Научная статья на тему 'Фибропеногипсобетонные композиты с применением вулканического пепла'

Фибропеногипсобетонные композиты с применением вулканического пепла Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

CC BY
241
39
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
GYPSUM / PORTLAND CEMENT / ASHES / FOAMING AGENT PB-2000 / BASALTIC FIBER / GIPSOTSEMENTOPUTSTSOLANOVYY COMPOSITE / THE PERIODS OF GRIPPING GYPSUM TEST / PENOGIPSOBETON / THE FIBROPENOGIPSOBETONNYY COMPOSITE / STRENGTH FOR THE BEND AND THE COMPRESSION / AVERAGE / ГИПС / ПОРТЛАНДЦЕМЕНТ / ПЕПЕЛ / ПЕНООБРАЗОВАТЕЛЬ ПБ-2000 / БАЗАЛЬТОВОЕ ВОЛОКНО / ГИПСОЦЕМЕНТОПУЦЦОЛАНОВЫЙ КОМПОЗИТ / СРОКИ СХВАТЫВАНИЯ ГИПСОВОГО ТЕСТА / ПЕНОГИПСОБЕТОН / ФИБРОПЕНОГИПСОБЕТОННЫЙ КОМПОЗИТ / ПРОЧНОСТЬ НА ИЗГИБ И СЖАТИЕ / СРЕДНЯЯ ПЛОТНОСТЬ

Аннотация научной статьи по технологиям материалов, автор научной работы — Хежев Т.А., Даов Н.А., Исмайлов А.С., Молов К.В., Кашукоев А.Ж.

Приведены результаты исследований фибропеногипсобетонных композитов с применением вулканического пепла. Разработаны составы гипсоцементопуццоланового композита с применением вулканического пепла, позволяющие существенно сократить расход гипса и улучшить характеристики гипсобетона. Выявлено влияние пенообразователя ПБ-2000 на сроки схватывания гипсового теста. Получены пеногипсобетонные композиты на основе гипсоцементопуццоланового вяжущего и синтетического пенообразователя ПБ-2000. Разработанные составы фибропеногипсобетонных композитов с применением вулканического пепла позволяют сократить расход гипса на 50 % при одновременном улучшении физико-механических свойств исходного пеногипса и снижении себестоимости материала за счет использования местного сырья.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по технологиям материалов , автор научной работы — Хежев Т.А., Даов Н.А., Исмайлов А.С., Молов К.В., Кашукоев А.Ж.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Fibropenogipsobetonnye composites with the application of the pumice

Are given the results of studies of the fibropenogipsobetonnykh composites with the application of pumice. Are developed the compositions of gipsotsementoputstsolanovogo composite with the application of pumice, which make it possible to substantially reduce the expenditure of gypsum and to improve the characteristics of gypsum concrete. Is revealed the effect of foaming agent PB-2000 on the periods of gripping gypsum test. Are obtained the penogipsobetonnye composites on the basis of the gipsotsementoputstsolanovogo binding and synthetic foaming agent PB-2000. The developed compositions of the fibropenogipsobetonnykh composites with the application of pumice make it possible to reduce the expenditure of gypsum per 50 % with a simultaneous improvement in the physicomechanical properties of initial foam gypsum and a reduction in the prime cost of material due to the use of the local raw material

Текст научной работы на тему «Фибропеногипсобетонные композиты с применением вулканического пепла»

Фибропеногипсобетонные композиты с применением вулканического

пепла

Т.А. Хежев, Н.А. Даов, А.С. Исмайлов, К.В. Молов, А.Ж. Кашукоев, Р.А. Чегемов Кабардино-Балкарский государственный университет, Нальчик

Аннотация: Приведены результаты исследований фибропеногипсобетонных композитов с применением вулканического пепла. Разработаны составы гипсоцементопуццоланового композита с применением вулканического пепла, позволяющие существенно сократить расход гипса и улучшить характеристики гипсобетона. Выявлено влияние пенообразователя ПБ-2000 на сроки схватывания гипсового теста. Получены пеногипсобетонные композиты на основе гипсоцементопуццоланового вяжущего и синтетического пенообразователя ПБ-2000. Разработанные составы фибропеногипсобетонных композитов с применением вулканического пепла позволяют сократить расход гипса на 50 % при одновременном улучшении физико-механических свойств исходного пеногипса и снижении себестоимости материала за счет использования местного сырья.

