CC BY
67
9. Задача оптимизации страховой политики для сейсмостойкого строительства / О. А. Сахаров, К. С. Сергин, А. М. Уздин // Сейсмостойкое строительство. Безопасность сооружений. - 2007. - № 3. - C. 39-42.
10. Сейсмостойкое районирование и сейсмостойкое строительство (методы, практика, перспектива) / С. И. Полтавцев, Я. М. Айзенберг, Г. Л. Кофф, А. М. Мелентьев, В. И. Уломов. - М. : ГУП ЦПП, 1998. - 259c.
Статья поступила в редакцию 27.04.2009;
представлена к публикации членом редколлегии А. Н. Ефановым.
УДК 691.316 В. Н. Сурков
РАЗВИТИЕ ЯЧЕИСТЫХ БЕТОНОВ В ИНДУСТРИИ СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ
Блоки из пенобетона автоклавного твердения по резательной технологии являются востребованным и перспективным материалом. Определено количество рационально возможного использования золошлаков от сжигания твердого топлива, а также эффективность влияния наноструктурных элементов, представленных многослойными углеродными нанотрубками, на свойства пенобетонной композиции.
пенобетон автоклавного твердения; золошлаки; В/В отношение; прочность на сжатие и на растяжение при изгибе; многослойные углеродные нанотрубки.
Введение
Объем применения ячеистого бетона автоклавного твердения в промышленно-гражданском строительстве неуклонно растет. Согласно исследованию, проведенному Академией Конъюнктуры Промышленных Рынков, российский рынок ячеистых бетонов автоклавного твердения находится на начальной стадии роста, для которого характерно увеличение темпов прироста спроса.
Если сегодня рост объемов потребления автоклавных ячеистых бетонов находится на уровне 20 - 22% в год, то до 2010 года рынок может увеличиваться на 60 - 70% ежегодно (рис. 1). Увеличение в несколько раз объемов спроса к 2010 - 2011 гг. связано с реализацией в этот период в стране программы «Свой Дом», созданной в поддержку и развитие национального проекта «Доступное и комфортное жилье - гражданам России».
Главными задачами программы являются:
1) массовое развитие малоэтажного строительства и увеличение его доли до 50% от общего объема ввода жилья в 2010 году;
2) переход с традиционных (низкоэффективных и дорогих строительных материалов) на высокотехнологичные и недорогие строительные материалы, к которым и относится в первую очередь пенобетон автоклавного твердения.
Наряду с малоэтажным строительством блоки из пенобетона нашли широкое применение и в высотном, каркасно-монолитном домостроении, в качестве наружных стен и внутренних перегородок. В каркасномонолитных зданиях все нагрузки передаются на несущий каркас, при этом отпадает необходимость устройства толстых несущих стен, а наружные стены выполняют лишь роль ограждающей, звукотеплоизолирующей конструкции. Соответственно при уменьшении толщины стены значительно уменьшается её вес, тем самым снижается нагрузка на фундаменты. При этом строительство сооружений не потребует устройства более массивных наружных стен и несущих оснований, а сосредоточится на проблемах улучшения теплозвукозащитных характеристик ограждающих конструкций.
Блоки из пенобетона автоклавного твердения по резательной технологии - это надежный, стеновой материал. Имея оптимальный
объемный вес и определенную поровую структуру, материал обладает улучшенными тепло- и звукозащитными свойствами. Пенобетон автоклавного твердения обладает высокой несущей способностью, закрытые поры материала, заполненные воздухом, обеспечивают прекрасные теплоизоляционные свойства. На обогрев дома из пенобетона требуется ощутимо меньше энергии, чем на обогрев дома из кирпича.
Таким образом, пенобетон автоклавного твердения по резательной технологии является надежным и перспективным материалом, который изготавливается как из традиционного местного природного сырья, так и с использованием различных техногенных промышленных отходов.
Пенобетон автоклавного твердения средней плотности Д 500 - 600 кг/см2 является самым востребованным строительным материалом.
1 Пенобетон автоклавного твердения с использованием золошлаков
Рассмотрим получение пенобетона средней плотности Д 500 автоклавного твердения на основе использования золошлаков от сжигания твердого топлива, которые в настоящее время являются мало утилизируемыми.
