene, highly active binders, glassy and crystalline phases, foam glass filler, fine-mesh, honeycomb structure, granule size, expanded polystyrene concrete, effective compositions, styrocrete.
Одним из направлений повышения технико-экономической эффективности строительства является комплексное использование легких бетонов. Основное применение находят бетоны на пористых заполнителях естественного и искусственного происхождения.
Решению задач получения легких бетонов, отвечающих требованиям строительства, посвящены работы Ахвердова И.Н. Бужевича Г.А., Иванова И.А., Попова Н.А., Путляева И.Е., Рыбьева И.А., Симонова М.З. и других ученых. Их работы внесли значительный вклад в развитие исследований легких бетонов на минеральных пористых заполнителях.
Однако, в последние годы все большое внимание уделяется исследованию легких бетонов, в которых минеральное вяжущее сочетается с полимерным заполнителем. При этом предусматривается использование местных материалов, попутных продуктов и отходов промышленности, что способствует также решению экологических проблем.
В развитие направления исследований легких бетонов на основе портландцемента и
пенополистирольного заполнителя проводили Вайсбурд А.И., Азелицкая Р.Д., Тер-Осипянц Р.Г., Новгородский В.И. В результате такие бетоны нашли применение в разных странах СНГ, в том числе и в Узбекистане.
В то же время получение таких бетонов на основе портландцемента представляет определенные трудности. Кроме того получаемые бетоны обладали некоторыми недостатками обусловленные различной бетоны обладали некоторыми недостатками обусловленные различной природой их компонентов, а также недостаточно высокой активностью, портландцемента.
Одним из необходимых условий устранения этих недостатков является использование вяжущих повышенной активностью и создание условий, при которых будет повышено сходство компонентов легкобетонной композиции.
К высокоактивным относятся шлак щелочные вяжущие, предложенные Глуховским. В.Д. и исследователями его школы в Киевском инженерно-строительном институте в настоящее время под руководством Кривенко П.В.
Шлак щелочные вяжущие получают на основе различных шлаков, в частности на электротермофосфорном с добавками. Их исследовали Пужанов Г.А., Азимов А.А., Алиев А.Г., Тулаганов А.А., Касимов И.К., Газиев У.А., Сарсенбаев Б.К., Косимов О.Б., Бахриев Н.Ф.
К известным пористым заполнителям относятся неорганические: керамзит, аглопорит, шлаковая пемза, заполнители из зол ТЭС, вспученный перлит, вермикулит, пеностекольный заполнитель, а также органические: пено полиуретан, полистирол и др. каждый из этих заполнителей имеет свои особенности (табл.1), которые в значительной степени определяют свойства бетонов на их основе. Они могут иметь различное соотношение стекловидной и кристаллической фаз, характеризуются различной прочностью и декоративностью, отличаются друг от друга теплофизическими показателями [1]
Таблица 1.
Сравнительная характеристика пористых заполнителей
Водопогло щение по массе, проц Средняя плотност кг/м3 Теплопро вод ность, Вт/м.К Прочность при сжатии, МПа
Керамзитовый гравий 12-30 300-800 0.2-0.5 0.8-5.5
Вспученный перлит 29-30 100-300 0.04-0.06 0.3-0.6
Аглопоритовый щебень 16-31 800-1100 0.22-0.6 0.65-1.6
Шлаковая пемза 13-31 800-1100 - 0.6-2.7
Гранулы Пено полистирола до 3 10-35 0.02-0.03 0.05-0.15
Однако, существующие в настоящее время широко распространенные минеральные пористые заполнители имеют прочность, 3-4 Мпа [2]. Для получения же заполнителей с более высокой прочностью необходимы значительные затраты энерго--ресурсов и разработка специальных технологий.
В связи с этим перспективными являются исследования, направленные на изыскание высокоактивных вяжущих, позволяющих использовать низко прочные особо легкие заполнители для создания легкого и прочного строительного материала.
В отличие от неорганических пористых заполнителей, данные характеризующие гранулы пено полистирола, свидетельствуют о совершенно ином строении органического искусственного заполнителя, которому присуща, как известно[3], мелкоячеистая, сотовая структура.
