CC BY
2УДК 691.413:691.32.32
Мироненко Ю. А. Mironenko A. Yu.
ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПОЛУЧЕНИЯ ТУФОБЕТОНА С НАИМЕНЬШЕЙ СРЕДНЕЙ ПЛОТНОСТЬЮ И НАИЛУЧШИМИ ТЕПЛОЗАЩИТНЫМИ СВОЙСТВАМИ
THEORETICAL FOUNDATIONS OF OBTAINING MOTOBECANE WITH THE LOWEST AVERAGE DENSITY AND THE BEST THERMAL PROPERTIES
Достаточно актуальной проблемой эффективной организации строительного производства в регионах является использование материалов местного производства. Анализ деятельности строительных организаций в Кабар-дино- Балкарии свидетельствует о том, что наиболее распространенной формой строительства в республике является легкобетонное строительство, в котором целесообразно использовать все виды пористых заполнителей. На основе проведенным опытов выявлены наиболее эффективные заполнители в легких бетонах для ограждающих конструкций. Проблема в том, что ни один из вышеназванных пористых заполнителей, несмотря на явную выгоду их использования, не выпускается ни в Кабардино-Балкарской Республике и даже в СКФО.
Автор статьи обосновывает необходимость и разумность использования в строительстве туфобетона с оптимальными теплофизически-ми свойствами, обеспечивающими наименьшие теплопотери, как с точки зрения экономической выгоды, так и с позиций надежности, прочности и долговечности. На основе расчетов доказывается, что в качестве одного из направлений совершенствования теплофизических свойств конструкционно-теплоизоляционных бетонов является ограниченное введение в состав бетона вспененных гранул полистирола фракции 1,25-2,5 мм и формой близкой к сферической. На основе данных проведенных экспериментов осуществляются соответствующие расчеты минимально возможной средней плотности конструкционно-теплоизоляционного ту-фополистиролбетона, обеспечивающей наилучшие теплофизические свойства и наименьшую энергоемкость ограждающих конструкций. Таким образом, в связи с необходимостью принятия мер для осуществления наиболее экономного и в тоже время, надежного строительства объектов в статье решается задача исследования влияния различных факторов на среднюю плотность туфобетона заданной прочности.
A fairly urgent problem of effective organization of construction production in the regions is the use of locally produced materials. The analysis of activity of construction organizations in Kabardino-Balkaria suggests that the most common form of construction in the Republic is a light concrete building in which it is advisable to use all types of porous aggregates. On the basis of the experiments identified the most effective fillers in lightweight concrete for walling. The problem is that none of the above porous aggregates, despite the clear benefits of their use, are not available neither in the Kabardino-Balkar Republic, and even in the North Caucasus Federal district.
The author substantiates the necessity and reasonableness of use in the construction of motobe-cane with optimum thermal properties, providing minimal heat losses, both from the point of view of economic benefits and from the standpoint of reliability, strength and durability. On the basis of calculations it is proved that as one of the ways to improve the thermophysical properties of heat insulating concretes is a limited introduction to concrete mix foamed polystyrene granules fraction of 1,252,5 mm and nearly spherical shape. Based on the data of the experiments carried out appropriate calculations of the lowest possible average density of heat-insulating construction topopulation, ensuring the best thermal properties and the lowest energy consumption walling. Thus, in connection with the necessity of adopting measures to effect the most economical and at the same time, reliable construction in the article the problem of research of influence of various factors on the average density of motobecane the desired strength.
В данной работе автор аргументирует целесообразность использования тех или иных видов пористых заполнителей в зависимости именно от местных условий и потребностей региона, в котором расположен строящийся объект. Благодаря этому можно рассчитать возможные масштабы будущего строительства, вернуться к вопросам проведения мероприятий по восстановлению и размещению предприятий, производящих пористые заполнители в КБР с учетом их практичности и экономической выгоды.
Ключевые слова: легкобетонное строительство, пористые заполнители, керамзитовый гравий, туфобетон, теплофизические характеристики, плотность бетона, оптимальное значение плотности туфового щебня, особенность строения туфополистиролбетона.
In this paper the author demonstrates the feasibility of using certain types of porous aggregates depending on local conditions and needs of the region, which is under construction. This makes it possible to calculate the possible scale of future construction, to discuss the events of the restoration and placement of enterprises producing porous fillers in the CBD, taking into account their practicality and economic benefits.
