Вопросы применения вспененных систем в качестве ограждающих конструкций в сейсмически активных районах

ВОПРОСЫ ПРИМЕНЕНИЯ ВСПЕНЕННЫХ СИСТЕМ В КАЧЕСТВЕ ОГРАЖДАЮЩИХ КОНСТРУКЦИЙ В СЕЙСМИЧЕСКИ АКТИВНЫХ РАЙОНАХ

APPLICATION WHIP UP SYSTEMS IN THE CAPACITY OF GUARDS CONSTRACTIONS IN TNE SEISMICS ACTIVS REGIONS

М.И. Панфилова, Г.А. Джинчвелашвили,

M.B. Фомина

M.I. Panhilova, G.A. Ginchvalashvili,

M.V. Phomina

ГОУ ВПО МГСУ

В настоящей работе исследуются вопросы применения вспененных систем в качестве ограждающих конструкций в зданиях, строящихся в районах, подверженных сейсмическим воздействиям. Было установлено, что при малом объемном весе, ограждающие конструкции, а в целом и несущие конструкции, получаются облегченными. Это влечет за собой уменьшение сейсмических сил.

The questions of rise whip up systems for using of guard contractions in buildings, which are built in regions are exposed seismic actions, are explored in this work. It is involve the decrease of seismic powers.

В сейсмически активных регионах, а также в современном монолитном домостроении, согласно нормативным требованиям [1, 2 и др.], перегородки рекомендуется выполнять легкими, как правило, крупнопанельной или каркасной конструкции.

Легкий бетон отличается повышенной пористостью, лучшими характеристиками по теплосбережению, ну и конечно самый главный плюс - более низкий вес железобетонных конструкций ЖБК и железобетонных изделий ЖБИ, возводимых из легкого бетона. Легкость конструкций из легкого бетона - особенно актуальна в условиях монолитного высотного строительства. Дополнительную прочность конструкции обеспечивает арматура, присутствующая в каркасе железобетона.

Лёгкий бетон - бетонная смесь, приготовленная из цемента, воды, крупных пористых заполнителей и песка. Легким считается бетон с удельной массой до 1800 кг/м3. Когда упоминается легкий бетон, чаще всего, речь идёт о керамзитобетоне или шлакобетоне. Монолитные плиты перекрытия из керамзитобетона, для первых этажей зданий без подвалов - дают существенную экономию в отоплении. Аналогично, при устройстве плит перекрытий чердаков. В категорию легких можно отнести пенобетон, газобетон, полимербетон, полистиролбетон. Хотя, в основе производства такого бетона, лежат несколько другие принципы. Но на лёгкость это не влияет.

Основное применение легкого бетона - изготовление монолитных ограждающих конструкций (стены) и кладочных стеновых материалов - пенобетонные блоки, керамзитобетона, шлакобетона, газобетона и так далее. За счёт своей неплотной, пористой

структуры, и соответственно - меньшей теплопроводности, стеновые материалы из легкого бетона - наиболее востребованы в современном строительстве. Они отвечают всем требованиям и нормам по теплосбережению. Естественно, легкий бетон не обладает такой прочностью и несущей способностью, как его массивный собрат тяжёлый бетон, но у легкого бетона совершенно другие задачи. Для обеспечения необходимой прочности, в конструкции из легкого бетона вводят дополнительные металлические каркасы из арматуры, балок, швеллеров и т.д; устраивают обвязывающие армопояса, несущие колонны, ригеля и т.д. из тяжёлого бетона. Общая несущая способность подобных строений не ухудшается, а теплосбережение у конструкций из легкого бетона -на порядок лучше. Лёгкий бетон постоянно обретает новые формы, новые виды и составы. Безусловно - это материал будущего.

В настоящей работе рассмотрены вопросы влияния гидрофобно-пластифицирующих добавок на технологические, эксплуатационно-строительные свойства и технико-экономические показатели цементных материалов. На основании результатов лабораторных и производственных работ показано, что эти добавки повышают пластичность бетонных и растворных смесей, позволяя при этом уменьшать водоцементное отношение и удельный расход цемента, а также существенно улучшают отношение затвердевших материалов к действию воды, агрессивных водных растворов и замораживания.