Низкая плотность такого заполнителя, высокие теплоизоляционные свойства обуславливают целесообразность использования его для получения легких материалов.
В связи с вышеизложенным возникает необходимость изыскания путей создания эффективных композиций, в которых могли бы быть реализованы свойства легкого полимерного заполнителя, в частности пенополистирола.
Исследованиям и разработкам в области пенополистиролбетонов на портландцементном вяжущем посвящены работы Вайсбурда А.М. с соавторами [4,5,6], в которых приводятся общие сведения об имеющихся в настоящее время результатах изучения таких материалов, а также данные, полученные в ходе проведенных экспериментов.
В результате этих работ было установлено, что свойства такого бетона значительно отличаются от бетонов на пористых минеральных заполнений и изменяются в зависимости от содержания цемента, песка, крупности гранул и степени их предварительного вспенивания.
Как отмечено в работе Новгородского В.И. и Вайсбурда[7], ДНИИЭП сельстрой с 1971 г широко применяет легкий бетон на пенополистирольном заполнителе в строительстве во всех регионах стран СНГ, а в исследованиях Жук В.И. приводятся сведения об использовании его, в частности, на Чукотке[8].
Исследователями Узбекистана [9] на местных материалах подобраны составы теплоизоляционного и конструкционно-теплоизоляционного пенополистиролбетонов с плотностью соответственно 400.. 500 и 600....900 кг/м3, а также разработана передвижная установка для приготовления этих видов бетона и вспенивания гранул полистирола.
Легких бетон с заполнителем из гранул пенополистирола получил большое распространение за рубежом. Наиболее известны работы фирмы «БАСФ» (Германия), которая совместно со швейцарской фирмой «ПОЛИПОР» проводит исследования, направленные создание цементного пенополистиролбетона с заданными свойствами [10].
Немецкая фирма «БАСФ» запатентовала способ производства «стиробетона». В таком бетоне 70% объёма занимают вспененные частицы пенопласта, остальные 30% приходятся на долю цемента и песка.
В настоящее время «стиробетон» применяется в странах Западной Европы в качестве морозостойкого основания для железных дорог, для изготовления стеновых панелей, утепления кровель, теплого основания для полов, животноводческих зданий .
В Чехословакии такой материал используют для изготовления сборных строительных элементов, а также монолитных теплоизоляционных и конструкционно-теплоизоляционных конструкций [11].
Начато применение легкого бетона с заполнителем из пенополистирола в Нидерландах [2].
Оценка способов приготовления пенополистиролбетонной смеси, применяемых как в отечественной, так и в зарубежной практике, показала целесообразность двух стадийной схемы, включающей приготовление в смесителе принудительного действия цементного раствора на основе мелкого минерального заполнителя, добавки воды, а затем введение в этот раствор полистирольного заполнителя и перемешивание смеси. Общее время, затраченное на один замес, составляет примерно 4.. 6 м .
Для получения пенополистиролбетона рекомендуется вводить в его состав воздухововлекающую добавку ЦНИИПС-1 Введение в бетонную смесь добавки БРИ в количестве 0,5.. .1% от массы цемента значительно уменьшает расслаиваемость смеси [5].
Анализ производственного опыта применения полистирол бетонных конструкций и изделий в строительстве, а также ряда поисковых и исследовательских работ по технологии изготовления полистиролбетонных конструкций свидетельствуют о том, что при разработке технологических режимов не учитываются многие специфические структурные и другие особенности пенополистиролбетона.
Из результатов отечественных и зарубежных исследований следует, что с увеличением количества цемента при постоянном водоцементном отношении возрастает подвижность пенополистиролбетонной смеси. Для получения легкоподвижной, хорошо укладываемой смеси цементное тесто должно не только заполнить пустоты между гранулами, но и создать некоторую прослойку. Поэтому, как правило, в пенополистиролбетонных смесях имеет повышенный расход цемента.
В результате исследований и изучения пенополистиролбетонов, полученных на портландцементе, целым рядом ученых установлены их основные характеристики.