Key words: the construction of light concrete, porous aggregates, expanded clay gravel, cohoba-tion, thermal characteristics, density of concrete, the optimum value of density of crushed tuff, the feature of the structure of totolitarian.
Мироненко Юрий Александрович -
магистрант кафедры строительных конструкций и сооружений, ФГБОУ ВО Кабардино-Балкарский ГАУ, г. Нальчик Тел.: 8 928 713 24 17 E-mail: mirra@mail.ru
Mironenko Yuri Alexandrovich -
Graduate student of the Department of Building structures, FSBEI HE Kabardino-Balkarian SAU, Nalchik
Tel: 8 928 713 24 17 E-mail: mirra@mail.ru
Введение. Отечественный и зарубежный опыт свидетельствуют о том, что в легкобетонном строительстве целесообразно использовать все виды пористых заполнителей в зависимости от местных условий и потребности района [1, 2, 3, 8, 9].
Причем наиболее эффективными заполнителями в легких бетонах для ограждающих конструкций являются керамзитовый гравий и его разновидности - шунгизитовый гравий, глинозольный керамзит, зольный гравий, а также вспученный перлит (щебень и песок) [1, 2, 3, 8, 9].
Однако на сегодня, ни один из выше названных пористых заполнителей не выпускается ни в Кабардино-Балкарской Республике и даже в СКФО. Существовавший при СССР Нальчикский керамзитовый завод выпускал гравий насыпной плотностью 700-800 кг/м3, использование которого не позволяло получать теплоэффективный легкий бетон.
В то же время, при современном уровне производства пильного стенового камня и облицовочной плитки на Каменском и За-юковском месторождениях туфов КБР образуется 60% отходов в виде бута, щебня и пес-
ка, которые целесообразно использовать в качестве заполнителей для конструкционно-теплоизоляционных легких бетонов.
Методология проведения работ. Туфобетон с оптимальными теплофизическими свойствами, обеспечивающими наименьшие теплопотери через стены ограждающих конструкций при эксплуатации зданий и сооружений, должен иметь требуемые прочностные свойства и долговечность при минимальной теплопроводности. Последнее, как известно, зависит от средней плотности бетона, относительного содержания и теплофизиче-ских характеристик его компонентов, характера микро- и макроструктуры, содержания и физического состояния влаги. С уменьшением средней плотности теплопроводность при прочих неизменных условиях всегда снижается, что связано с увеличением содержания в бетоне воздуха - наименее теплопроводного компонента бетона. Вместе с тем при данной плотности теплопроводность туфобетона может отличаться в 1,5-2 раза за счет теплофи-зических характеристик его компонентов, а именно, туфы относятся к заполнителям с высоким содержанием стеклофазы ^Ю2~75%).
В [4] упоминается, что в качестве одного из направлений совершенствования теплофи-зических свойств конструкционно-теплоизоляционных бетонов является ограниченное введение в состав бетона вспененных гранул полистирола фракции 1,25-2,5 мм и формой близкой к сферической. Однако, введение гранул полистирола (так называемого «упакованного воздуха») не имеющих прочности, приводит к закономерному снижению прочности бетона. Для разработки обоснованных требований по получению модифицированного туфобетона с оптимальными теплофизиче-скими свойствами рассмотрим факторы, влияющие на среднюю плотность туфобетона данной прочности.
Ход исследования. Для туфополистирол-бетона в силу разнообразия строения, структуры, свойств гранул полистирола и применяемых заполнителей связь между прочностью и средней плотностью Яв = /(рв) в общем виде отсутствует. При одной и той же прочности средняя плотность туфополистиролбе-тона может отличаться в 1,5-2 раза и быть тем больше, чем меньше прочность бетона. Поэтому для получения минимально возможной средней плотности конструкционно-теплоизоляционного туфополистиролбетона, обеспечивающей наилучшие теплофизические свойства и наименьшую энергоемкость ограждающих конструкций, оптимизация структуры и составов бетона и технологических режимов производства должна производиться с учетом факторов, влияющих на зависимость
Яв = /(рв).
