Фибропеногипсобетонные композиты с применением вулканического пепла

Фибропеногипсобетонные композиты с применением вулканического

пепла

Т.А. Хежев, Н.А. Даов, А.С. Исмайлов, К.В. Молов, А.Ж. Кашукоев, Р.А. Чегемов Кабардино-Балкарский государственный университет, Нальчик

Аннотация: Приведены результаты исследований фибропеногипсобетонных композитов с применением вулканического пепла. Разработаны составы гипсоцементопуццоланового композита с применением вулканического пепла, позволяющие существенно сократить расход гипса и улучшить характеристики гипсобетона. Выявлено влияние пенообразователя ПБ-2000 на сроки схватывания гипсового теста. Получены пеногипсобетонные композиты на основе гипсоцементопуццоланового вяжущего и синтетического пенообразователя ПБ-2000. Разработанные составы фибропеногипсобетонных композитов с применением вулканического пепла позволяют сократить расход гипса на 50 % при одновременном улучшении физико-механических свойств исходного пеногипса и снижении себестоимости материала за счет использования местного сырья.

Ключевые слова: гипс, портландцемент, пепел, пенообразователь ПБ-2000, базальтовое волокно, гипсоцементопуццолановый композит, сроки схватывания гипсового теста, пеногипсобетон, фибропеногипсобетонный композит, прочность на изгиб и сжатие, средняя плотность.

Ячеистые бетоны относятся к энергоэффективным и недорогим строительным материалам. Обладая небольшой средней плотностью, ячеистые бетоны отличаются достаточной прочностью и хорошими теплоизоляционными свойствами.

Основным минеральным вяжущим в производстве неавтоклавного ячеистого бетона является портландцемент. Однако производство портландцемента связано с высокими капитальными вложениями, энергозатратами и выделением побочных продуктов в виде газов и пыли в окружающую среду. Исследования и разработки в области гипсовых вяжущих, материалов и изделий [1-4] показывают возможность расширения области их эффективного применения в строительстве.

Изделия из гипса отличаются относительной легкостью, прочностью, огнестойкостью, низкими тепло- и звукопроводностью. Наряду с рядом положительных технических свойств гипсовые вяжущие и изделия имеют следующие недостатки: значительная хрупкость, низкая водостойкость, низкая морозостойкость, высокая ползучесть при увлажнении.

Преодоление многих недостатков гипсовых вяжущих и изделий возможно в результате создания композитов с использованием эффективных наполнителей и заполнителей, а также дисперсного армирования. Для снижения стоимости строительства эффективно применение местного сырья для производства строительных материалов [5-8].

Ячеистые бетоны на гипсовых вяжущих обладают такими недостатками, как хрупкость, низкая водостойкость, что сдерживает их применение. Преодоление этих и других недостатков возможно в результате дисперсного армирования пеногипсобетонов базальтовыми волокнами [9, 10] и использования активных минеральных добавок, в том числе вулканических горных пород.

Целью работы является получение эффективных фибропеногипсобетонных композитов с применением вулканического пепла.

В исследованиях использовались: гипсовое вяжущее Усть-Джегутинского гипсового комбината марки Г-5 БП; портландцемент ПЦ500-ДО производства ЗАО «Белгородский цемент»; вулканический пепел Заюковского месторождения с максимальной крупностью зерен 1,25 мм; базальтовые волокна производства ОАО «Ивотстекло» марки РНБ-9-1200-4с; пенообразователь ПБ-2000 производства ОАО «Ивхимпром».

Исследовалось влияние соотношения компонентов на свойства гипсоцементопцуцолановой матрицы. В лабораторных условиях образцы-балочки размером 40*40*160 мм изготовлялись по литьевой технологии и сушили в естественных условиях. Перед испытаниями образцы

высушивались до постоянной массы при t = 50 в сушильном шкафу. Приготовление смеси осуществляли в смесителе принудительного действия, в которой в воду добавляли предварительно перемешанную всухую смесь гипса, портландцемента, пепла, после чего перемешивание всех компонентов продолжали до получения однородной гипсобетонной смеси. Результаты исследований влияния добавок портландцемента на свойства полуводного гипса приведены в табл. 1.