Ключевые слова: гипс, портландцемент, пепел, пенообразователь ПБ-2000, базальтовое волокно, гипсоцементопуццолановый композит, сроки схватывания гипсового теста, пеногипсобетон, фибропеногипсобетонный композит, прочность на изгиб и сжатие, средняя плотность.

Ячеистые бетоны относятся к энергоэффективным и недорогим строительным материалам. Обладая небольшой средней плотностью, ячеистые бетоны отличаются достаточной прочностью и хорошими теплоизоляционными свойствами.

Основным минеральным вяжущим в производстве неавтоклавного ячеистого бетона является портландцемент. Однако производство портландцемента связано с высокими капитальными вложениями, энергозатратами и выделением побочных продуктов в виде газов и пыли в окружающую среду. Исследования и разработки в области гипсовых вяжущих, материалов и изделий [1-4] показывают возможность расширения области их эффективного применения в строительстве.

Изделия из гипса отличаются относительной легкостью, прочностью, огнестойкостью, низкими тепло- и звукопроводностью. Наряду с рядом положительных технических свойств гипсовые вяжущие и изделия имеют следующие недостатки: значительная хрупкость, низкая водостойкость, низкая морозостойкость, высокая ползучесть при увлажнении.

Преодоление многих недостатков гипсовых вяжущих и изделий возможно в результате создания композитов с использованием эффективных наполнителей и заполнителей, а также дисперсного армирования. Для снижения стоимости строительства эффективно применение местного сырья для производства строительных материалов [5-8].

Ячеистые бетоны на гипсовых вяжущих обладают такими недостатками, как хрупкость, низкая водостойкость, что сдерживает их применение. Преодоление этих и других недостатков возможно в результате дисперсного армирования пеногипсобетонов базальтовыми волокнами [9, 10] и использования активных минеральных добавок, в том числе вулканических горных пород.

Целью работы является получение эффективных фибропеногипсобетонных композитов с применением вулканического пепла.

В исследованиях использовались: гипсовое вяжущее Усть-Джегутинского гипсового комбината марки Г-5 БП; портландцемент ПЦ500-ДО производства ЗАО «Белгородский цемент»; вулканический пепел Заюковского месторождения с максимальной крупностью зерен 1,25 мм; базальтовые волокна производства ОАО «Ивотстекло» марки РНБ-9-1200-4с; пенообразователь ПБ-2000 производства ОАО «Ивхимпром».

Исследовалось влияние соотношения компонентов на свойства гипсоцементопцуцолановой матрицы. В лабораторных условиях образцы-балочки размером 40*40*160 мм изготовлялись по литьевой технологии и сушили в естественных условиях. Перед испытаниями образцы

высушивались до постоянной массы при t = 50 в сушильном шкафу. Приготовление смеси осуществляли в смесителе принудительного действия, в которой в воду добавляли предварительно перемешанную всухую смесь гипса, портландцемента, пепла, после чего перемешивание всех компонентов продолжали до получения однородной гипсобетонной смеси. Результаты исследований влияния добавок портландцемента на свойства полуводного гипса приведены в табл. 1.

Таблица 1

Влияние добавок портландцемента на свойства полуводного гипса

Расход цемента в % от массы гипса Вода/вяжущее Предел прочности при изгибе (МПа), в возрасте Предел прочности при сжатии (МПа), в возрасте

2 ч 28 сут 2 ч 28 сут

1 2 3 4 5 6

— 0,5 2,6 4,5 5,3 10,5

10 0,52 3,9 5,8 7,8 12,8

20 0,52 4,0 7 8,3 15,7

30 0,53 3,4 6,1 7,8 13,1

Из табл. 1 следует, что существенное увеличение прочности при изгибе и сжатии образцов происходит с добавками портландцемента до 20 % от массы гипса, дальнейшее увеличение добавки цемента приводит к снижению прочности композита.

Результаты исследований композитов с применением гипса, портландцемента и вулканического пепла с максимальной крупностью зерен 1,25 мм приводятся в табл. 2.