Так, по данным [5] прочность таких бетонов при изгибе составляет 0,36.0,85 Мпа, а при растяжении 0,11.0,32 Мпа.
По определению чехословацких исследователей, при плотности пенополистиролбетона 850 кг/м3 модуль упругости составляет 0,9*104 МПа, а по данным фирмы «БАСФ», при плотности 750 кг/м3 он равен 2*104 МПа.
В то же время результаты исследований НИИСП Госстроя Украины свидетельствуют о том, что модуль упругости равен (2,9.3,4)* 104 МПа при плотности бетона 800 кг/м3.
Усадочные характеристики пенополистиролбетона различного состава колеблется в пределах 0,6.2 мм/м.
В зарубежных литературных источниках мало обоснованных сведений о морозостойкости таких бетонов, однако отмечаются довольно высокие значения этого показателя.
Аналогичные данные приводят исследователи СНГ подчеркивая, что морозостойкость пенополистиролбетонов превышает морозостойкость других видов бетонов[5,8,14,15].
Положительные характеристики многих свойств пенополистиролбетона на портландцементе, не исключают наличие и присущих ему недостатков, обусловленных присутствием в его составе значительного количества вяжущего. Так, например, при попеременном увлажнении и высыхании прочность бетона может резко падать, так как в этом случае в цементном камне создаются значительные напряжения сжатия и растяжения. Устранение недостатков цементных пенополистиролбетонов, по мнению некоторых исследователей, может быть обеспечено при использовании других видов вяжущих.
Так, в ЦНИИЗП жилище новый теплоизоляционный материал на основе гранул пенополистирола и гипсоцементно-пуццоланового вяжущего с плотностью 190....220 кг/м3 , теплопроводностью 0,063....0,065 Вт/м.К, а также теплоизоляционный материал, в котором в качества вяжущего используется жидкое стекло [5]. Однако применение этих видов вяжущих вследствие их невысокой активности не приводит к желаемым результатом и не позволяет на их основе получать пенополистиролбетоны, отвечающие требованиям современного строительства.
Для решения этих вопросов, необходимо использовать высокоактивные вяжущие. К ним относятся шлак щелочные на основе доменных гранулированных шлаков, разработанные в проблемной научно-исследовательской лаборатории грунт силикатов Киевского инженерно-строительного института и с использованием гранулированных электротермофосфорных шлаков.
Приоритет открытия высокоактивных щелочных и щелочо-щелочно-земельных алюмосиликатных гидравлических вяжущих, одной из разновидностей которых являются шлак щелочные, принадлежат Глуховскому В.Д. [16,17,18,19]. Работами, проведенными под его руководством Пашковым И.А. и Старчевской Е.А., Кривенко П.В., Руминой Г.В., Руновой Р.Ф показано, что продукты гидратации таких вяжущих имеют принципиальное отличие от продуктов гидратации портландцемента и представлены низко основными гидр силикатами кальция, неолит подобными щелочными гидроалмосиликатами, гидрогранатами переменного состава и кремниевой кислотой. При этом процессы гидратации обеспечивают присутствующая в них свободная щелочь.
Состав новообразований определяет свойства шлак щелочных вяжущих, которые характеризуются высокой активностью (до 140 МПа), низким тепловыделением и быстрым набором прочности, высокой коррозионной и атмосферной стойкостью, являются морозостойкими и долговечными [16,17,]. Эти характеристики регламентированы нормативными документами
Изучению шлак щелочных вяжущих, выявлению закономерностей протекающих в них процессов структурообразования и исследованию их характеристик посвящены работы многих ученых. Среди них наиболее широкие исследования проведены Кривенко П.В., в результате которых установлены основные принципы формирования структуры таких вяжущих, показаны возможности регулирования их свойств и пути управления ими.
В работах, выполненных под его руководством, доказано, что свойства шлак щелочных вяжущих, в значительной степени зависят от основной твердеющей системы, которую можно изменять введением в состав вяжущей композиции различных добавок, например, портландцементного клинкера. Применение портландцементного клинкера в количестве от 1 до 10 % открыло возможность получения шлак щелочных вяжущих высокой прочности на всех видах шлака.
