Время вернуться к строительству из самана Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

Вісник ПДАБА

НАУКОВІ ДОСЛІДЖЕННЯ

УДК 662.613.13

ВРЕМЯ ВЕРНУТЬСЯ К СТРОИТЕЛЬСТВУ ИЗ САМАНА

Н. В. Савицкий, д. т. н., проф., Н. А. Сторожук, д. т. н., проф., А. П. Приходько, д. т. н., проф.

І створив Господь Бог людину з пороху земного. І дихання життя вдихнув у ніздрі її, - і стала людина живою душею.

(Біблія, Книга Буття)

Ключевые слова: глина, солома, саман, глино-соломенная смесь, формование, сушка, прочность

Постановка проблемы. В народе говорят, что в доме из самана зимой тепло, а летом прохладно. Необычно и то, что при одинаковой толщине кирпичной и саманной стены, при этом плотность кирпичной и саманной кладки одинаковы, одинакова коэффициенты теплопроводности этих материалов, но в саманном доме значительно теплее в зимний период, суше, намного свободнее дышится и вообще человек чувствует себя намного здоровее. Это можно объяснить большим сродством химических элементов, которые входят в организм человека, и элементов в составе глины. Учеными давно доказано, что все химические элементы, имеющиеся в теле человека, имеются также и в глине. И не случайно люди очень часто используют глину для лечения многих болезней. Учитывая это, а также в связи с интенсивным загрязнением окружающей среды, нам необходимо вернуться к саманному строительству. Понятно, что такой возврат должен быть осуществлен на качественно новом техническом уровне. Это современные технологии производства самана, строительство не только коттеджей за пределами города, но и школ, детсадов, больниц, и не только в сельской местности, но и в городах. В этом случае одновременно с экологической решается и экономическая проблема. Ведь давно известно, что саманное строительство является самым дешевым.

Анализ публикаций. Применение глины для строительства зданий и сооружений известно с незапамятных времен. Такие здания и сооружения строились в большом количестве еще в древнем Египте, а в настоящее время очень много саманных зданий возведено в Средней Азии и Болгарии. Широко применялось строительство из глины в Украине и в Центральной России

[9].

Особо следует отметить большой и продолжительный опыт строительства из глины в Германии. Так, в городе Вейльбург на Лоне в 1836 году было построено 36 двухэтажных зданий, трех этажный фабричный корпус и одно здание на косогоре, имеющее с одной стороны пять этажей.

После первой мировой войны в Германии возникла проблема быстрого восстановления городов и селений. Обобщение уже имевшегося опыта строительства из самана, положительные результаты продолжительной эксплуатации ранее построенных зданий позволили принять решение о восстановлении зданий путем саманного строительства. Для Германии 1919 год называют годом возрождения строительства из самана. В данный период из этого материала возведено очень большое количество одно- и двухэтажных зданий различного назначения [7].

В двадцатых годах прошлого столетия доктор технических наук И. К. Илькевич провел обширные обследования зданий и других сооружений, построенных из самана. Представленное им заключение сводится к следующему [9].

У зданий из самана достаточная долговечность. Так, например, Приорадский дворец (здание городской думы) в Гатчине, построенный 125 лет тому назад, эксплуатируется по настоящее время.

4

№ 10 жовтень 2011

Убедительно доказано, что при надлежащем выполнении строительных работ в жилых помещениях совершенно сухо. Особо отмечена хорошая естественная вентиляция - обмен воздуха через поры стен. Опыт показал, что она для саманных стен в несколько раз лучше, чем для кирпичных, и в 80 раз лучше, чем для стен из бетонных пустотелых камней. Коэффициент теплопроводности саманных стен намного ниже, чем для обычных кирпичных или бетонных стен. Температура поверхности саманных стен внутри помещения отличается от температуры воздуха этого помещения не более чем на 2 0С, тогда как для кирпичных стен эта разница составляет более 3.. .4 0С. Отмечена высокая экономичность саманных построек.

Одновременно с саманным строительством в тот период широко применялось монолитное домостроение из глино-соломенных смесей. Опыт показал, что монолитные стены из глиносоломенных смесей очень медленно сохнут, иногда за сезон не высыхают. Поэтому удобнее использовать саман. Кроме того, монолитные стены при высыхании дают очень большую усадку, что существенно влияет на качество самой конструкции. Саманные стены или другие конструкции из самана практически не дают усадки [2 - 4].

Касаясь общей характеристики сырьевых материалов для производства самана, можно отметить следующее.

