CC BY
31
Огнезащитные гипсовые растворы на вспученном вермикулите с применением вулканического пепла
Т.А. Хежев, А.Р. Кажаров, М.А. Гегиев, М.Х. Канкулов, З.Б. Мукаева,
Т.Б. Токмаков, Р.С. Чеченов Кабардино-Балкарский государственный университет, Нальчик
Аннотация: Разработаны гипсовые огнезащитные композиты с использованием вспученного вермикулита, вулканического пепла и многофункциональной добавки Д-5. Выявлено, что введение добавки Д-5 по массе от вяжущего заметно ускоряет сроки схватывания композиционного гипсового раствора на вспученном вермикулите, гипсовермикулитовые растворы с добавками портландцемента и Д-5 имеют более высокую водостойкость. Разработаны составы композиционного гипсового раствора на вспученном вермикулите и пепле. Установлено, что вулканическим пеплом фракции 0,00,315 мм можно заменить вспученный вермикулит без заметного увеличения средней плотности. Добавки портландцемента и Д-5 увеличивают прочность гипсового композиционного вермикулитового раствора с пеплом, коэффициент размягчения композита возрастает до 0,75.
Ключевые слова: гипс, портландцемент, вермикулит вспученный, пепел вулканический, добавка Д-5, огнезащита, гипсовый вермикулитовый раствор, прочность на изгиб и сжатие, средняя плотность, коэффициент размягчения.
Количество пожаров в нашей стране и за рубежом растет с каждым годом. Это приводит к росту материального ущерба и человеческих жертв. Низкая огнестойкость несущих тонкостенных железобетонных и металлических конструкций приводит к их обрушению и гибели людей.
Огнестойкость строительных конструкций можно существенно повысить путем устройства теплоизолирующих покрытий на портландцементе и гипсе [1-5]. Гипсовые вяжущие нашли большое применение для огнезащиты строительных конструкций благодаря его свойствам: относительно низкая теплопроводность и легкость, достаточная огнестойкость, невысокие энергозатраты и экологичность производства [6].
Для повышения огнезащитных свойств гипсовых материалов используют легкие заполнители. Наибольшее применение нашли вспученный вермикулит и перлит [1, 5, 7].
К недостаткам гипсовых вяжущих и изделий относятся ползучесть и низкий коэффициент размягчения [6].
Недостатки гипсовых вяжущих и растворов можно устранить за счет применения активных минеральных добавок и пластификаторов. Для этого в гипс можно вводить тонкомолотые вулканические рыхлые породы [8, 9].
Цель работы заключалась в разработке огнезащитных гипсовых растворов на вспученном вермикулите с применением вулканического пепла и пластификатора с улучшенными характеристиками.
В экспериментах применялись: гипс марки Г-5 Б11; портландцемент ПЦ500-ДО; вермикулит вспученный с насыпной плотностью 150 кг/м и зернами до 2,5 мм; пепел вулканический с зернами до 2,5 мм; добавка Д-5 производства г. Владикавказ [10-12].
Гранулометрические характеристики вермикулита и пепла представлены в табл. 1.
Таблица 1
Гранулометрические характеристики вермикулита и пепла
Заполнитель Частные остатки на ситах, % Прошло сквозь сито 0,14
2,5 1,25 0,63 0,315 0,14
Вермикулит 54 31 6,2 4 2,8 2
Пепел 13,5 19,5 22 24 18 3
В работе [13] нами были проведены исследования свойств композиционного вяжущего с применением гипса, цемента и многофункциональной добавки Д-5. Выявлено, что прочность композита существенно возрастает на 28 сутки твердения и незначительно через 2 часа
твердения по сравнению с гипсовыми. Введение добавки Д-5 существенно ускоряет сроки схватывания композиционного вяжущего.
Вначале было исследовано влияние соотношения гипса, вспученного вермикулита, цемента и многофункциональной добавки на свойства огнезащитного композита. Из композиционного гипсового раствора на вспученном вермикулите нормальной густоты изготавливались образцы-балочки размерами 4х4х16 см, балочки хранились в естественных условиях, затем свойства композитов определялись по ГОСТ 23789-79.
Результаты исследований представлены в таблице 2.
