CC BY
18УДК 691.335
В.Б. ПЕТРОПАВЛОВСКАЯ1, канд. техн. наук, Т.Б. НОВИЧЕНКОВА1, канд. техн. наук;
А.Ф. БУРЬЯНОВ2, д-р техн. наук; К.С. ПЕТРОПАВЛОВСКИЙ1, инженер, М.Ю. ЗАВАДЬКО1, студентка
1 Тверской государственный технический университет (170023, г. Тверь, наб. Афанасия Никитина, 22)
2 Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет (129337, г. Москва, Ярославское ш., 26)
Получение гипсовых композитов, модифицированных отходом базальтового производства
Приведены данные исследований по модифицированию гипсовых композитов. Введение в состав гипсового вяжущего отхода производства базальтового волокна позволяет улучшить структуру композита и повысить его прочностные характеристики. По результатам исследований установлено, что свойства гипсовых композитов, модифицированных высокодисперсными частицами базальтовой пыли, зависят как от гранулометрического состава смеси, так и от водогипсового отношения.
Ключевые слова: базальтовое волокно, базальтовая пыль, гипс.
VB. PETROPAVLOVSKAYA1, Candidate of Sciences (Engineering), T.B. NOVICHENKOVA1, Candidate of Sciences (Engineering); A.F. BUR'YANOV2, Doctor of Sciences (Engineering); K.S. PETROPAVLOVSKIY1, Engineer, M. YU. ZAVAD'KO1, student
1 Tver State Technical University (22, Afanasiy Nikitin Еmbankment, Tver, 170026, Russian Federation)
2 National Research Moscow State University of Civil Engineering (26, Yaroslavskoe Highway, Moscow, 129337, Russian Federation)
Production of Gypsum Composites Modified by Waste of Basalt Manufacturing
Data on the studies of modification of gypsum composites are presented. Introduction of the waste of basalt fiber manufacturing to the composition of gypsum binder makes it possible to improve the composite structure and its strength characteristics. It is established on the basis of study results that the properties of gypsum composites modified by high-disperse particles of the basalt dust depend both on the granulometric composition of the mixture and water-gypsum ratio. Keywords: basalt fiber, basalt dust, gypsum.
Современный уровень развития производства требует большого количества сырья и различных источников энергии, и строительная отрасль в этом вопросе не является исключением. Задачи строительства с точки зрения интенсивного подхода — создание энергоэффективных и безопасных материалов по малоэнергоемким технологиям, но для внедрения на рынок не меньшую значимость имеют доступность и невысокая стоимость материалов для потребителей. Такого результата можно добиться путем разработки новых материалов и модификации традиционных путем использования минеральных отходов различных производств.
В настоящее время значительное распространение получили гипсовые отделочные материалы. Их применение позволяет улучшить микроклимат в помещении, повысить звукоизолирующую способность ограждающих конструкций. Кроме того, гипсовые материалы экологически безопасны, не требуют больших затрат энергии при производстве.
К недостаткам гипсовых отделочных материалов можно отнести их хрупкость и достаточно высокую плотность, что отражается на массе изделий и обусловливает трудности транспортировки и монтажа. Повышения прочности гипсовых материалов, а следовательно, снижения толщины плитных изделий можно добиться путем армирования [1—4].
В работе исследована возможность получения гипсового состава с армирующим компонентом в виде отхода промышленности — высокодисперсной базальтовой пыли, образующейся в процессе производства базальтового волокна.
Базальт обладает стабильностью свойств, долговечностью, средней твердостью, стойкостью к агрессивным средам и используется во многих отраслях промышленности, таких как строительство, судостроение, автомобилестроение, это подтверждает большое потребление изделий из базальтового волокна и, как следствие, значительные объемы отходов производства [5—7].
Базальтовая пыль — отход производства базальтовых волокон, не утилизируемый в настоящее время в реальном производстве; обладает теми же физико-химическими свойствами, что и само волокно, а следовательно, определяет его как перспективный материал для получения новых строительных материалов на его основе.
В работе в качестве основного материала применялся высокопрочный гипс Самарского гипсового комбината и завода «СтройКом» (Краснодарский край).
В качестве армирующей добавки использовалась базальтовая пыль — отход пылеудаления производства базальтового волокна (Тверская обл.) (рис. 1).
Исследованиями состава отхода базальтового производства установлено присутствие 60% аморфной составляющей (рис. 2), что подтверждается увеличением фоновой интенсивности при d = 2,5—3,4А.
Исследования свойств гипсового модифицированного композита проводились по стандартным методикам на образцах-балочках размером 40x40x160 мм, испытанных в соответствии с требованиями ГОСТ 23789—79 «Вяжущие гипсовые. Методы! испытаний».