Таблица 1

Влияние добавок портландцемента на свойства полуводного гипса

Расход цемента в % от массы гипса Вода/вяжущее Предел прочности при изгибе (МПа), в возрасте Предел прочности при сжатии (МПа), в возрасте

2 ч 28 сут 2 ч 28 сут

1 2 3 4 5 6

— 0,5 2,6 4,5 5,3 10,5

10 0,52 3,9 5,8 7,8 12,8

20 0,52 4,0 7 8,3 15,7

30 0,53 3,4 6,1 7,8 13,1

Из табл. 1 следует, что существенное увеличение прочности при изгибе и сжатии образцов происходит с добавками портландцемента до 20 % от массы гипса, дальнейшее увеличение добавки цемента приводит к снижению прочности композита.

Результаты исследований композитов с применением гипса, портландцемента и вулканического пепла с максимальной крупностью зерен 1,25 мм приводятся в табл. 2.

Таблица 2

Физико-механические свойства гипсоцементопуццоланового композита

№ состава Соотношение гипс : пепел по массе Расход цемента в % от массы гипса Свойства композита

средняя плотность в возрасте 28 сут, кг/м предел прочности при изгибе (МПа) в возрасте предел прочности при сжатии (МПа) в возрасте

2 ч 28 сут 2 ч 28 сут

1 2 3 4 5 6 7 8

1 1:1 — 1090 2,3 4,3 5,4 7,5

2 1:1 10 1086 2,4 3,8 5,4 8,5

3 1:1 20 1120 2,1 3,7 4,8 7,9

4 1:1 30 1150 1,5 3,4 3,3 6,9

5 1:2 — 1130 1,3 2,9 2,5 5,9

6 1:2 10 1180 1,3 2,7 3,0 6,2

7 1:2 20 1140 1,2 2,6 2,9 6,0

8 1:2 30 1160 1,1 2,3 2,1 4,6

Из табл. 2 видно, что добавка портландцемента до 10-20 % оказывает положительное влияние на прочность при сжатии только для состава гипс: пепел с соотношением 1:1. В других составах добавка портландцемента не оказывает заметного влияния на прочностные характеристики композита.

Таким образом, применение вулканического пепла совместно с портландцементом в гипсобетонных композитах позволяет сократить расход гипса до 50 % без существенного снижения прочностных характеристик. При этом разработанные гипсобетонные композиты имеют повышенную водостойкость.

Одной из задач, которую следует решить в производстве пеногипса, является предотвращение схватывания гипсового теста в течении времени, необходимого для вспенивания смеси и ее укладки в формы или опалубку.

Влияние дозировки пенообразователя ПБ-2000 на сроки схватывания гипсового теста приведены в табл. 3.

Таблица 3

Влияние пенообразователя ПБ-2000 на сроки схватывания

гипсового теста

№№ Дозировка Начало Конец Продолжитель-

состава ПБ-2000, % от схватывания, схватывания, ность

массы гипса мин мин схватывания, мин

1 — 12 17 5

2 0,21 15 18 3

3 0,35 23 34 11

4 0,45 43 63 20

Из приведенных данных можно сделать вывод, что значительный замедляющий эффект на сроки схватывания гипсового теста оказывает синтетический пенообразователь ПБ-2000 (активная основа - вторичный алкилсульфат натрия). ПБ-2000 уже при дозировке 0,35 % отодвигает начало схватывания гипса на 11мин., а конец схватывания - на 17 мин. Увеличение дозировки до 0,45 % усиливает замедляющий эффект до 31 минуты (начало схватывания) и 46 мин. (конец схватывания). При этом период схватывания увеличивается с 5 мин. (для контрольного состава) до 20 мин.

Были проведены эксперименты по получению теплоизоляционно-конструкционных пеногипсобетонов с использованием в качестве заполнителя вулканического пепла с наибольшей крупностью зерен Днаиб = 1,25 мм при водотвердом отношении В/Т=0,47 (табл. 4). Смесь готовилась по классической технологии.