Глины очень разнообразны по минералогическому составу, кроме того, они загрязнены минеральными и органическими примесями. В состав глины входят различные по крупности частицы: песчаные фракции 0,14.5 мм, пылевидные - 0,005.0,14 мм, глинистые - размером менее 0,005 мм.

Глинистое вещество (с частицами размером менее 0,005 мм) состоит преимущественно из каолинита Al2O3 • 2SiO2 • 2H2O и родственных ему минералов - монтмориллонита

Al2O3 • 4SiO2 • nH2O, галлуазита Al2O3 • 2SiO2 • 4H2O .

Содержание глинистых частиц существенно влияет на пластичность и другие свойства глин. Высокопластичные глины содержат частицы размером менее 0,005 мм 80.90 % [1; 8].

Окраска глинистого сырья связана с химико-минералогическим составом и физическим его состоянием, а также с содержанием сопровождающих примесей.

Цвет глины зависит обычно от оксидов железа или углеродистых веществ, реже от соединений марганца. Лишенная этих веществ глина имеет белый цвет. Окраска влажной и сухой глины резко отличается; разница эта настолько значительна, что можно даже усомниться в тождественности их состава. Обычно окраска сухой глины более светлая. Увлажненные глинистые породы всегда имеют более интенсивную окраску. Значительное влияние на характер окраски глинистых пород оказывает степень дисперсности минералов и особенно примесей. Во многих случаях достаточно очень малого количества некоторых примесей, находящихся в коллоидном состоянии и равномерно распределенных по всей глине, чтобы придать ту или другую интенсивность окраски основной породе [5; 6].

Наиболее распространенными примесями в глинах являются соединения железа и органические вещества. Последние встречаются следующих видов:

- органическое вещество асфальтового или битуминозного характера;

- твердый или угольный углерод, сходный с антрацитом.

Влияние соединений железа сводится к следующему. Красный и розовый цвета обуславливаются примесями оксидных форм железа, желтый и бурый - гидроксидами железа, рассеянными в породе и абсорбированными на поверхности зерен в виде оболочки. Зеленый цвет обуславливается в большинстве случаев глауконитом, шамозитом и железистомагнезиальными минералами. Голубой цвет придают глине примеси силикатов железа, мелкорассеянного сернистого железа, сидерита и др. Как отмечено ранее, белый и светлосерые цвета глины являются в большинстве случаев естественной окраской природных минералов, не загрязненных посторонними примесями.

Органическое вещество часто является причиной темной окраски глины. Если оно присутствует в значительном количестве, то придает глине черную окраску, которая может быть настолько интенсивной, что маскирует присутствие других красящих веществ, например, оксидов железа. Углерод имеет большое сродство с кислородом, значительно большее, чем железо, и поэтому, пока он содержится в глине, монополизирует потребление кислорода и сохраняет железо в виде закиси, т. е. в том виде, в каком оно находится во многих серых и черных глинах [6].

Кроме указанных выше свойтсв органических примесей, последние могут влиять на

5

Вісник ПДАБА

пластичность глины, особенно если они в коллоидном состоянии, увеличивать водопотребность глины и, соответственно, увеличивать усадку самана при его сушке.

Касаясь экономической стороны, можно отметить следующее: глина для производства самана является широко распространенным местным материалом, запасы ее неисчерпаемы. Если раньше на глину как строительный материал для производства самана накладывали определенные ограничения (по жирности, пластичности и др.) в связи с ручным способом изготовления самана, то в настоящее время в связи с применением современных технологий эти ограничения снимаются. При этом исследованиями установлено, что чем жирнее глина, тем качество самана по физико-механическим свойствам лучше, особенно по прочности и водостойкости. Непригодна для производства самана только черная глина, так как он, из-за наличия органических примесей, будет выделять неприятные запахи в помещениях построенного здания.

Желательно, чтобы глина, предназначенная для изготовления самана, прошла одно- или двухгодичную выдержку (чтобы хорошо вымерзла). Но, используя современные технологии, можна и без такой продолжительной операции получить саман высокого качества.

Соломы как строительного материала в Украине также достаточно много. Для производства самана может использоваться любая солома, любой влажности (сухая, влажная, очень влажная), лишь бы не гнилая или прелая, так как при использовании такой соломы будут неприятные запахи в построенном здании. При использовании современных технологий легко учитывается влажность нарезанной соломы при определении рационального расхода воды для затворения глино-соломенной смеси. По разным литературным данным, рекомендована длина соломенной резки от 4...5 до 10... 12 см. Расход соломы составляет 15...25 кг/м3 самана.