Таблица 2

Физико-механические свойства гипсоцементопуццоланового композита

№ состава Соотношение гипс : пепел по массе Расход цемента в % от массы гипса Свойства композита

средняя плотность в возрасте 28 сут, кг/м предел прочности при изгибе (МПа) в возрасте предел прочности при сжатии (МПа) в возрасте

2 ч 28 сут 2 ч 28 сут

1 2 3 4 5 6 7 8

1 1:1 — 1090 2,3 4,3 5,4 7,5

2 1:1 10 1086 2,4 3,8 5,4 8,5

3 1:1 20 1120 2,1 3,7 4,8 7,9

4 1:1 30 1150 1,5 3,4 3,3 6,9

5 1:2 — 1130 1,3 2,9 2,5 5,9

6 1:2 10 1180 1,3 2,7 3,0 6,2

7 1:2 20 1140 1,2 2,6 2,9 6,0

8 1:2 30 1160 1,1 2,3 2,1 4,6

Из табл. 2 видно, что добавка портландцемента до 10-20 % оказывает положительное влияние на прочность при сжатии только для состава гипс: пепел с соотношением 1:1. В других составах добавка портландцемента не оказывает заметного влияния на прочностные характеристики композита.

Таким образом, применение вулканического пепла совместно с портландцементом в гипсобетонных композитах позволяет сократить расход гипса до 50 % без существенного снижения прочностных характеристик. При этом разработанные гипсобетонные композиты имеют повышенную водостойкость.

Одной из задач, которую следует решить в производстве пеногипса, является предотвращение схватывания гипсового теста в течении времени, необходимого для вспенивания смеси и ее укладки в формы или опалубку.

Влияние дозировки пенообразователя ПБ-2000 на сроки схватывания гипсового теста приведены в табл. 3.

Таблица 3

Влияние пенообразователя ПБ-2000 на сроки схватывания

гипсового теста

№№ Дозировка Начало Конец Продолжитель-

состава ПБ-2000, % от схватывания, схватывания, ность

массы гипса мин мин схватывания, мин

1 — 12 17 5

2 0,21 15 18 3

3 0,35 23 34 11

4 0,45 43 63 20

Из приведенных данных можно сделать вывод, что значительный замедляющий эффект на сроки схватывания гипсового теста оказывает синтетический пенообразователь ПБ-2000 (активная основа - вторичный алкилсульфат натрия). ПБ-2000 уже при дозировке 0,35 % отодвигает начало схватывания гипса на 11мин., а конец схватывания - на 17 мин. Увеличение дозировки до 0,45 % усиливает замедляющий эффект до 31 минуты (начало схватывания) и 46 мин. (конец схватывания). При этом период схватывания увеличивается с 5 мин. (для контрольного состава) до 20 мин.

Были проведены эксперименты по получению теплоизоляционно-конструкционных пеногипсобетонов с использованием в качестве заполнителя вулканического пепла с наибольшей крупностью зерен Днаиб = 1,25 мм при водотвердом отношении В/Т=0,47 (табл. 4). Смесь готовилась по классической технологии.

Таблица 4

Физико-механические характеристики пеногипсобетонов с использованием вулканического пепла

№№ состава Расхо д компонентов на 3 м3 смеси, кг Дозировка ПБ-2000, % от массы твердых частиц Средняя плотность, кг/м3 Предел прочности при изгибе, МПа Предел прочности на сжатие, МПа

гипс пепел цемент вода

1 456 — — 214 0,35 560 0,70 1,4

2 205 228 23 214 0,35 530 0,65 1,2

3 182 228 46 214 0,35 540 0,65 1,3

Из таблицы следует, что при средней плотности пеногипсобетона 530550 кг/м минимально допустимые прочностные характеристики достигаются при отношении вяжущего к заполнителю, равном единице. При проведении последующих экспериментов это соотношение принималось в качестве базового.

Наряду с достоинствами, ячеистые бетоны на гипсовых вяжущих обладают такими недостатками, как хрупкость, низкая ударостойкость, что сдерживает их применение. Преодоление этих и других недостатков возможно в результате дисперсного армирования пеногипсобетонов дисперсными волокнами.

Соотношение компонентов в смеси и прочностные свойства пеногипсобетонной матрицы для армирования базальтовыми фибрами принят состав №2 табл. 4. Введение базальтовых волокон происходит после получения растворной смеси, затем подается готовая пена и перемешивается. Смеси готовились в высокоскоростных смесителях.

Результаты проведенных экспериментов приведены в табл. 5.

Таблица 5

Прочностные характеристики фибропеногипсобетонного композита в зависимости от параметров фибрового армирования

№№ состава Отношение длины волокон к их диаметру 1/ d Процент армирования по объему fiv Предел прочности при изгибе, МПа Предел прочности на сжатие, МПа

1 — — 0,65 1,30

2 1444 0,3 0,74 1,53

3 1444 0,6 1,12 1,65

4 1444 0,9 1,02 1,53

5 667 0,6 0,79 1,3

6 2221 0,6 0,88 1,35

Результаты исследований показали, что наибольшие значения предела прочности на сжатие и на изгиб фибропеногипсобетонного композита с применением вулканического пепла получены при проценте армирования и у^ = 1444. Увеличение процента армирования базальтовыми волокнами

композита приводит к уменьшению прочностных характеристик композита, что обусловлено ухудшением их структуры.

