CC BY
46
Строительное материаловедение
ВЕСТНИК
МГСУ
УДК 691.54
Д.В. Орешкин, П.В. Капцов
ФБГОУ ВПО «МГСУ»
НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЕ ПРЕДПОСЫЛКИ ПОЛУЧЕНИЯ ЭКСТРУДИРОВАННЫХ ОБЛЕГЧЕННЫХ ЦЕМЕНТНЫХ СИСТЕМ
Приведены результаты анализа кладочных растворов для стен из мелкоштучных элементов. Отмечено, что использование обычных растворов не обеспечивает их теплотехническую однородность.Приведены результаты исследований микроструктуры порошка портландцемента, полых стеклянных микросфер, их минеральный и химический анализы, свойства кладочных растворов. Сделан вывод о том, что высокие технологические и эксплуатационные параметры будут обеспечены за счет использования в кладочных растворах эффективных полых стеклянных микросфер и метода экструдирования. Это позволит снизить расход воды, повысить прочность, морозостойкость и долговечность. При работе над статьей было использовано деcять литературных источников.
Ключевые слова: облегченный раствор с полыми стеклянными микросферами, экстру-дирование.
В настоящее время сбережение энергии и снижение материалоемкости строительства является элементом государственной политики для многих стран мира. Россия тоже по мере сил участвует в решении этой проблемы. Большую роль в данном процессеиграют ограждающие конструкции, их однородность. Для однослойных ограждающихконструкцийиз мелкоштучных изделий этот показатель является одним из главных.
Существующие кладочные растворы не обеспечивают однородность. При кладке стен из элементов со средней плотностью 400, 500, 600, 700, 800, 900, 1000 кг/м3 на обычных растворах создаются мостики холода, существенно снижающие их теплозащиту. Более того, термический коэффициент линейного расширения в элементах конструкции стены также значительно отличается. К тому же все традиционные облегчающие заполнители имеют высокую водопотребность при получении смеси требуемой подвижности. Это приводит к еерасслоению, увеличению влажности, усадки и недостаточной прочности камня. С учетом этих требований при использовании традиционных заполнителей невозможно получить среднюю плотность приготовленного кладочного раствора менее 1000 кг/м3. Более того, современные кладочные растворы имеют среднюю плотность значительно выше, чем материал стен, что приводит к существенному снижению коэффициента однородности стены (вплоть до 0,5). Это почти в 2 раза уменьшает сопротивление теплопередаче. Поэтому возрастают трудозатраты и материалоемкость конструкции стены за счет ее утолщения.
Наиболее приемлемые показатели по средней плотности с учетом водопотреб-ностиимеют облегченные кладочные растворы с полыми стеклянными микросферами [1—5]. Однако,длятаких растворов тоже требуется снижение количества воды затворения при сохранении той же подвижности.
Одним из путей снижения расхода воды, по мнению Г.П. Сахарова, является экструдирование раствора [6—10]. Были проведены рекогносцировочные исследования по этому вопросу. Их результаты приведены в табл. 1. В исследованиях ис-пользовалисьбездобавочный портландцемент ПЦ 500-Д0 (рис. 1)Старооскольского завода и полые стеклянные микросферы (рис. 2). Химический анализ портландцемента выполнен (согласно ГОСТ 5382—91) на растровом электронном микроскопе-микроанализаторе FEI Quanta 200 SEM. Результаты приведены в табл. 2.
© Орешкин Д.В., Капцов П.В., 2012
115
ВЕСТНИК
3/2012
Табл. 1. Свойства кладочных растворов с ПСМС с ПК 8.. .10 см
Состав, мас. % В/Ц Средняя плот- Прочность, МПа
ность, г/см3 Изгиб Сжатие
ПЦ-100; ПСМС-10 0,5 1,34 4,45 14
ПЦ-100; ПСМС-30 0,96 0,84 1,7 4
ПЦ-100; ПСМС-50 1,51 0,71 1 2,3
ПЦ-100; ПСМС-10; СП-1 0,41 1,4 5 16
ПЦ-100; ПСМС-30; СП-1 0,66 0,81 2,7 6,4
ПЦ-100; ПСМС-50, СП-1 1,29 0,72 1,4 3,5
Рис. 1. Микроструктура порошка портландцемента
Рис.2. Микроструктура полых стеклянных микросфер
Табл. 2. Химический анализ портландцемента ПЦ 500-Д0
Оксид Содержание, % Оксид Содержание, %
СаО 67,44 MgO 1,06
ЯЮ, 18,74 ЯО 3,00
АЩ 4,42 К2О 0,82
4,51
Минеральный состав портландцемента приведен в табл. 3.
