CC BY
13
Композиционные гипсовые растворы на вулканическом пепле с многофункциональной добавкой
Т.А. Хежев, А.Р. Кажаров, Ф. Алкассир, Д.А. Браева, А.В. Гергов,
А.А. Османова Кабардино-Балкарский государственный университет, Нальчик
Аннотация: Представлены результаты исследований по разработке композиционных гипсовых растворных смесей на вулканическом пепле с применением многофункциональной добавки Д-5. Предложены составы строительных растворов на композиционном гипсовом вяжущем и пепле, позволяющие существенно улучшить физико-механические свойства растворных смесей и раствора. Введение многофункциональной добавки Д-5 в растворные смеси позволяет улучшить свойства композиционных растворных смесей. Разработанные композиционные гипсовые растворные смеси соответствуют требованиям ГОСТ 28013-98 и имеют низкую себестоимость за счет использования вулканического пепла.
Ключевые слова: гипс, портландцемент, вулканический пепел, добавка Д-5, композиционный гипсовый раствор, предел прочности при изгибе и сжатии, плотность, коэффициент размягчения.
В настоящее время портландцемент является основным минеральным вяжущим в производстве строительных растворов, производство и применение которого составляет в нашей стране более 80 % от общего объема минеральных вяжущих. Вместе с тем производство портландцемента требует больших капитальных вложений, энергозатрат и загрязняет окружающую среду в результате выделения побочных продуктов в виде газов и пыли.
В результате многочисленных исследований выявлено, что имеются все необходимые условия для эффективного использования гипсовых вяжущих как в традиционных, так и в новых направлениях строительства [1-4]. Изделия из гипса отличаются относительной легкостью, прочностью, низкой тепло- и звукопроводностью, достаточной огнестойкостью. Вместе с тем гипсовые вяжущие и изделия имеют следующие недостатки: значительная хрупкость,
низкая водостойкость, низкая морозостойкость, высокая ползучесть при увлажнении [5].
Преодоление многих недостатков гипсовых вяжущих и растворов возможно в результате создания композитов с использованием эффективных заполнителей и добавок.
Кабардино-Балкарская республика имеет большие запасы вулканических горных пород, которые применяются в качестве заполнителя и активной минеральной добавки для получения вяжущих, растворов и бетонов [6, 7]. Вместе с тем объемы применения вулканических горных пород в строительстве недостаточны. Применение местного сырья для изготовления новых эффективных строительных материалов и изделий может существенно снизить стоимость строительства.
Для расширения области применения вулканических горных пород нами разработаны композиты с применением туфового песка и пепла [8 - 11].
Заполнителем для гипсовых композиционных растворов могут служить вулканические горные породы, которые в результате физико-химических взаимодействий позволят формировать улучшенные структуры и свойства композита.
Цель работы заключалась в разработке композиционных гипсовых растворов с улучшенными характеристиками на вулканическом пепле с многофункциональной добавкой.
В исследованиях использовались: гипсовое вяжущее Усть-Джегутинского гипсового комбината марки Г-5 Б11; портландцемент ПЦ500-ДО; вулканический пепел Заюковского месторождения с максимальной крупностью зерен 2,5 мм; добавка Д-5 производства ООО НПП «Ирстройпрогресс» (г. Владикавказ).
Гранулометрический состав вулканического пепла приведен в табл. 1.
Таблица 1
Гранулометрический состав вулканического пепла
Наименование материала Частные остатки на ситах, % Прошло сквозь сито 0,14
2,5 1,25 0,63 0,315 0,14
Вулканический пепел 13,5 19,5 22 24 18 3
Вначале было исследовано влияние соотношения гипса, цемента и многофункциональной добавки на свойства композиционного вяжущего. В качестве многофункциональной добавки применялась Д-5. Из композиционного вяжущего нормальной густоты изготавливались образцы-балочки размерами 4х4х16 см, балочки хранились в естественных условиях, затем свойства композитов определялись по ГОСТ 23789-79.
Результаты исследований характеристик композиционного вяжущего через 2 ч и на 28 сутки твердения приведены в табл. 2.
Таблица 2
Свойства композиционного вяжущего
Расход гипса по массе Расход цемента в % от массы гипса Добавка Д—5 в % от массы вяжущего Сроки схватывания, мин Предел прочности при изгибе (МПа) Предел прочности при сжатии (МПа)
начало конец через 2 ч на 28 сутки через 2 ч на 28 сутки
100 — — 7,80 11,13 3,3 5,7 5,0 12,5
100 — 2 2,00 3,08 3,6 6,1 5,8 13,9
100 — 3 1,33 2,50 3,7 6,3 6,2 14,5
80 20 — 2,85 5,80 2,3 6,4 5,5 14,5
80 20 2 2,45 4,40 3,1 6,8 6,0 16,2
80 20 3 2,36 4,16 3,3 8,1 6,3 17,3
Из таблицы 2 следует, что с увеличением количества добавки Д-5 и при наличии портландцемента в гипсе происходит существенное ускорение сроков схватывания композиционного вяжущего, что обусловлено уменьшением водовяжущего отношения за счет пластифицирующих свойств добавки Д-5. Прочностные характеристики композиционного вяжущего через 2 часа твердения повышаются незначительно по сравнению с гипсовыми, более существенно они возрастают на 28 сутки твердения. Во время испытания образцы имели примерно одинаковую плотность (13001400 кг/м )
и влажность на 28 сутки твердения (2,3-2,9 %). Коэффициент размягчения композиционного вяжущего повысилась с 0,38 до 0,50.
Дальнейшие эксперименты были направлены на изучение свойств смесей и раствора на композиционном вяжущем с применением вулканического пепла. Результаты исследований представлены в табл. 3.
