CC BY
17УДК 1
ГРНТИ 67.09.41
Рахметов А.Ж.
магистр, архитектурно-строительный факультет, кафедра архитектура и дизайн, Павлодарский Государственный университет имени С. Торайгырова
Темербаева Ж.А.
к.т.н., доцент, профессор, кафедра архитектура и дизайн, архитектурно-строительный
факультет, Павлодарский Государственный университет имени С. Торайгырова
КЛАДОЧНЫЕ РАСТВОРЫ НА ОСНОВЕ КОМПОЗИЦИОННЫХ ВЯЖУЩИХ
Аннотация: в данной работе рассматриваются физико-механические свойства кладочных растворов. В статье также представлены алюмосиликатные полые микросферы, смесь композиционных вяжущих, цементного связующего и добавок, для улучшения конкретных свойств материала. Данный композит относится к качественным раствором. В качестве композиционных вяжущих используются алюмосиликатные полые микросферы.
Было определено, что при использовании комплексных добавок и микросферы, увеличивается скорость твердения композитной смеси и конечная ее прочность, вследствие чего расширяется спектр использования материала в строительстве.
Таким образом, предложены принципы повышения эффективности кладочных растворов, заключающиеся в проектировании композиционных вяжущих с учётом закона сродства структур. Высокие эксплуатационные характеристики кладки на разработанных растворах объясняются микроструктурой оптимизированного камня на основе разработанных композиционных вяжущих, которая отличается однородностью и малым размером новообразований, их равномерным распределением, повышенной плотностью и полиминеральным составом. В результате в 1,5-3 раза повышается прочность на сдвиги на разрыв, что определяет долговечность конструкции в целом.
Ключевые слова: алюмосиликатные полые микросферы, кладочные растворы, прочность.
ВВЕДЕНИЕ
Необходимость в высококачественном, недорогом, быстровозводимом и долговечном жилье существовала уже давно, и так будет до тех пор, пока существует человечество. В последнее время, к отмеченным ранее свойствам здания все больше прибавляются такие, как экологичность, воздухопроницаемость, энергоэффективность. Невзирая на множество различных стандартных решений, и разнообразие строительных материалов, подбор наилучшего материала до сих пор остается проблемой. Всем этим качествам соответствуют кладочные растворы на основе композиционных вяжущих, одним из которых является алюмосиликатные полые микросферы.
ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ
Каменная кладка является одним из древнейших видов конструкций, состоящих из стенового материала и кладочного раствора. Актуальность возведения каменных конструкций не снижается и в наше время. Ключевым недостатком традиционной каменной кладки является её невысокая надёжность при динамических воздействиях техногенного и природного характера, что ограничивает её применение в свете тенденции к ужесточению норм по сейсмостойкости зданий и сооружений. Слабым местом системы является контактная зона между стеновым материалом и раствором, а именно- недостаточное сцепление между ними. Направленность работы на устранение данного недостатка, путём создания экономичных и эффективных композиционных вяжущих, обусловливает её актуальность.
Известно, что традиционные кладочные растворы на основе минеральных компонентов имеют ограниченный потенциал наращивания основных показателей, в частности адгезии к различным видам стеновых материалов. Это связано с большим количеством негативных побочных явлений, вызываемых вводимыми в них тонкодисперсными компонентами, перекрывающими основной положительный эффект. Использование полимерных модификаторов, хорошо зарекомендовавших себя в сухих строительных смесях различного назначения, не популярно ввиду
значительного удорожания строительного раствора при его высоком расходе - в толстошовной кладке растворные швы могут формировать до 20% от общего объёма конструкции.
Решением, не применявшимся ранее, является разработка композиционных вяжущих, обеспечивающих сродство растворов к основным типам применяемых стеновых материалов, с целью повышения сцепления между элементами кладки, её надёжности и безопасности.