Таблица 2
Характеристики гипсовермикулитового раствора
Отношение вяжущего к заполнителю по объему Замена портландцементом гипса, в % по массе Д-5, в % по массе вяжущего Сроки схватывания, мин Прочность на изгиб, МПа Прочность на сжатие, МПа
начало конец через 2 ч на 28 сутки через 2 ч на 28 сутки
1 2 3 4 5 6 7 8 9
1:2 - - 6,25 17,32 1,05 1,13 1,40 2,20
1:2 - 2 5,20 15,27 0,84 1,05 1,30 1,80
1:2 - 3 4,10 12,16 0,46 1,05 1,10 1,59
1:2 20 - 6,30 16,02 0,58 1,39 1,20 2,60
1:2 20 2 5,54 13,11 0,40 1,23 0,95 1,88
1:2 20 3 5,20 11,13 0,39 1,17 0,86 1,68
1:3 - - 8,32 17,10 0,45 0,83 0,81 1,32
1:3 - 2 7,41 15,05 0,41 0,71 0,75 1,26
1:3 - 3 7,08 14,33 0,39 0,68 0,72 1,19
1:3 20 - 8,23 16,48 0,32 0,50 0,68 1,65
1:3 20 2 7,21 14,42 0,30 0,47 0,65 1,58
1:3 20 3 6,58 14,16 0,29 0,41 0,63 1,49
Из таблицы 2 следует, что применение добавки Д-5 до 2-3 % по массе от вяжущего заметно ускоряет сроки схватывания композита, прочностные характеристики раствора остаются практически неизменными. Во время испытания растворы имели плотность 460-700 кг/м и влажность на 28 сутки твердения 4,1-7,0 %, добавка Д-5 снижает остаточную влажность за счет уменьшения водовяжущего отношения. Коэффициент размягчения композиционного вяжущего повысился с 0,45 до 0,68, образцы с добавками портландцемента и Д-5 имеют более высокую водостойкость.
Далее исследовалась возможность замены части вермикулита пеплом для снижения себестоимости композита (табл. 3).
Таблица 3
Характеристики гипсовермикулитового раствора с применением
вулканического пепла
Отно- Пепел по Замена Д-5, в Средняя Прочность Прочность
шение объему портланд- % по плотность, на изгиб, на сжатие,
вяжущего взамен цементом массе кг/м3 МПа МПа
к верми- вермику- гипса, вяжу-
кулиту по лита в % по щего через на 28 через на 28
объему массе 2 ч сутки 2 ч сутки
1:2 фракция 0-0,315 мм - - 578 0,48 0,82 1,00 1,20
1:2 фракция 0-0,315 мм - 2 632 0,53 1,13 1,10 1,60
1:2 фракция 0-0,315 мм - 3 668 0,61 1,21 1,30 1,70
1:2 фракция 0-0,315 мм 20 - 679 0,33 1,22 0,71 1,60
1:2 фракция 0-0,315 мм 20 2 699 0,39 1,50 0,83 2,00
1:2 фракция 0-0,315 мм 20 3 715 0,43 1,54 0,93 2,28
1:3 фракция 0-0,315 мм - - 511 0,31 0,59 0,44 1,01
1:3 фракция 0-0,315 мм - 2 523 0,35 0,62 0,53 1,20
1:3 фракция 0-0,315 мм - 3 550 0,42 0,68 0,61 1,40
1:3 фракция 0-0,315 мм 20 - 562 0,29 0,51 0,38 1,20
1:3 фракция 20 2 578 0,34 0,57 0,45 1,50
0-0,315 мм
1:3 фракция 20 3 593 0,39 0,63 0,50 1,70
0-0,315 мм
Исследования показали, что вулканическим пеплом фракции 0,0-0,315 мм можно заменить вспученный вермикулит без заметного увеличения средней плотности. Добавки портландцемента и Д-5 увеличивают прочность гипсового композиционного вермикулитового раствора с пеплом, коэффициент размягчения композита возрастает до 0,75. Установлено, что комплексная добавка Д-5 улучшает реологию смеси и повышает прочность огнезащитного гипсового композиционного раствора.