Таблица 3
Свойства композиционного гипсового раствора на вулканическом
пепле
Соотношение гипс : пепел по массе Расход цемента в % от массы гипса Добавка Д-5 в % от массы вяжущего Сроки схватывания, мин Предел прочности при изгибе (МПа) Предел прочности при сжатии (МПа)
начало конец через 2 ч на 28 сутки через 2 ч на 28 сутки
- - 6,00 8,53 1,15 1,23 1,50 2,30
- 2 3,00 5,50 0,94 1,15 1,40 1,90
- 3 2,50 4,42 0,56 1,15 1,20 1,69
20 - 3,83 6,33 0,68 1,49 1,30 2,70
20 2 3,00 5,08 0,50 1,33 1,05 1,98
20 3 2,86 4,70 0,49 1,27 0,96 1,78
1:2 - - 6,53 10,95 0,55 0,93 0,91 1,42
IВЦ Инженерный вестник Дона. №2 (2018) Н| ivdon.ru/ru/magazine/arcliive/n2y2018/4955
1:2 - 2 5,33 9,00 0,51 0,81 0,85 1,36
1:2 - 3 3,50 7,00 0,49 0,78 0,82 1,29
1:2 20 - 6,52 11,61 0,42 0,60 0,78 1,75
1:2 20 2 5,75 9,33 0,40 0,57 0,75 1,68
1:2 20 3 5,16 8,18 0,39 0,51 0,73 1,59
Из таблицы 3 следует, что сделанные выводы по композиционным гипсовым вяжущим можно перенести и на композиционные гипсовые растворы. Введение до 2-3 % добавки Д-5 по массе от вяжущего уменьшает расслаиваемость растворной смеси на вулканическом пепле. Плотность и коэффициент размягчения композиционного раствора примерно такие же, как и у композиционного гипсового вяжущего.
Таким образом, разработанные растворные смеси соответствуют требованиям ГОСТ 28013-98. Композиционные растворы на вулканическом пепле имеют более высокий коэффициент размягчения и прочностные характеристики на 28 сутки твердения.
Литература
1. Гипсовые материалы и изделия (производство и применение): справочник под общ. ред. А.В. Ферронской. М.: АСВ, 2004. 488 с.
2. Ферронская А.В., Волков Ю.С. Роль строительства в решении экологических проблем современной цивилизации // Строительный эксперт. 2003. № 13 (152). С. 7.
3. Journal of Materials Science Letters. 1987. Vol. 6. № 5. PP. 562-564.
4. Bulletin des Avis Techniques du CSTB. 1984, Spec. Novembre. Avis technique. № 9/84. S. 323.
5. Гипс: исследование и применение гипсовых строительных материалов / пер. с нем. под ред. В.Б. Ратинова. М.: Стройиздат, 1981. 223 с.
6. Ахматов М.А. Эффективность применения местных строительных
материалов и бетона. Нальчик: Эльбрус, 1986. 160 с.
7. Ахматов М.А. Эффективность применения легких бетонов, изделий и конструкций из них // Строительные материалы. 1998. № 4. С. 9 - 13.
8. 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.
9. 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/n1p2y2015/2851.
10. Хежев Т.А., Пухаренко Ю.В., Хежев Х.А. Бесцементные бетоны с применением вулканических горных пород // Вестник гражданских инженеров. СПбГАСУ. 2011. №1 (26). С. 107-114.
11. Хежев Т.А., Кажаров А.Р., Журтов А.В., Доренский О.И., Кумыков А.Н., Тлупов И.Р., Хахоков А.М., Шаков А.А. Теплоогнезащитные композиционные цементные растворы на основе вспученного вермикулита и вулканического пепла // Инженерный вестник Дона, 2018. №1 URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n1y2018/4700.
References
1. Gipsovye materialy i izdeliya (proizvodstvo i primenenie) [Gypsum materials and article (production and application)]: spravochnik pod obshch. red. A.V. Ferronskoy. M.: ASV, 2004. 488 p.
2. Ferronskaya A.V., Volkov Yu.S. Stroitel'nyy ekspert. 2003. № 13 (152). S. 7.M.: ASV, 2004. 488 p.
3. Journal of Materials Science Letters. 1987. Vol. 6. № 5. PP. 562-564.
4. Bulletin des Avis Techniques du CSTB. 1984, Spec. Novembre. Avis technique. № 9/84. S. 323.
5. Gips: issledovanie i primenenie gipsovykh stroitel'nykh materialov [Gypsum: a study and the application of gypsum building materials]. Per. s nem. pod red. V.B. Ratinova. M.: Stroyizdat, 1981. 223 p.
6. Akhmatov M.A. Effektivnost' primeneniya mestnykh stroitel'nykh materialov i betona [Effectiveness of the application of local building materials and concrete]. Nal'chik: El'brus, 1986. 160 p.
7. Akhmatov M.A. Stroitel'nye materialy. 1998. № 4. PP. 9 - 13.
8. 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.
9. Khezhev T.A., Mataev T.Z., Gedgafov I.A., Dymov R.Kh. Inzenernyj vestnik Dona (Rus), 2015. №1 URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n1p2y2015/2851.
10. Khezhev T.A., Pukharenko Yu.V., Khezhev Kh.A. Vestnik grazhdanskikh inzhenerov. SPbGASU. 2011. №1 (26). PP. 107-114.
11. Khezhev T.A., Kazharov A.R., Zhurtov A.V., Dorenskiy O.I., Kumyk A.N., Tlupov I.R., Khakhokov A.M., Shakov A.A. Inzenernyj vestnik Dona (Rus), 2018. №1. URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n1y2018/4700.