Табл. 3. Минеральный состав портландцемента ПЦ 500-Д0
Минеральный состав, %
С28 С3А C4AF
61,0.64,0 17,0.20,1 3,55.3,8 12,0...14,0
В работе используются полые стеклянные микросферы 3М™ GlassBubbles, тип К25 (Бельгия). Полые стеклянные микросферы представляют собой белый сыпучий порошок, состоящий из тонкостенных шариков диаметром 20.160 мкм и толщиной стенки 1.3 мкм. Микросферы обладают низкой средней плотностью, имеют сферическую форму, производятся из натрийборосиликатного стекла. Средняя плотность материала оболочки микросферы — 2420 кг/м3. Коэффициент теплопроводности микросферы 0,05.0,1 Вт/(мЧ) при 20 °С, температура размягчения — свыше 600 °С. Химический состав полых стеклянных микросфер приведен в табл. 4.
Табл. 4. Химический состав ПСМС 3М Scotchlite тип К25
Оксид Содержание, % Оксид Содержание, %
75,9 5,7
СаО 18,0 ЯО 0,39
116
КБИ 1997-0935. Vestnik MGSU. 2012. № 3
Строительное материаловедение ВЕСТНИК
_МГСУ
В качестве пластифицирующей добавки использован суперпластификатор С-3. Суперпластификатор С-3 является продуктом поликонденсации ß-нафталиновых сульфокислот с формальдегидом и содержит олигомерные цепочки с различной молекулярной массой. Оптимальной является дозировка суперпластификатора в пределах 0,5.. .1,5 % от массы цемента. В данном исследовании принята дозировка 1 % от массы цемента в пересчете на сухое вещество.
В современном строительстве широко используются мелкозернистые бетоны. Но такие материалы имеют на 15.25 % более высокий расход цемента [6—10]. Увеличивается также расход воды. За счет этого увеличиваются усадка и ползучесть. По мнению Г.П. Сахарова, при этом не учитываются поверхностные явления и контактные взаимодействия цементного теста с поверхностью песка и других заполнителей.
Заполнители имеют в бетоне высокоразвитую поверхность и располагают большим запасом свободной энергии, которую надо использовать при формировании структуры материала, повышения прочности и улучшения других свойств мелкозернистого бетона. Это обеспечит увеличение смачивания и адгезию частиц за счет максимального сближения частиц цемента, очистку их поверхности от газовоздушной фазы и дисперсных примесей, удаление лишней воды из смеси.
В настоящее время не изучались теплофизические и технологические свойства облегченных кладочных растворов с полыми стеклянными микросферами. Также не рассматривались структура и свойства растворов с полыми микросферами, полученных способом экструдирования. Использование этого метода позволит обеспечить высокий уровень качества кладки. Высокие технологические и эксплуатационные параметры будут обеспечены за счет использования в цементных кладочных растворах эффективных наполнителей и способа приготовления, позволяющего снизить расход воды, повысить прочность, морозостойкость и долговечность.
Библиографический список
1. Пашкевич А.А., Первушин Е.Г., Орешкин Д.В. Полые стеклянные микросферы и формирование цементных систем // Сб. докл. межд. научно-техн. конф. «Строительная физика в XXI веке». М. : НИИСФ, 2006. С. 134—139.
2. Облегченный кладочный раствор / К.И. Кириллов, А.А. Пашкевич, Е.Г. Первушин, Д.В. Орешкин // Сб. докл. межд. научно-техн. конф. «Строительная физика в XXI веке».М. : НИИСФ, 2006. С. 151—154.