Физико-химический анализ золошлаков гидроудаления, полученных от сжигания Кузнецкого угля Красногорского разреза, который поставляется много лет на Каширскую ГРЭС, представлен в табл. 1.
ТАБЛИЦА 1. Физико-химический анализ золы кузнецкого угля Красногорского разреза
Химический состав золы, %
SiO2 Fe2O2 AI2O3 CaO MgO SO3 Na2O3 K2O
58,6 8,5 24,5 2,5 0,6 1,4 0,63 2,2
Данные химического анализа показывают, что основными оксидами золы являются SiO2, Al2O3, в небольшом количестве CaO, при этом зола
л
представлена в виде тонкодисперсного порошка с Syд = 160 м /кг. Представленные характеристики золы позволяют рассматривать её как компонент состава сырьевой смеси для производства пенобетона.
1.1 Рациональное использование золошлака
Данные исследования посвящены определению количества рационально возможного использования золы в компонентном составе 1 м3 пенобетонной смеси взамен песка, а также определению наилучшей совместимости золы с цементами разных марок и заводов поставщиков (табл. 2).
На первом этапе использовался цемент Пикалёвского цементного завода марки ПЦ400 Д20; условия твердения образцов пенобетона -
тепловлажностные по режиму: 3 - 6 - 3 (часов) при температуре изотермического прогрева 85 °С.
ТАБЛИЦА 2. Сырьевые составы пенобетона Д 500
№ п/п Цемент, (кг) Песок, (кг) Зола, (кг) В/В Вяж. = Ц + З (%) Пенообразую щая добавка; концентрация 1:25 (кг)
1 200 200 - 0,41 3,1
2 200 180 20 0,41 3,1
3 200 140 60 0,41 3,1
4 200 100 100 0,41 3,1
5 200 60 140 0,42 3,1
6 200 40 160 0,43 3,1
7 200 20 180 0,44 3,1
8 200 - 200 0,45 3,1
Оценку эффективности рационального использования золы проводили по прочности на сжатие и на растяжение при изгибе образцов-балочек размером 4^4x16 (см), в возрасте 3х суток. Полученные результаты по прочности представлены на графике (рис. 2 (а, б))
Рис. 2 (а). Прочность образцов на сжатие
Рис. 2 (б). Прочность образцов на растяжение при изгибе
Анализ полученных данных показывает, что использование золы вместо песка возможно и даже является предпочтительным, т. к. прочность увеличивается до значения 1,83 МПа при замене 70% песка золой.
При увеличении золы наблюдается понижение прочности, которое вероятно обусловлено повышением количества воды затворения при использовании золы. Зависимость В/В отношения от количества используемой золы представлена на рис. 3.
Рис. 3. Отношение В/В в составах (вяжущее состоит из цемента и золы)
Таким образом, по данным табл. 2 и рис. 2 видно, что целесообразно исследовать состав, в котором содержание золы составляет 70 % взамен песка. Дальнейшее исследование, по выбору типа цемента и завода изготовителя, проведено на указанном составе.
1.2 Определение минералогического состава портландцемента
В работе рассмотрены следующие цементы, которые представлены в табл. 3.
ТАБЛИЦА 3. Минералогический состав и основные физико-механические
характеристики цементов
Минералогический состав
C3S — C2S — C3A — C4AF
65,4 - 15,2 - 4,0 - 10,9
65,4 - 15,2 - 4,0 - 10,9
56,9 - 15,6 - 7,2 - 11,5
65,5 — 15,8 — 7,2 — 11,5
По представленным данным цементы отличаются в основном содержанием трехкальциевого алюмината (C3A). В работе исследовано влияние минералогического состава портландцемента на гидротационную активность золоцементной сырьевой смеси, о чем можно судить по изменению прочности пенобетона, твердение которого осуществлялось в нормальных условиях. Полученные результаты представлены в табл. 4.