Слабым местом растворов, используемых на практике, является применяющийся в качестве основного вяжущего портландцемент. Совокупность его свойств плохо соотносится с требуемыми для достижения высокой эффективности кладочных растворов. Низкая удельная поверхность, оптимальная для бетонов, имеющих в качестве приоритетного свойства прочность-не обеспечивает нужной водоудерживающей способности и скорости твердения; высокая активность-не позволяет получать низкомарочные растворы с достаточным содержанием минерального клея, без неоправданного перерасхода дорогостоящего вяжущего и т.п.
В связи с этим, повышение надёжности и безопасности каменной кладки не целесообразно без пере смотра сырьевой базы кладочных растворов. Наиболее гибкой минеральной системой, обладающей огромным адаптационным потенциалом, являются композиционные вяжущие. Они позволяют, за счёт изменения соотношения между клинкерной составляющей и минеральной добавкой, варьирования состава последней, введения химических модификаторов и изменения режимов обработки, придавать им разнообразные свойства, необходимые для решения конкретной задачи.
Анализируя с позиций Геоники (Геомиметики) причины высоких прочностных показателей слоистых горных пород, являющихся природными аналогами каменной кладки, было установлено, что в большинстве случаев природный цементирующий раствор содержит большое количество мелких частиц основной породы, обеспечивающих формирование шва на макро и микро уровнях аналогичного по составу и структуре основной породе.
Поскольку условия твердения раствора в кладке, в виде прослойки толщиной 8-12 мм, существенно отличаются от принятых при испытаниях бетонов и растворов, наряду
со стандартными показателями определялись и дополнительные, позволяющие оценить поведение раствора в естественных условиях.
На основе разработанных композиционных вяжущих (алюмосиликатные полые микросферы) были получены кладочные растворы. Для всех составов было принято единое отношение вяжущего к песку 1:3, пластифицирующая добавка вводилась в рациональной дозировке, количество воды подбиралось для обеспечения глубины п огружения стандартного конуса 9 -10 см. Другие функциональные добавки на данном этапе не вводились. Водоудерживающая способность всех составов превышает 98%, что соответствует требованиям нормативных документов.
Марочная прочность растворов (определяемая на образцах - кубах) колеблется в довольно широких пределах: от 10,6 до 17,6 МПа. Поскольку корреляцияпрочности с В/Т отношением растворов не прослеживается, то наиболее значимым фактором в данном случае является вид минеральной добавки в составе вяжущего.
Наиболее высокую марочную прочность продемонстрировали составы Р3 и Р4 на основе композиционных вяжущих с использованием боя керамических материалов. В случае с раствором Р4, в состав вяжущего которого входит керамзитобетон, имеют место все перечисленные факторы:
- растворная часть керамзитобетона всегда содержит некоторое количество не прореагировавшего клинкерного вещества, обнажаемого в ходе тонкого помола;
- вещество минеральной добавки имеет полиминеральный алюминатно-силикатный состав, что обусловливает возможность его взаимодействия с пластифицирующей добавкой и подтверждается данными реологических исследований и одним из самых низких В/Т=0,12 в рассмотренной серии;
- гидратные фазы керамзитобетона, диспергированные в процессе помола, проявляют сродство к новообразованиям клинкерной части вяжущего, формируют центры кристаллизации.
Контрольные составы имеют другой характер нарастания усадочных деформаций. В начальный период усадка имеет максимальную скорость и приводит к нарушению контакта с кладочным материалом и повышению дефектности не набравшего достаточной прочности раствора. С точки зрения обеспечения долговечности кладки
при циклическом нагревании - охлаждении, предпочтительным является равное или незначительно повышенное значение величины теплового расширения раствора по отношению к кладочному материалу. Другим важным критерием обеспечения эффективной совместной работы раствора и стенового материала в кладке является различие величин деформации набухания.
Оптимальные величины показателя деформации набухания имеют растворы на основе разработанных в диссертационной работе композиционных вяжущих. Величина их удлинения составляет 0,5-0,7 мм/м.