=
Рис. 1. Базальтовая пыль - отход производства базальтового волокна
G tPOMznh'Abtë jV ®
научно-технический и производственный журнал
июль 2016
13
Гипсовые строительные материалы
SuvK I»: it*** . Hwlt пек: Dtnoil, Тек«: 15.0't
rtinpp: I.Ht - n.HI' Сгнл B/if i>: I . ?П0 [ /Win] Hhll. Sc«Lc Mut:
Рис. 2. Дифрактограмма образцов базальтовой пыли
Содержание добавки, %
Рис. 3. Зависимость прочности при изгибе и средней плотности модифицированного гипсового камня от содержания добавки базальтовой пыли
Рис. 4. Зависимость прочности при сжатии модифицированного гипсового камня от содержания добавки базальтовой пыли
Определение распределения частиц в образцах пыли производилось методом лазерной дифракции согласно ISO 13320-1:2009 «Анализ размера частиц. Методы лазерной дифракции» на лазерном микроанализаторе размеров частиц Analysette 22.
Средний размер частиц базальтовой пыли — d50 = 24,866 мкм, максимальный размер частиц — d99 = 111,743 мкм, доля частиц менее 2 мкм составляет 9,66 мас. %.
Водогипсовое отношение варьировалось от 0,36 до 0,375 с шагом 0,05, содержание базальтовой пыли составило от 6 до 10%.
В работе выполнены экспериментальные исследования зависимости физико-механических характеристик гипсовых композитов от содержания базальтовой добавки.
Предел прочности при изгибе гипсового композита при введении модифицирующей добавки повысился в среднем на 10% (рис. 3), что обусловлено в первую очередь участием базальтовой добавки в физико-химических превращениях при твердении модифицированного
у * /
/У
¿У
Jf
Mk in
Рис. 5. Дифференциальное и интегральное распределение частиц по размерам в составе смеси модифицированного гипсового камня от содержания добавки базальтовой пыли
Рис. 6. Зависимость пористости модифицированного гипсового камня от содержания добавки базальтовой пыли
Рис. 7. Влияние В/Т отношения на прочность при сжатии модифицированного гипсового камня с добавкой базальтовой пыли
гипсового камня, что объясняется химической однородностью веществ, участвующих в процессе структуро-образования.
Наибольшее значение прочности при изгибе гипсового камня достигается при содержании базальтовой пыли в количестве 10% и составляет 7,96 МПа, средняя плотность камня при этом 1687 кг/м3.
Однако в большей степени влияние добавки базальтового отхода отражается на прочности при сжатии (рис. 4), которая увеличивается практически в два раза по сравнению с бездобавочными образцами гипсового материала. Оптимальное количество добавки составляет 10%.
Дифференциальное и интегральное распределение частиц по размерам в бинарной смеси гипсового вяжущего и добавки базальтовой пыли оптимального гранулометрического состава, полученного с использованием программного комплекса «Компьютерная программа подбора оптимального гранулометрического состава заполнителя строительного композиционного материала», приведено на рис. 5.
научно-технический и производственный журнал 14 июль 2016 " AfJ ®
Рис. 8. Влияние В/Г отношения на среднюю плотность модифицированного гипсового камня с добавкой базальтовой пыли
Сравнительный анализ фазового состава гипсовых композитов, мас. %
Исследования совместного влияния содержания добавки базальтовой пыли и водотвердого отношения на прочность при сжатии показали, что оптимальное водо-твердое отношение соответствует значению 0,365, что ниже паспортного значения водопотребности для данного вяжущего. По-видимому, гладкая поверхность частиц базальтовой пыли способствует улучшению удобо-укладываемости сырьевой смеси гипсового композита, а следовательно, снижению водопотребности и пористости гипсового камня и повышению его прочности (рис. 6, 7).
По результатам данных исследований установлено, что свойства гипсовых композитов, модифицированных высокодисперсными частицами базальтовой пыли, зависят как от гранулометрического состава смеси, так и от водогипсового отношения.
Наибольшая прочность — 58 МПа достигается при водогипсовом отношении 0,365, при этом наибольшая средняя плотность материала составляет 1647 кг/м3 (рис. 8). Малое водосодержание (менее 0,365) не обеспечивает необходимой удобоукладываемости смеси, а при излишнем водосодержании (более 0,365) в системе повышается пористость и снижается плотность и прочность. Улучшение свойств гипсовых материалов, модифицированных базальтовой пылью, обусловлено получением более плотной упаковки частиц за счет присутствия в системе полугидрата высокодисперных частиц базальта, а также участием базальтового отхода в процессе структурообразования модифицированного гипсового камня (см. таблицу).