ТАБЛИЦА 4. Влияние минералогического состава портландцемента на гидратационную активность золоцементной сырьевой смеси
№ п/п Состав Цемент Прочность в во М зрасте 28 суток, Па
на сжатие на растяжение при изгибе
1 Состав 5 табл.2 ПЦ 400 Д20 ЗАО Пикалевский цемент 1,75 0,7
2 Состав 5 табл.2 ПЦ 500 Д0 ЗАО Пикалевский цемент 1,96 0,71
3 Состав 5 табл.2 ПЦ 400 Д20 ЗАО Волховский цем. з-д 1,62 0,5
Состав 5 табл.2
ПЦ 500 Д0
ЗАО Волховский цем. з-д
1,77
0,6
Сравнение данных табл. 3 и 4 показывает, что для производства пенобетона на основе использования золы предпочтительно использовать портландцемент с более низким содержанием алюминатов; в данном случае таким цементом является портландцемент Пикалёвского объединения «Глинозем», причем содержание добавок в цементе не оказывает существенного влияния на свойства пенобетона.
2 Влияние наноструктурных элементов на свойства пенобетона
Надо отметить, что полученный пенобетон отличался наличием крупных пор в объеме материала. На улучшение основных технологических характеристик материала принципиальное значение оказывает его структура, поэтому необходимо обратить внимание на создание мелкопоровой структуры, наличие которой окажет благотворительное влияние на повышение прочностных характеристик и улучшение теплоизоляционных свойств пенобетонных изделий.
Известно [1], что наноструктурные элементы, представленные зольсодержащими добавками, оказывают положительное влияние на улучшение физико-механических характеристик цементсодержащих композиций, в т.ч. и технологических параметров пенобетона, таких как формирование структуры камня, прочность и теплопроводность материала.
С целью улучшения параметров физико-механических характеристик пенобетона проведены исследования по оценке влияния наноструктурных элементов, представленных многослойными углеродными нанотрубками (МУНТ) [2].
Предварительно производилась интенсификация процесса сухого смешивания цемента и 0,0017% МУНТ от массы цемента. При приготовлении наномодифицированной пенобетонной композиции в водоцементный раствор вводилась строительная пена.
При вводе строительной пены в сырьевой раствор разрушение пены не произошло, на устойчивость пены сырьевой раствор отрицательного влияния не оказал. Состав и полученные данные по прочности представлены в табл. 5 и на рис. 4.
ТАБЛИЦА 5. Рациональные составы пенобетона
№ п/п Цемент (кг) Известь (кг) Песок (кг) Зола (кг) В/В Вяжущее = Ц+З+Изв (%) Пенообразующая добавка; концентрация: 1:25 (кг)
1 2 3 4 5 6 7
1 200 - 100 100 0,4 3,1
2 200 10 90 100 0,42 3,1
3 200* - 100 100 0,4 3,1
4 200* 10 90 100 0,42 3,1
200 - цемент с МУНТ 0,0017 % от массы цемента
Прочностные характеристики составов табл. 5, представлены на графике (рис. 4 (а, б)).
Рис. 4 (б). Прочность образцов на растяжение при изгибе
Анализ данных табл. 5 и рис. 4 (а, б) показывает, что наноструктурные элементы оказывают существенное влияние на прочность пенобетона. В возрасте 28 суток нормального твердения прочность увеличивается на 32 % и достигает значения равного 4,5 МПа, т.е. значение прочности характерной для пенобетона автоклавного твердения.
Незначительное количественное использование углеродных наноструктурных элементов может улучшить целый комплекс свойств пенобетонной композиции. Данные согласуются с результатом, полученным при введении в пенобетон наноструктурных элементов в виде зольсодержащей добавки [3].
Заключение
Таким образом, установлено:
1) зола от сжигания твердого топлива может быть использована в качестве одного из компонентов при производстве пенобетона;
2) рациональное количество золы составляет 70% взамен песка;
3) эффект использования наноструктурных элементов сравним с энергоемкой гидротермальной обработкой материала.
Библиографический список
1. Нанотехнология, структура и свойства бетона / П. Г. Комохов // Материалы III Международной научно-технической конференции. - Ростов н/Д : Ростовский гос. строит. ун-т, 2004. - 793 с.
2. Производство и использование углеродного наноструктурного материала
«Таунит» / А. Г. Ткачев // Альтернативная энергетика и технология. -2007. - № 9. - С. 60-64.
3. Активированное твердение пенобетона / А. М. Сычева, Е. А. Попова, Д. И. Дробышев, И. П. Филатов. - СПб. : ПГУПС, 2007. - 72 с.
Статья поступила в редакцию 06.05.2009;
представлена к публикации членом редколлегии П. Г. Комоховым.