Детальный анализ этой зависимости бетона может быть осуществлен на основе уравнений, характеризующих среднюю плотность и прочность керамзитобетона [5, 6]. При максимальной степени насыщения бетона крупным заполнителем (туфовым щебнем) (ф=0,5), характерной для конструкционно-теплоизоляционных бетонов плотной структуры с возду-хововлекающими добавками, эти уравнения могут быть представлены в следующем виде:
Яр — С рр
(3)
рв = 0,5(ркз. + рр) Яв — 2,2^Яр + Як.3.
(1) (2)
Прочность поризованной растворной составляющей (Яр, Мпа) связана с ее средней плотностью (рк.з., кг/дм3) степенной зависимостью
где:
С - эмпирический коэффициент пропорциональности, зависящий от длительности и условий твердения, вида мелкого заполнителя.
Прочность туфового щебня в цилиндре (Якз, МПа) связана с плотностью его зерен ((ркз., кг/дм3) квадратичной зависимостью [7]:
Як
Сг рк.з.
(4)
где:
С1 - эмпирический коэффициент пропорциональности, зависящий от фазового состава и характера пористости туфового щебня и колеблющийся от 1,5 до 3 МПа/(кг/дм3)2
Если подставить значение рр из выражения (1) в уравнение (3), получим
Яр. — С • ( рв - 0,5 рк,3. / 0,5)4 (5)
Подставив (5) и (4) в формулу (2), получим искомую зависимость между прочностью и средней плотностью конструкционно-теплоизоляционного туфополистиролбетона
Яв — 2,2Сг05 • С0,5• (рв- 0,5р,3./0,5)2 (6)
Результаты исследования. Для решения поставленной задачи исследования влияния различных факторов на среднюю плотность туфобетона заданной прочности преобразуем (6) и получим
ада/га
(7)
-+ 0,5
р6 (С- С!)О.,25 рк з
Как видно, при данной прочности средняя плотность модифицированного туфобетона зависит от плотности туфового щебня и параметров, характеризующих связь между прочностью и плотностью туфового щебня и прочностью и средней плотностью растворной составляющей бетона.
Выводы. При данных прочности бетона и виде мелкого заполнителя плотность туфобетона в первую очередь зависит от плотности крупного заполнителя. Расчеты по уравнению (7) и данные экспериментов показывают, что при прочих неизменных условиях зависимость рв=/(рк.3) двухветвевая, свидетельствующая о наличии оптимальной плотности туфового щебня, обеспечивающей получение туфобетона данной прочности с наименьшей средней плотностью. Эти оптимальные значения могут быть найдены дифференцирова-
2
нием уравнения (7) по рк,3 приравниванием первой производной нулю
Р,,°т"=%Яб/ 9 (С " С1)°-5 (В)
Анализ уравнения (8) показывает, что оптимальное значение плотности туфового щебня, обеспечивающее получение туфобетона данной прочности с наименьшей средней плотностью, возрастает с ростом прочности бетона и по мере снижения качественных характеристик туфового щебня С и растворной составляющей С.
Соответственно увеличению рк.3опт при прочих неизменных условиях возрастает и минимальное значение средней плотности туфобетона. Так, благодаря увеличению прочностных характеристик крупного заполнителя С минимальная средняя плотность бетона данного класса по прочности снижается в среднем на 100 кг/м3. Аналогичный эффект наблюдается и при улучшении характеристик растворной составляющей С.
Если подставить значение рк.3.опт из формулы (8) в формулу (7), то после преобразований получаем
Литература
1. Довжик В.Г., Путляев И.Е. Основные направления в повышении теплозащитных свойств и эффективности применения легкобетонных конструкций // Повышение теплозащитных свойств и эффективности производства легкобетонных конструкций и изделий. М.: МДНТП им. Ф.Э. Дзержинского, 1986. С. 4-14.
2. Довжик В.Г., Нациевский Ю.Д. Повышение теплозащитных свойств ограждающих легкобетонных конструкций // Бетон и железобетон. 1985. № 7. С. 24-26.
3. Довжик В.Г., Гроссман Э.А. Факторы, влияющие на теплопроводность керамзитобе-тона: сборник. М. ВНИИжелезобетон, 1972. Вып. ГЭ. С. 102-110.
4. Асанов М.К. Технология изготовления однослойных стеновых панелей из пластифицированных легкобетонных смесей с особо легкими включениями: дис. ... кандидата технических наук. М., 1991. 177 с.