Одним из путей улучшения качества и повышения технико-экономической эффективности цементов, растворов и бетонов является применение добавок поверхностно-активных веществ (ПАВ), способных выгодно изменять ряд технологических и эксплуатационных свойств цементных материалов. Из числа многих известных технических ПАВ особое место в промышленности строительных материалов и в строительстве занимают добавки гидрофобно-пластифицирующего типа. Такие добавки, пластифицируя бетонные и растворные смеси различного состава, повышают их удобоукладываемость и дают возможность сократить удельный расход цемента. Вместе с тем эти добавки, гидрофобизируя цементные материалы, значительно улучшают их свойства в отношении действия воды, агрессивных сред и замораживания, способствуя тем самым повышению долговечности конструкций. Таким образом, добавки указанного типа отличаются полифункциональным действием на цементы, растворы и бетоны.

Некоторые специфические добавки гидрофобно-пластифицирующего типа, описаны в литературе [например, 3]. Сюда относятся работы по кремнийорганическим полимерам (В. Г. Батраков, А. А. Пащенко), воздухововлекающим добавкам (В. И. Сорокер, В. В. Стольников, Ц. Г. Гинзбург. Г. А. Бужевич, А. И. Довжик) и добавкам, используемым для ячеистых бетонов (П. Р. Таубе, А. П. Меркин).

Целью настоящей работы является создание вспененного раствора устойчивого к во-доотделению, имеющего достаточную прочность и низкий коэффициент фильтрации.

На основании проведенных исследований были найдены оптимальные концентрации пенообразователя и стабилизатора, обеспечивающие стабильность физико-химических свойств вспененного раствора. В качестве пенообразователя было выбрано неионогенное поверхностно-активное вещество ОП-10, а стабилизатор - щелочная модификация крахмала.

Известно, что крахмал под влиянием различных реагентов (кислоты, окислители, соли) изменяет свои физико-химические свойства. Для получения таких модифицированных крахмалов необходимы сложное оборудование и специальные технологии. Большой интерес представляет собой модификация крахмала, которую можно получить, обрабатывая крахмал щелочным раствором. Однако оказалось, что добавки ще-

лочного крахмала приводят к снижению устойчивости вспененной системы. Это можно объяснить за счет неполной клейстеризации крахмала, в результате чего не происходит полного выхода из зерна его макромолекул - амилозы и амилопектина.

Известно, что при действии щелочей происходит изменение конформации глю-козных остатков в молекуле амилозы из BI в ЗВ, и она приобретает более устойчивую форму. Для активизации стабилизации крахмал подвергали тепловой обработке. Модифицирование крахмала проводили при кипячении в растворе щелочи разной концентрации от 1,6 % до 12,5 %. Было установлено, что клейстеризации крахмала уже при 1,6% концентрации щелочи заканчивается через одну минуту. Полноту протекания клейстеризации крахмала определяли по изменению оптической плотности охлажденного крахмального клейстера. Для этого крахмал со щелочным раствором кипятили различное время 0,5; 1; 2; 3;5 минут охлаждали и определяли оптическую плотность в 3 см кювете при светофильтре №3 на фотометре типа ФЭК 56. Оказалось, что значение оптической плотности клейстера уменьшалось до кипячения крахмала со щелочью до одной минуты, а в дальнейшем оставалась постоянной. Также исследовали влияние концентрации щелочи на способность крахмального клейстера стабилизировать бентонитовую суспензию. Для этого готовили 0,05% крахмальный клейстер в различных растворах гидроокиси натрия 1,6; 3,5; 5;7; 12,5%. Растворы нагревали при перемешивании до кипения и выдерживали одну минуту.

Было установлено, что наибольшей устойчивостью порядка 98-100% обладают бентонитовые суспензии, обработанные 7%-ным раствором гидроокиси натрия, с концентрацией стабилизатора от 0,02 до 0,1 миллиграмм/грамм на грам.

Однако было обнаружено, что при введение этих добавок в отвержденный вспененной тампонажной раствор он имеет недостаточную прочность.