3. Орешкин Д.В., Пашкевич А.А., Первушин Е.Г. Формирование структуры цементных систем с полыми стеклянными микросферами // Сб. докл. VIII науч.-техн. конф. Ухта : УГТУ, 2007. С. 276—279.
4. Кириллов К.И., Орешкин Д.В. Эффективные кладочные растворы // Сб. докл. научно-техн. конф. «Строительная физика в XXI веке».М. : НИИСФ, 2006. С. 120—133.
5. Орешкин Д.В., Беляев К.В., Семенов В.С. Общая схема получения облегченных и сверхлегких цементных растворов // Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море. 2010. № 11. С. 32—33.
6. Сахаров Г.П. Научно-технические предпосылки получения экструдированного мелкозернистого бетона // Вестник МГСУ. 2011. № 4. С. 483—485.
7. Мелкозернистые бетоны / Ю.М. Баженов, YX. Магдеев, Л.А.Алимов и др. М. : Изд-во АСВ, 1998. 148 с.
8. Баженов Ю.М. Технология бетона. М. : Изд-во АСВ, 2011. 528 с.
9. Сахаров Г.П., Чан Минь Дык. Повышение свойств мелкозернистого бетона экструдирова-нием исходных смесей // Бетон и железобетон. 2009. № 1. С. 6—8.
10. Сахаров Г.П.Экструдированный мелкозернистый бетон с повышенными качественными показателями // Бетон и железобетон. 2010. № 4. С. 2—7.
Поступила в редакцию в январе 2012 г.
вестник 3/2012
Об авторах: Орешкин Дмитрий Владимирович — доктор технических наук, профессор, профессоркафедры строительных материалов, ФГБОУ ВПО «Московский государственный строительный университет», Москва, Ярославское шоссе, 26, 8(499)183-32-29, dmitrii_ [email protected];
Капцов Пётр Владимирович — заведующий лабораторией кафедры строительных материалов, ФГБОУ ВПО «Московский государственный строительный университет»,Москва,
Ярославское шоссе, 26, тел. 8(499)183-32-29, [email protected].
Для цитирования: ОрешкинД.В., КапцовП.В. Научно-технические предпосылки получения экструдированных облегченныхцементных систем // Вестник МГСУ 2012. №№ 3. С. 115—119.
D.V. Oreshkin, P.V. Kaptsov
SCIENTIFIC AND TECHNICAL PRECONDITIONS FOR EXTRUDED LIGHTWEIGHT CEMENT SYSTEMS
The paper represents an overview of masonry mortars designated for walls made of small-size masonry units. The authors argue that regular mortars cannot demonstrate uniform heat transfer performance. Regular mortar walling has cold bridges. Cement-sand mortars have high cement and water consumption rates that boost mortar shrinkage and creep.
The paper also demonstrates that no surface effects or contact interaction between the cement grout and the surface of the sand and other aggregates are taken into consideration in connection with the above statement. Aggregates added to the mortar have a highly developed surface; they also feature a substantial supply of free energy. The authors believe that the extrusion method can make it possible to employ the free energy to improve the strength and other properties of the material in the course of formation of its structure.
This process may also improve the moistening and the adhesive strength of particles; it draws the cement particles as close to one another as it may be possible, it cleans their surface and extracts any excessive water out of the mix.
The paper also presents the results of the research of the microstructure of spilt Portland cement and hollow glass spheres, their mineral and chemical analyses, as well as the properties of masonry mortars. The paper presents a conclusion that their high process-dependent parameters and superior operating performance are attainable through the introduction of effective hollow glass spheres into masonry mortars and the application of the extrusion method. The aforementioned novelties may reduce the water consumption rate, improve the strength, freeze resistance and durability of cement mortars.
The preparation of this paper involved the study of nine reference books. This paper is the first one of a series of papers covering the method of extrusion of lightweight cement mortars.
Key words: lightweight mortar with hollow glass spheres, extrusion, masonry mortar, cold bridge, water consumption, freeze resistance, mineral analysis, chemical analysis.