Литература
1. Руководство по выполнению огнезащитных и теплоизоляционных штукатурок механизированным способом. М.: Стройиздат, 1977. 46 с.
2. Journal of Materials Science Letters. 1987. Vol. 6. № 5. PP. 562-564.
3. Steel Strategy and Fire Protection. Internotional Construction. 1972. Vol. 11. № 1. PP. 13 - 15.
4. Некрасов К.Д., Масленникова М.Г. Легкие жаростойкие бетоны на пористых заполнителях. М.: Стройиздат, 1982. 152 с.
5. Денисов А.С., Швыряев В.А. Теплоизоляционные жаростойкие торкрет-массы на основе вермикулита. М.: Стройиздат, 1973. 104 с.
6. Гипс: исследование и применение гипсовых строительных материалов / пер. с нем. под ред. В.Б. Ратинова. М.: Стройиздат, 1981. 223 с.
7. 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.
8. Ахматов М.А. Эффективность применения местных строительных материалов и бетона. Нальчик: Эльбрус, 1986. 160 с.
9. Ахматов М.А. Эффективность применения легких бетонов, изделий и конструкций из них // Строительные материалы. 1998. № 4. С. 9 - 13.
10. Хежев Т.А., Жуков А.З., Журтов А.В., Гулиев М.И., Хежев А.Л., Глашев А.Х. Жаростойкие фиброармированные композиты на основе вулканической пемзы // Инженерный вестник Дона, 2016. №2. URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n2y2016/3582.
11. Хигерович М.И., Байер В.Е. Гидрофобно-пластифицирующие добавки для цементов, растворов и бетонов. М.: Стройиздат, 1979. - 126 с.
12. Ратинов В.Б., Розенберг Т.И. Добавки в бетон. М.: Стройиздат. 1989. - 186 с.
13. Хежев Т.А., Кажаров А.Р., Алкассир Ф., Браева Д.А., Гергов А.В., Османова А.А. Композиционные гипсовые растворы на вулканическом пепле с многофункциональной добавкой // Инженерный вестник Дона, 2018. №2 URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/N2y2018/4955.
References
1. Rukovodstvo po vypolneniyu ognezashchitnykh i teploizolyatsionnykh shtukaturok mekhanizirovannym sposobom [Management on the fulfillment of fire-retardant and thermal insulation plasterings in a mechanized manner]. M.: Stroyizdat, 1977. 46 p.
2. Journal of Materials Science Letters. 1987. Vol. 6. № 5. pp. 562-564.
3. Steel Strategy and Fire Protection. Internotional Construction. 1972. Vol. 11. № 1. pp. 13 - 15.
4. Nekrasov K.D., Maslennikova M.G. Legkie zharostoykie betony na poristykh zapolnitelyakh [Light heat-resistant concrete on the porous fillers]. M.: Stroyizdat, 1982. 152 p.
5. Denisov A.S., Shvyryaev V.A. Teploizolyatsionnye zharostoykie torkret-massy na osnove vermikulita [Thermal insulation high-temperature gunite-masses on the basis of the vermiculite]. M.: Stroyizdat, 1973. 104 p.
6. 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.
7. 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.
8. 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.
9. Akhmatov M.A. Stroitel'nye materialy. 1998. № 4. pp. 9 - 13.
10. Khezhev T.A., Zhukov A.Z., Zhurtov A.V., Guliev M.I., Khezhev A.L., Glashev A.KH. Inzenernyj vestnik Dona (Rus), 2016. №2. URL: ivdon.ru/magazine/archive/n2y2016/3582.
11. Khigerovich M.I., Bayer V.E. Gidrofobno-plastifitsiruyushchie dobavki dlya tsementov, rastvorov i betonov [The Hydrophobic- plasticizing additives for the cements, the solutions and the concretes]. M., Stroyizdat, 1979. 126 p.
12. Ratinov V.B., Rozenberg T.I. Dobavki v beton [Additives to the concrete]. M., Stroyizdat. 1989. 186 p.
13. Khezhev T.A., Kazharov A.R., Alkassir F., Braeva A.A., Gergov A.V., Osmanova A. A. Inzenernyj vestnik Dona (Rus), 2018. №2. URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/N2y2018/4955.