Установлено, что использование родственных стеновым материалам алюмосиликатные полые микросферы позволяет на 30 - 45% снизить коэффициент анизотропности кирпичной кладки по сравнению с модифицированным цементно -известково - песчаным раствором. Данный эффект более ярко проявляется на более «сложном», с точки зрения обеспечения хорошего сцепления с раствором, силикатном кирпиче. Интегральной характеристикой, определяющей надёжность кладки в условиях сейсмических нагрузок, является предел прочности при сдвиге. Показано, что данный показатель в 2,4-2,7 раз выше у кладки с применением кладочным растворов на основе разработанных композиционных вяжущих. Значение этой характеристики хорошо коррелируется с показателями по адгезии кладочных растворов к стеновым материалам. Это объясняется микроструктурой контактной зоны раствора и стеновых материалов
ВЫВОДЫ
С учётом опыта строителей прошлого, основываясь на современной теоретической базе, продолжение эволюционного процесса повышения прочности и безопасности кладки из различных видов стеновых материалов, возможно за счёт разработки новых принципов проектирования составов растворов, с учетом поверхностных свойств кладочного элемента Применение микросферы в строительстве экономически выгодно, технологически оправдано и целесообразно.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
1. Ламов, И. В. Применение арболитовых блоков в малоэтажных жилых и производственных зданиях и сооружениях [Текст] : Научные исследования : от теории к практике : Материалы V Международной научно-практической конференции (Чебоксары, 6 ноября 2015 г.). В 2 т. Т. 2 / Редкол : Широков О. Н. [и др.]. - Чебоксары : ЦНС «Интерактив плюс», 2015. - № 4 (5). - 47-50 с. https://interactive-plus.ru/e-articles/301/Action301-116915.pdf
2. Формирование систем твердения композитов на основе техногенного сырья [Текст] : Строительные материалы : Гончарова А. М., Чернышев А. М. 2013. - № 5. - 60-63 с. https://elibrarv.ru/item.asp?id=19062662
3. Наназашвили, И. Х., Бунькин, И. Ф., Наназашвили, В. И. Строительные материалы и изделия [Текст]. Москва : Справочное пособие. Аделант. 2008. - 38 с. http://library.psu.kz/index.php?lang=щs
4. Наназашвили, И. Х. Производство арболита - эффективный способ утилизации древесных отходов [Текст]. - Москва : Стройиндустрия. 1992. - 248 с. http://mexalib.com/login
5. Журавлев, В. Ф., Штейерт, Н. П. Сцепление цементного камня с различными материалами [Текст]. - Москва : Цемент. 1992. - 218 с. https://naukovedenie.ru/PDF/11TVN317.pdf
6. Бухаркин, В. И., Свиридов, С. Г., Рюмина, З. П. Производство арболита в промышленности [Текст]. - Москва : 1999. - 74 с. https://search.rsl.ru/ru/record/01007289842
7. Акчабаев, А. А. Исследования влияния некоторых технологических факторов на интенсификацию твердение арболита [Текст] : Автореф. диссерт. на соиск. учен. степ. канд. техн. наук. - Москва : 1997. - 78 с. https://naukovedenie.ru/PDF/07TVN416.pdf
8. Иванов, И. А., Волженский, А. В., Виноградов, Б. Н. Применение зол и шлаков в производстве строительных материалов [Текст]. - Москва : Стройиздательство. 1994. - 246 с. http://elar.urfu.ru/bitstream/10995/46306/1/sio 2011 14 19.pdf
9. Оболенская, А. Б., Щеглов, В. П. Химия древесины и полимеров [Текст]. - Москва : 1990. -69 с. http://bookre.org/reader?flle=466750
10. Бабушкина, М. И. Новые строительные материалы из местного сырья [Текст]. - Кишинев : 1993. - 152 с. https://search.rsl.ru/ru/record/01005955461
11. Иванов, Ю. М., Баженов, В. А. Исследование физических свойств древесины [Текст]. -Москва : 1989. - 109 с. https://www.booksite.ru/fulltext/rusles/tryddreves/text.pdf
12. Баженов, Ю. М. Технология бетона [Текст]. - Москва : 1998. - 83 с. http://www.zodchii .ws/books/info- 1245.html
13. Комар, А. Г. Строительные материалы и изделия [Текст]. - Москва : 1996. - 97 с. http://mexalib.com/view/40735