References
1. Pashkevich A.A., Pervushin E.G., Oreshkin D.V. Polyesteklyannye mikrosfery i formirovanie tsementnykh sistem [Hollow Glass Microspheres and Formation of Cement Systems]. Collected works of Scientific and Technical Conference on Building Physics in the XXI Century. Moscow, NIISF, 2006, pp.134—139.
2. Kirillov K.I., Pashkevich A.A., Pervushin E.G., Oreshkin D.V. Oblegchenny ykladochnyy rastvor [Lightweight mortar]. Collected works of Scientific and Technical Conference on Building Physics in the XXI Century. Moscow, NIISF, 2006, pp. 151—154.
3. Oreshkin D.V., Pashkevich A.A., Pervushin E.G. Formirovanie struktur y tsementnykh sistem s polymisteklyannymi mikrosferami [Formation of the Structure of Cement Systems with Hollow Glass Microspheres]. Collected works of Scientific and Technical Conference in Ukhta, UGTU [Ukhta State Technical University], 2007, pp. 276—279.
4. Kirillov K.I., Oreshkin D.V. Effektivnye kladochnye rastvory [Effective Mortars]. Collected works of Schientific and Technical Conference on Building Physics in the XXI Century. Moscow, NIISF, 2006, pp. 120—133.
5. Oreshkin D.V., Belyaev K.V., Semenov V.S. Obshchaya skhema polucheniya oblegchennykh i sverkhlegkikh tsementnykh rastvorov [General Overview of Production of Lihtweight and Ultralight Cement Mortars], Stroitel'stvo neftyanykh i gazovykh skvazhin na sushe i na more [Construction of Onshore and Offshore Oil and Gas Wells], 2010, no. 11, pp. 32—33.
6. Sakharov G.P. Nauchno-tekhnicheskie predposylkipolucheniya ekstrudirovannogo melko-zernis-togo betona [Scientific and Technical Prerequisites for Obtaining Extruded Fine-grained Concrete]. Vest-nik MGSU [Proceedings of Moscow State University of Civil Engineering], 2011, no. 4, pp. 483—485.
118
ISSN 1997-0935. Vestnik MGSU. 2012. № 3
Строительное материаловедение
ВЕСТНИК
МГСУ
7. Bazhenov Yu.M., Magdeev Yu.H., Alimov L.A., Voronin V.V., Goldenberg L.B. Melkozernistye betony [Fine-grained Concretes]. Moscow, ASV, 1998, 148 p.
8. Bazhenov Yu.M. Tekhnologiya betona [Technology of Concrete]. Moscow, ASV, 2011, 528 p.
9. Sakharov G.P., Tran Minh Dyk. Povyshenie svoystv melkozernistogo betona ekstrudirovaniem iskhodnykh smesey [Improving the Properties of Fine-grained Concrete by Extrusion of Original Mixtures]. Beton i zhelezobeton [Concrete and Reinforced Concrete], 2009, no. 1, pp. 6—8.
10. Sakharov G.P. Ekstrudirovannyy melkozernistyy beton s povyshennymi kachestvennymi po-kazatelyami [Better Quality Extruded Fine-grained Concrete]. Beton i zhelezobeton [Concrete and Reinforced Concrete], 2010, no. 4, pp. 2—7.
About the authors: Oreshkin Dmitriy Vladimirovich — Doctor of Technical Sciences, Professor, Director, Department of Building Materials, Moscow State University of Civil Engineering (MSUCE), 26 Yaroslavskoe shosse, Moscow, 129337, Russia; [email protected]; 8 (499) 183-32-29;
Kaptsov Petr Vladimirovich — postgraduate student, Department of Building Materials, Moscow State University of Civil Engineering (MSUCE), 26 Yaroslavskoe shosse, Moscow, 129337, Russia; [email protected]; 8 (499) 183-32-29.
For citation: D.V. Oreshkin, P.V. Kaptsov. Nauchno-tekhnicheskie predposylki polucheniya ekstrud-irovannykh oblegchennykh tsementnykh system [Scientific and Technical Preconditions for Extruded Lightweight Cement Systems]. Vestnik MGSU [Proceedings of Moscow State University of Civil Engineering], 2012, no. 3, pp. 115—119.