Шлакощелочные вяжущие на основе электротермофосфорного шлака изучались Азимовым Л.А. [16,17] , Тулагановым А.А. [24], Газиевым У.А. [22,23], Сарсенбаевым В.К. [24], которые показали, что наиболее благоприятные условия для их твердения тепло влажностная обработка, а при введении их в состав добавки портландцементного клинкера можно получать вяжущие, твердеющие и в естественных условиях. Эти результаты относятся к вяжущим, в которых в качестве щелочного компонента используются кальцинированная сода.
Тулагановым А.А. [24] разработано вяжущее на основе электротермофосфорного шлака и смесей солей слабых и сильных кислот, и в частности, содосульфатной смеси (ССС), содержащей от 25 до 40 % сульфата натрия и показало, что ионы (Б04)2-, вводимые в электротермофосфорной шлак со щелочным компонентом, изоморфно замещают ионы (БЮ4)4- и входят в кристаллическую решетку гидросиликатном кальция, без ее разрушения.
Из экспериментов, проведенных в работе [24] следует, что для получения морозостойкого искусственного камня плотность водного раствора такого щелочного компонента не должна превышать 1140 кг/м3, а в состав алюмосиликатной составляющей следует вводить до 5% портландцементного клинкера.
Подчеркивая роль тепловлажностной обработки в процессах формирования структуры легких бетонов, Гоц В.И[26]. отмечает, что длительное выдерживание при изотермическом прогреве при изготовлении материала на шлак щелочном вяжущем необходимо только для крупномасштабных изделий. Им доказано также, что медленный подъем температуры с промежуточной выдержкой при 35. 400 сказывает благоприятное влияние на процессы структурообразования, протекающие в шлак щелочном вяжущем на различных видах шлака.
В работе Азимова А.А. [20] на основе электротермофосфорного шлака и раствора кальцинированной соды плотностью 1050. 1062 кг/м3 получены материалы автоклавного твердения с прочностью от 80 до 100 МПа. Роль автоклавной обработки в процессе получения шлак щелочных вяжущих и бетонов на их основе была отмечена ранее в работе Руновой Р.Ф.
В результате исследований шлак щелочного вяжущего на основе электротермофосфорного шлака без добавок может привести к выделению вредных веществ в виде фосфенов, и как следствие, к ограничению его применения. Поэтому были проведены работы по получению смешанного вяжущего на местном сырье среднеазиатского региона и разработаны рекомендации по производству шлак щелочного вяжущего с использованием электросталеплавильного и электротермофосфорного шлаков. В качестве составляющих этой композиции используются электротермофосфорные шлаки Бекабадского металлургического комбината. При их совместном помоле обеспечивается нейтрализация и окисление вредных газов (НР и РНз). Соотношение между электротермофосфорным и электросталеплавильным шлаками следует принимать соответственно 50.75/25.50.
ЛИТЕРАТУРА
1. Иванов И.А. Технология легких бетонов на искусственных пористых заполнителях.-М.: Стройиздат, 1974-279 с
2. Ахвердов И.Н., Годзиев Н.С. Овадовский И.М. легкий бетон.-М.: Госстройиздат, 1955.-307 с.
3. Горлов Ю.П., Меркин А.П., Устенко А.А. Технология теплоизоляционных материалов.-М.: Стройиздат, 399 с
4. Вайсбурд А.М., Рыбасов В.М., Балакерский И.Ф. передвижная установка для приготовления полистиролбетона. -Ташкент.:Инф.лист.УзНИИНТИ. -№ 170-76.
5. Вайсбурд А.М., Тер-Осипянц Р.Г. применение полистирола в СССР и за Рубежом.-Ташкент: УзНИИНТИ.-1976.-37 с.
6. Вайсбургд А.М. и др. Легкий бетон с эффективным заполнителем. -Сильске будивниско. -1974.-№3. -С17.
7. Новгородский В.И., Вайсбурд А.М. Защитные свойства пенополистиролбетона по отношению к стальной арматуре // Сельское строительство.-1979.-№1.-С.10-11.