Таким образом, разработанные составы фибропеногипсобетонных композитов с применением вулканического пепла позволяют сократить расход гипса на 50 % при одновременном улучшении физико-механических свойств исходного пеногипса.

Литература

1. Гипсовые материалы и изделия (производство и применение): справочник под общ. ред. А.В. Ферронской. М.: АСВ, 2004. 488 с.

2. Knauf A.N., Kronert W., Haubert P. Rasterelektromen-mikroskopie, eine ergazende Methode zur Untersuchung von Gipsen // Zement-Kalk-Gips. Wiesbaden. 1972. № 11. ss. 548-552.

3. Walter E. Unterauchungen zum Asbestaufschluss und die Bedeutung für die Praxis // Baustoffindustrie. 1972. №15. s. 40.

4. Schwiete H.E., Knauf A.N. Alte und neue Erkenntnisse in der Herstellung und An-wendung der Gipse. Berlin. 115 s.

5. Овсюков М.Ю., Сухов А.А., Хежев Т.А. Технология фибропенобетонов с применением отходов пиления вулканического туфа // Вестник Дагестанского государственного технического университета. Технические науки. Махачкала. №1 (36). 2015. С. 107-113.

6. Хежев Х.А., Хежев Т.А., Кимов У.З., Думанов К.Х. Огнезащитные и жаростойкие композиты с применением вулканических горных пород // Инженерный вестник Дона, 2011. №4 URL: ivdon.ru /magazine/archive/n4y2011/710.

7. Хежев Т.А., Матаев Т.З., Гедгафов И.А., Дымов Р.Х. Фиброгипсовермикулитобетонные композиты с применением вулканического пепла // Инженерный вестник Дона, 2015. №1 URL: ivdon. ru/ru/magazine/archive/n 1 p2y2015.

8. Хежев Т. А., Жуков А.З., Хежев Х.А. Огнезащитные и жаростойкие вермикулитобетонные композиты с применением вулканического пепла и пемзы // Инженерный вестник Дона, 2015. №2 URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n2y2015/2902.

9. Волков И.В. Фибробетон: Состояние и перспективы применения // Промышленное и гражданское строительство. 2002. №9. С. 37.

10. Волков И.В. Проблемы применения фибробетона в отечественном строительстве // Строительные материалы. 2004. №6. С. 12.

References

1. Gipsovye materialy i izdeliya (proizvodstvo i primenenie): spravochnik pod obshch. red. A.V. Ferronskoy [Gypsum materials and products (production

and application): a directory under the general editorship of A.V. Ferronskoy]. Moscow: ASV, 2004, p. 488.

2. Knauf A.N., Kronert W., Haubert P. Zement-Kalk-Gips. Wiesbaden. 1972. № 11. pp. 548-552.

3. Walter E. Baustoffindustrie. 1972. №15. p. 40

4. Schwiete H.E., Knauf A.N. Alte und neue Erkenntnisse in der Herstellung und An-wendung der Gipse [Old and new knowledge in the production and application of the gypsum]. Berlin, 115 p.

5. Ovsyukov M.Yu., Sukhov A.A., Khezhev T.A. Vestnik Dagestanskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta. Tekhnicheskie nauki. Makhachkala. №1 (36). 2015. pp. 107-113.

6. Khezhev Kh.A., Khezhev T.A., Kimov U.Z., Dumanov K.Kh. Inzenernyj vestnik Dona (Rus), 2011. №4. URL: ivdon.ru /magazine/archive/n4y2011/710.

7. Khezhev T.A., Mataev T.Z., Gedgafov I.A., Dymov R.Kh. Inzenernyj vestnik Dona (Rus), 2015. №1 URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n1p2y2015.

8. Khezhev T.A., Kazharov A.R., Naloys A.YU, Semenov R.N., Khamukov Z.A., Zhelokov T.KH. Inzenernyj vestnik Dona (Rus), 2016. №4. URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n4y2016/3776.

9. Volkov I.V. Promyshlennoe i grazhdanskoe stroitel'stvo. 2002. №9. P. 37.

10. Volkov I.V. Stroitel'nye materialy. 2004. №6. P. 12.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.