Таким образом, проведенными исследованиями установлена возможность получения эффективных гипсовых составов с повышенными эксплуатационными свойствами за счет введения модифицирующей минеральной добавки в виде отхода производства базальтового волокна, что, несомненно, позволит обеспечить строительную индустрию материалами высокого качества, производство и эксплуатация которых отвечает требованиям интенсивного подхода.
Список литературы
1. Белов В.В., Бурьянов А.Ф., Яковлев Г.И. и др.
Модификация структуры и свойств строительных
композитов на основе сульфата кальция. М.: Де Нова, 2012. 196 с.
2. Бондаренко Д.О., Строкова В. В., Рыкунов А.М., Нелюбова В.В. К вопросу об эффективности шлаков как компонента композиционных вяжущих // Современные строительные материалы, технологии и конструкции: Материалы Международной научно-практической конференции, посвященной 95-летию ФГБОУ ВПО ГГНТУим. акад. М.Д. Миллионщикова. 2015. С. 134-139.
3. Токарев Ю.В., Гинчицкий Е.О., Яковлев Г.И., Бурьянов А.Ф. Эффективность модификации гипсового вяжущего углеродными нанотрубками и добавками различной дисперсности // Строительные материалы. 2015. № 6. С. 84-87.
4. Рахимов Р.З., Халиуллин М.И., Гайфуллин А.Р. Композиционные гипсовые вяжущие с использованием керамзитовой пыли и доменных шлаков // Строительные материалы. 2012. № 7. С. 13-15.
5. Хежев Х.А., Пухаренко Ю.В. Гипсобетонные композиты, армированные базальтовыми волокнами // Вестник гражданских инженеров. 2013. № 2. С. 152-156.
6. Могнонов Д.М., Аюрова О.Ж., Ильина О.В., Шестаков Н.И., Мангутов А.Н., Буянтуев С.Л., Битуев А.В. Улучшение деформационно-прочностных свойств асфальтобетона базальтовыми волокнами // Строительные материалы. 2012. № 10. С. 28-30.
7. Бабаев В.Б., Строкова В.В., Нелюбова В.В. Базальтовое волокно как компонент для микроармирования цементных композитов // Вестник Белгородского государственного университета им. В.Г. Шухова: БГТУ. 2012. № 4. С. 58-61.
References
1. Belov V.V., Bur'yanov A.F., Yakovlev G.I. etc. Modifikatsiya struktury i svoistv stroitel'nykh kompozitov na osnove sul'fata kal'tsiya [Modification of structure and properties of construction composites on the basis of calcium sulfate]. Moscow: De Nova. 2012. 196 p. (In Russian).
2. Bondarenko D.O., Strokova V.V., Rykunov A.M., Nelyubova V.V. To a question of efficiency of slags as component of composite knitting. Modern construction materials, technologies and designs: materials of the International scientific and practical conference devoted to FGBOU VPO'S 95anniversary of GGNTUofthe academician M.D. Millionshchikov. 2015, pp. 134-139. (In Russian).
3. Tokarev Yu.V., Ginchitskiy E.O., Yakovlev G.I., Bur'yanov A.F. Efficiency of modification plaster knitting carbon nanotubes and additives of various dispersion. Stroitel'nye Materialy [Construction Materials]. 2015. No. 6, pp. 84-87. (In Russian).
4. Rakhimov R.Z., Khaliullin M.I., Gayfullin A.R. Composite Gypsum Binders with the Use of Claudite Dust and Blast- Furnace Slags. Stroitel'nye Materialy [Construction Materials]. 2012. No. 7, pp. 13-15. (In Russian).
5. Hezhev H.A., Pukharenko Yu.V. Gipsum concrete the composites reinforced by basalt fibers. Vestnik grazhdan-skikh inzhenerov. 2013. No. 2, pp. 152-156. (In Russian).
6. Mognonov D.M., Ayurova O.Zh., IFinaO.V., Shestakov N.I., Mangutov A.N., Buyantuev S.L., Bituev A.V. Improvement of strength properties of the asphalt concrete with basalt fibers. Stroitel'nye Materialy [Construction Materials]. 2012. No. 10, pp. 28-30. (In Russian).
7. Babayev V.B., Strokova V.V., Nelyubova V.V. Basalt fiber as a component for microreinforcing of cement composites. Vestnik Belgorodskogo gosudarstvennogo univer-siteta imeni V.G. Shukhova. 2012. No. 4. pp. 58-61. (In Russian).
Образец Двуводный гипс Полуводный гипс Ангидрит II Доломит Кварц Аморфная фаза
Бездобавочный гипс 97,2 - 2,8 - - -
Гипс с базальтовой пылью 86,5 - 2,6 0,9 - 10
G tPOMZAh'Abtë jV ®
научно-технический и производственный журнал
июль 2016
15