8. Жук В.И. Применение стиропорбетона на Чукотке // Сельское строительство. -1974. -№1.-С.12
9. Вайсбурд А.М., Рыбасов В.М., Балакерский И.Ф. передвижная установка для приготовления полистиролбетона. -Ташкент.:Инф.лист.УзНИИНТИ. -№170-76
10. Проспект фирмы "Полипоз" г. Кояссо.-Швейцария, 1971.- 3 с.
11. Путляев И.Э., Михайлов К.В. Легкие бетоны на основе отходов промышленности и конструкций из них. - М.: НИИЖБ Госстроя СССР.-1983.-142 с.
12. Легкий бетон на гранулах пенополистирола Леветостйрене: 1989, №228,
р.64...66-ф.р. ЖССНлЖС БН000*7633.
13. Шлак щелочные цементы, бетоны и конструкции: Тез.докл. 1 Всес.конф.-Киев, 1984.-218 с
14. Новгородский В.И., Вайсбурд А.И. Исследование свойств пенополистиролбетона для ограждающих конструкций сельскохозяйственных зданий / Сб. трудов ЦНИИЭПС Сельстроя.-1974.-№210.-С.182-186.
15. Павлов В.А.Пенополистирол.-М.: Химия, 1973.-183 с.
16. Глуховский В.Д. Грунтосиликатные изделия и конструкции.-Киев: Будивельник, 1967.-230 с.
17. Глуховский В.Д., Кривенко П.В., Румына Г.В. и др. Производство бетонов и конструкций на основе шлакощелочных вяжущих.-Киев: Будивельник, 1988-140 с.
18. Глуховский В.Д., Румына Г.В., Тулаганов А.А. Высокопрочный легкий бетон на шлакощелочном вяжущем «Развитие производства и применения легких бетонов и конструкций из них, в том числе с использованием промышленных отходов. Тез.докл. Ш-й Всесоюз.конф. по легким бетонам.-Ереван, 1985.-С113-114.
19. Глуховский В.Д., Кривенко П.В., Старчук В.Н. и др. шлакощелочные бетоны на мелкозернистых заполнителях.-Киев: Выша школа, 1991-224 с.
20. Азимов А.А. 7,8, Особенности твердения шлак щелочных песчаных бетонов и тампонажных растворов при повышенных температурах и давлениях: Автореф.дисс.. .канд.техн.наук.-Киев, 1983.-23 с.
21. Азимов А.А. Глуховский В.Д., 8Скурчинская Ж.В. Оптимизация свойств шлакоблочного материала /Долговечность конструкций из автоклавных бетонов. Тез.докл.1У Республиканской конференции.-Таллин, 1981.-34 с.
22. Газиев У.А. Состав и свойства легкого бетона на оргиллитовом заполнителе. -Ташкент: УзНИИНТИ, 1991.-20 с.
23. Газиев У.А., Тулаганов А.А. 31Разработка составов шлакощелочных вяжущих на основе электротермофосфорных шлаков / Актуальные вопросы строительства в Узбекистане.-Ташкент, 1980.-Вып.303.-С.112-117.
24. Тулаганов А.А. Высокопрочный шлакощелочный керемзитобетон. Автореф. дисс.....канд.техн.наук.-Киев, 1985.-22 с.
25. Сарсенбаев Б.К. Шлакощелочные бетоны на основе электротермофосфорных шлаков для сельского строительства. Автореф.дисс...канд.техн.наук.-Киев, 1987.-16 с.
26. Гоц В.И. Влияние температурного фактора на процессы структурообразования и свойства шлакощелочных бетонов. Автореф. дисс.. .канд.техн.наук.-Киев, 1983-24 с
УДК 621.78
МЕТОДЫ И CПOCOБЫ ПOЛУЧЕНИЯ ТВЕРДЫХ CПЛAВOВ ДЛЯ РЕЖУЩЕГО
ИНCТРУМЕНТA
Исаев Дониёр Тошботирович PhD, доцент (Навоийский государственный горно-технологический университет)
doniyor isayev@,mail.ru +998906469991
Уразманова Зарина Рамилевна Студент группы 118-23 ТМО (Навоийский государственный горно-технологический университет)
doniyor isayev@mail.ru +998906469991