Цель работы. Разработать рациональный состав глино-соломенной смеси для формования самана и технологию его производства с использованием современного оборудования.

Результаты исследований. Вначале нами проведена сравнительная оценка наиболее рациональных способов формования самана с использованием соответствующего оборудования предприятий стройиндустрии: путем трамбования, виброуплотнения и

прессования. По каждому способу из глино-соломенной смеси формовали образцы размером 15x15x14 см, затем сравнивали продолжительность формования и последующей сушки, после этого - плотность и прочность полученного самана. Самым эффективным оказался способ формования методом прессования - как по производительности формовочного оборудования и продолжительности сушки, так и по качеству самана, его товарному виду. Поэтому, в дальнейшем, при выполнении исследований для формования образцов из глино-соломенных смесей использовали прессование.

Следует отметить, что при выполнении исследований предоставилась возможность сравнить предлагаемый способ формования с традиционным способом, используемым на протяжении столетий. По нашим данням, совершенствованием технологии формования самана строители не занимались - использовалась технология, освоенная еще в древнем Египте.

Ниже приведены некоторые результаты наших исследований. Для приготовления глиносоломенных смесей использовали следующие материалы:

- глина из залежей с. Новоалександровка (Днепропетровская обл.);

- пшеничная солома (соломенная резка длиной 4.5 см);

- вода водопроводная.

Составы глино-соломенных смесей, которые использовались при выполнении исследований, приведены в таблице 1. Обращает внимание тот факт, что по новой технологии расход соломы в 2 раза больший, чем при существующей технологии, а расход воды, соответственно, на 25 % меньше.

Т а б л и ц а 1

Составы глино-соломенных смесей

Единица измерения Расход материалов

Материалы по существующей (традиционной) технологии по предлагаемой технологии

Глина кг/м3 1480 1540

Солома кг/м3 24 47

Вода л/м3 800 630

6

№ 10 жовтень 2011

Так же, как и в предыдущих опытах, при дальнейших испытаниях предложенной технологии из глино-соломенных смесей формовали образцы размером 15 х 15 х 14 см для определения продолжительности сушки, плотности и прочности самана. По существующей технологии заполняли форму глино-соломенной смесью традиционным способом - путем бросания смеси в форму с возможным ручным усилием и с последующим выравниванием поверхности изделия, затем производили немедленную распалубку. По предлагаемой технологи форму сначала заполняли глино-соломенной смесью, затем эту смесь в форме подвергали прессованию на гидравлическом прессе с давлением прессования 1; 1,5; 2,0; 2,5; 3,0 МПа. После этого осуществляли немедленную распалубку. Все отформованные образцы проходили сушку в естественных условиях. Результаты исследований приведены в таблице 2.

Т а б л и ц а 2

Показатели образцов, отформованных из глино-соломенных смесей

Свойства образцов Единица измерения Показатели образцов в зависимости от способа формования

по существующей (традиционной) технологии путем прессования под давлением (МПа)

1,0 1,5 2,0 2,5 3,0

Продолжительность

сушки (до

постоянной массы) сутки 24 14 14 14 14 14

Плотность кг/м3 1550 1590 1630 1660 1690 1800

Прочность МПа 0,6 0,9 1,2 1,8 2,2 3,5

Полученные результаты свидетельствуют о преимуществах предлагаемой технологии производства самана из глино-соломенных смесей как по продолжительности сушки, так и по его прочности. Технология характеризуется высокой производительностью, позволяет значительно сократить сроки сушки, повысить прочность изделия в 2...3,5 раза при необходимой плотности самана как стенового материала.

Выводы. Обобщен продолжительный опыт эксплуатации саманных зданий, показана их достаточная долговечность. В жилых помещениях сухо, хорошая естественная вентиляция. Саманные здания намного теплее, чем кирпичные. Высока экономичность саманных построек. Это дает все основания для возврата к саманному строительству, который должен быть осуществлен на качественно новом уровне с использованием современных технологий и всех возможностей самана как строительного материала. Экспериментальные исследования показали высокую надежность предложенной технологии, которая обеспечивает значительное сокращение сроков сушки, высокое качество самана по плотности, прочности и товарному виду.

ИСПОЛЬЗОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА

1. Горчаков Г. И., Баженов Ю. М. Строительные материалы. - М. : Стройиздат, 1986. -688 с.

2. Мейснер А. Ф. Экономические постройки из самана. - М. : Изд-во Мособлисполкома, 1932. - 52 с.

3. Мейснер А. Ф. Землебитное строительство. - М. : Изд-во Мособлисполкома, 1932. -111 с.