Ранее было установлено, что добавление жидкого стекла во вспененные глиноце-ментные растворы ведет к ускорению сроков отверждения. Была определена оптимальная добавка жидкого стекла - 2,5% к весу цемента, введение которой, с одной стороны, уменьшало продолжительность схватывания раствора, и с другой стороны, не очень сильно снижала прочность отвержденных инъекционных растворов. Введение крахмала в отсутствии жидкого стекла ведет к изменению характера структурообразо-вания отвержденных глиноцементных систем. Можно предполагать, что совместное влияние может изменить кинетику нарастания прочности отвержденных вспененных глиноцементных растворов.

Исследования влияния по совместному действию добавок крахмала и жидкого стекла на структурообразование, водоотделение, пористость, коэффициент фильтрации вспененных глиноцементных растворов проводили следующим образом.

В 5%-ную суспензию бентонита добавляли крахмал в виде крахмального клейстера в количестве от 0,02 до 0,1 мг на 1 грамм бентонита. Смесь при периодическом перемешивании выдерживали 15 минут. Затем вводили пенообразователь, цемент и 2,5% жидкого стекла к весу цемента. Водоцементное соотношение составляло 2:1. В полученных инъекционных растворах определяли изменение прочности и водоотделение в течение 4-х часов. Прочность отвержденных образцов и коэффициент их фильтрации определяли через 7,14 ,28 суток после приготовления. Полученные данные приведены в табл. 1.

Из данных табл. 1 видно, что величина водоотведения глиноцементных растворов в присутствии жидкого стекла и крахмала различных концентраций практически не изменяется. Структурообразование этих образцов с увеличением концентрации изменяется монотонно. При введении 0,02 мг/г крахмала прочность образцов несколько уменьшается, но затем при увеличении концентрации происходит ее возрастание. Че-

рез 4 часа хранение образцов прочность глиноцементного раствора, содержащего крахмал 0,1 мг/г, на 25% больше, чем у образца без добавок.

Таблица 1.

Зависимость прочности и водоотделения вспененных глиноцементных растворов с жидким стеклом и крахмалом от продолжительности хранения

Время хранения, час Концентрация стабилизато ра, мг/г

0 0,02 0,05 0,1

г/см2 В,% г/см2 В,% г/см2 В,% г/см2 В,%

0,5 0,7 1,2 0,6 1,0 0,8 1,0 0,8 0,8

1 1,0 2,6 0,9 2,0 0,9 2,3 0,9 2,0

2 2,1 5,0 1,8 2,8 2,4 4,7 2,7 4,9

3 2,9 5,4 2,8 4,8 3,5 5,2 4,4 5,0

4 4,5 5,4 4,2 5,2 4,9 5,2 6,0 5,0

Влагопоглощение с ростом концентрации крахмала увеличивается: влагопогло-щение общая и закрытая пористости, в то время как открытая пористость уменьшается. Особенно сильно возрастает общая пористость, что, по-видимому, связано с возрастанием вязкости и устойчивости вспененной системы при введении крахмала. Увеличение водопоглощения отвержденных образцов с увеличением концентрации крахмала можно объяснить за счет большей гигроскопичности.

Литература

1. СНиП II-7-81* Строительство в сейсмических районах. М.: ЦНС, - 48 с.

2. СНиП II-22-81* Каменные и армокаменные конструкции. М.: ЦНС, 1995 , 55 с.

3. Хигерович М.И., Байер В.Е. Гидрофобно-пластифицирующие добавки для цементов, растворов и бетонов. М.: Стройиздат, 1979. 126 с.

Literatura

1. SNiP II-7.81* Stroitelstvo v seismicheskih raionah. M: CNS. - 48 s.

2. SNiP II-22-81* Kamennii I armokamennii konstrukciii. M: CNS. 1995 - 55 s.

3. Higerovich M. I., Bayer B.E. Hidrophobno-plastiphiciruyushii dobavki dlya cementov, rastvorov I betonov. M Stroiizdat, 1979. 126s.

Ключевые слова: легкий бетон, сейсмостойкое строительство, вспененные системы, гидрофобный, ограждающие конструкции, перегородки, влагопоглощение, гидрофобно-пластифицирующие добавки, пластичность бетонных и растворных смесей, поверхностно-активные вещества

Key words: Light

irina.panfilova@bk.ru, propoi@inbox.ru, guram2004@yandex.ru,

Рецензент: Кофф Г.Л., Президент AHO НИИЦ «Геориск», доктор геолого-минералогических

наук, профессор, академик РАЕН