5. Довжик В.Г., Кайсер Л.А. Конструктивно-теплоизоляционный керамзитобетон в крупнопанельном домостроении. М.: Строй-издат, 1964. 180 с.
рбопт =1,5 рк.3опт (9)
Отсюда с учетом формулы (1)
рропт =2 Ркз0™ ( 10)
Область применения результатов. Таким образом, особенностью строения туфо-полистиролбетона оптимальных составов с минимальной средней плотностью является то, что средняя плотность их растворной составляющей в 2 раза выше средней плотности зерен туфового щебня, а само значение минимальной средней плотности туфополисти-ролбетона в 1,5 раза выше значения оптимальной средней плотности зерен туфового щебня.
Полученные в статье результаты могут быть использованы для эффективной организации строительного производства как в республике, так и в регионах[1, 8, 9]. Применение туфополистиролбетона оптимальных составов даст возможность существенно снизить затраты организации, осуществляющей строительство, способствует получению прочных и надежных объектов.
References
1. Dovzhik V.G., Putlyaev I.E. Osnovnye na-pravleniya v povyshenii teplozashchitnyh svojstv i effektivnosti primeneniya legkobetonnyh kon-strukcij // Povyshenie teplo-zashchitnyh svojstv i effektivnosti proizvodstva legkobetonnyh kon-strukcij i izdelij. M.: MDNTP im. F.E. Dzerz-hinskogo, 1986. S. 4-14.
2. Dovzhik V.G., Nacievskij Yu.D. Povyshenie teplozashchitnyh svojstv ograzhdayu-shchih legkobetonnyh konstrukcij // Beton i zhe-lezobeton. 1985. № 7. S. 24-26.
3. Dovzhik V.G., Grossman E.A. Faktory, vliyayushchie na teploprovodnost' keramzitobe-tona: sbornik. M. VNIIzhelezobeton, 1972. Vyp. GE. S. 102-110.
4. Asanov M.K. Tekhnologiya izgotovleniya odnoslojnyh stenovyh panelej iz plastificirovan-nyh legkobetonnyh smesej s osobo legkimi vklyucheniyami: dis. ... kandidata tekhnicheskih nauk. M., 1991. 177 s.
5. Dovzhik V.G., Kajser L.A. Konstruktivno-teploizolyacionnyj keramzitobeton v krupnopa-nel'nom domostroenii. M.: Strojizdat, 1964. 180 s.
6. Бужевич Г.А., Довжик В.Г., Бугрим С. Ф. и др. Поризованный керамзитобетон. М.: Стройиздат. 1969. 182 с.
7. Ицкович С.М. Крупнопористый бетон. М.: Стройиздат. 1977. 167 с.
8. Хачев М.М., Теммоева С.А., Трамова А.М. Роль вузовской науки в инновационном развитии народного хозяйства. Интернет-журнал «Науковедение». Т. 7. №5 (вып. 5(30) 2015г.) [Электронный ресурс]. М.: Науковедение, 2015.
9. Хачев М.М., Теммоева С.А. Системный анализ как инструмент инновационного развития экономики (на примере субъекта РФ) // Международный научно-исследовательский журнал «Успехи современной науки и образования». Т. 3. №11. 2016. С. 207-215.
6. Buzhevich G.A., Dovzhik V.G., Bugrim S.F. i dr. Porizovannyj keramzitobeton. M.: Stro-jizdat. 1969. 182 s.
7. Ickovich S.M. Krupnoporistyj beton. M.: Strojizdat. 1977. 167 s.
8. Hachev M.M., Temmoeva S.A., Tramo-va A.M. Rol' vuzovskoj nauki v innovacionnom razvitii narodnogo hozyajstva. Internetzhurnal «Naukovedenie». T. 7. №5 (vyp. 5(30) 2015g.) [Elektronnyj resurs]. M.: Naukovedenie, 2015.
9. Hachev MM., Temmoeva S.A. Sistemnyj analiz kak instrument innovacionnogo raz-vitiya ekonomiki (na primere sub"ekta RF) // Mezh-dunarodnyj nauchnoissledovatel'skij zhurnal «Uspekhi sovremennoj nauki i obra-zovaniya». T. 3. №11. 2016. S. 207-215.