4. Оманин П. В. Глинистые материалы в сельскохозяйственном строительстве. - М. -Л. : Госсельиздат, 1931. - 142 с.

5. Онацкий С. П. Производство керамзита. - М. : Стройиздат, 1987. - 333 с.

6. Райс Г. Глины, их залегание, свойства и применение. - М. : ОНТИ, 1932. - 368 с.

7. Скачков А. И. Сельское огнестойкое строительство. - М. : Госсельиздат, 1929. - 168 с.

7

Вісник ПДАБА

8. Скрамтаев Б. Г., Попов Н. А., Герливанов Н. А., Мудров Г. Г. Строительные материалы. - М. : Промстройиздат, 1953. - 628 с.

9. Удешевленное строительство. Сб. научн. тр. / Под общ. ред А. Ф. Мейснера: - М. : Изд-во Мособлисполкома, 1925. - 129 с.

УДК 666.971:691.53

ВЛИЯНИЕ НИЗКОМОДУЛЬНЫХ ВОЛОКОН НА СВОЙСТВА СТРОИТЕЛЬНЫХ

РАСТВОРОВ

В. Н. Деревянко, д. т. н., проф., Л. В. Саламаха, к. т. н., асс.,

А. Г. Смоглий, маг., Е. С. Щудро, маг., Я. Тимченко, студ.

Ключевые слова: волокно, полипропилен, раствор, твердение, структура, свойства

Актуальность. Наиболее широко применяемыми материалами сегодня являются композиционные растворы, которые наряду с достоинствами, такими как простота изготовления, невысокая стоимость, высокая прочность при сжатии, широкая возможность применения местных материалов для их изготовления и т. д., обладают рядом значительных недостатков - низкая прочность при изгибе и трещиностойкость, значительная усадка и пористость, которые затрудняют их использование при строительстве целого ряда объектов.

В настоящее время одним из направлений улучшения свойств композиционных материалов является дисперсное армирование, которое осуществляется волокнами фибры, равномерно рассредоточенными в объеме растворной матрицы.

В качестве дисперсного армирования могут применяться полипропиленовые, базальтовые, стеклянные, стальные, чугунные волокна. Такие композиционные смеси применяются при усилении строительных конструкций. Дисперсное армирование изменяет поведение цементного камня и других видов искусственных камней, придавая ему повышенную стойкость к растрескиванию, изгибающим нагрузкам, позволяет создать необходимый запас прочности, сохраняя целостность конструкции. Исследования по определению влияния волокон проводили Ф. Н. Рабинович, А. А. Пащенко, В. Д. Глуховский, Н. Б. Урьев и др.

Цель исследований. Цель исследования заключается в определении влияния дискретных полипропиленовых волокон на прочность цементно-песчаного раствора, структуру и механизм разрушения дисперсно-армированных растворов.

Основной материал. Фибра полипропиленовая применяется как альтернатива обычной металлической фибре. Основное её назначение - повышение сопротивления усадочному трещинообразованию материалов на цементной основе. Фибра добавляется в процессе приготовления растворной или бетонной смеси. Она легко и равномерно распределяется по всему объему, создавая пространственное армирование, препятствующее образованию и развитию усадочных трещин [1].

Полипропиленовые волокна специально предназначены для использования в цементных смесях. Полипропилен - инертное сырье, стойкое к кислотам, щелочам и солям, - является наиболее подходящим материалом для использования в цементных составах. Фибра полипропиленовая - это мельчайшие полипропиленовые волокна определенного диаметра и длины [2].

При проведении исследований в качестве исходных материалов были использованы: портландцемент марки 400 Балаклеевского комбината, содержание в растворе 35 %, песок речной с модулем крупности = 1,6, содержание в растворе 65 %, полипропиленовое волокно длиной - 5, 12, 30 мм в количестве 0,1 - 1 % от массы цемента. При проведении исследований использована стандартная методика определения свойств. Из растворной смеси требуемой консистенции были заформованы образцы размером 4 * 4 * 16 см. и 7,07 * 7,07 * 7,07 см. Образцы подвергались испытаниям по определению прочностных показателей в возрасте 3 и 28 суток [3 - 5].

На основании полученных результатов были построены графики зависимости основных свойств цементно-песчаного раствора от % содержания волокна разной длины (рис.1 - 6).

При анализе графических зависимостей были сделаны следующие заключения:

- при введении в цементно-песчаный раствор полипропиленового волокна наблюдается увеличение вязкости смеси, и как следствие, увеличение водоцементного отношения смеси.

8