Таблица 4

Физико-механические характеристики пеногипсобетонов с использованием вулканического пепла

№№ состава Расхо д компонентов на 3 м3 смеси, кг Дозировка ПБ-2000, % от массы твердых частиц Средняя плотность, кг/м3 Предел прочности при изгибе, МПа Предел прочности на сжатие, МПа

гипс пепел цемент вода

1 456 — — 214 0,35 560 0,70 1,4

2 205 228 23 214 0,35 530 0,65 1,2

3 182 228 46 214 0,35 540 0,65 1,3

Из таблицы следует, что при средней плотности пеногипсобетона 530550 кг/м минимально допустимые прочностные характеристики достигаются при отношении вяжущего к заполнителю, равном единице. При проведении последующих экспериментов это соотношение принималось в качестве базового.

Наряду с достоинствами, ячеистые бетоны на гипсовых вяжущих обладают такими недостатками, как хрупкость, низкая ударостойкость, что сдерживает их применение. Преодоление этих и других недостатков возможно в результате дисперсного армирования пеногипсобетонов дисперсными волокнами.

Соотношение компонентов в смеси и прочностные свойства пеногипсобетонной матрицы для армирования базальтовыми фибрами принят состав №2 табл. 4. Введение базальтовых волокон происходит после получения растворной смеси, затем подается готовая пена и перемешивается. Смеси готовились в высокоскоростных смесителях.

Результаты проведенных экспериментов приведены в табл. 5.

Таблица 5

Прочностные характеристики фибропеногипсобетонного композита в зависимости от параметров фибрового армирования

№№ состава Отношение длины волокон к их диаметру 1/ d Процент армирования по объему fiv Предел прочности при изгибе, МПа Предел прочности на сжатие, МПа

1 — — 0,65 1,30

2 1444 0,3 0,74 1,53

3 1444 0,6 1,12 1,65

4 1444 0,9 1,02 1,53

5 667 0,6 0,79 1,3

6 2221 0,6 0,88 1,35

Результаты исследований показали, что наибольшие значения предела прочности на сжатие и на изгиб фибропеногипсобетонного композита с применением вулканического пепла получены при проценте армирования и у^ = 1444. Увеличение процента армирования базальтовыми волокнами

композита приводит к уменьшению прочностных характеристик композита, что обусловлено ухудшением их структуры.

Таким образом, разработанные составы фибропеногипсобетонных композитов с применением вулканического пепла позволяют сократить расход гипса на 50 % при одновременном улучшении физико-механических свойств исходного пеногипса.

Литература

1. Гипсовые материалы и изделия (производство и применение): справочник под общ. ред. А.В. Ферронской. М.: АСВ, 2004. 488 с.

2. Knauf A.N., Kronert W., Haubert P. Rasterelektromen-mikroskopie, eine ergazende Methode zur Untersuchung von Gipsen // Zement-Kalk-Gips. Wiesbaden. 1972. № 11. ss. 548-552.

3. Walter E. Unterauchungen zum Asbestaufschluss und die Bedeutung für die Praxis // Baustoffindustrie. 1972. №15. s. 40.

4. Schwiete H.E., Knauf A.N. Alte und neue Erkenntnisse in der Herstellung und An-wendung der Gipse. Berlin. 115 s.

5. Овсюков М.Ю., Сухов А.А., Хежев Т.А. Технология фибропенобетонов с применением отходов пиления вулканического туфа // Вестник Дагестанского государственного технического университета. Технические науки. Махачкала. №1 (36). 2015. С. 107-113.

6. Хежев Х.А., Хежев Т.А., Кимов У.З., Думанов К.Х. Огнезащитные и жаростойкие композиты с применением вулканических горных пород // Инженерный вестник Дона, 2011. №4 URL: ivdon.ru /magazine/archive/n4y2011/710.

7. Хежев Т.А., Матаев Т.З., Гедгафов И.А., Дымов Р.Х. Фиброгипсовермикулитобетонные композиты с применением вулканического пепла // Инженерный вестник Дона, 2015. №1 URL: ivdon. ru/ru/magazine/archive/n 1 p2y2015.

8. Хежев Т. А., Жуков А.З., Хежев Х.А. Огнезащитные и жаростойкие вермикулитобетонные композиты с применением вулканического пепла и пемзы // Инженерный вестник Дона, 2015. №2 URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n2y2015/2902.

9. Волков И.В. Фибробетон: Состояние и перспективы применения // Промышленное и гражданское строительство. 2002. №9. С. 37.

10. Волков И.В. Проблемы применения фибробетона в отечественном строительстве // Строительные материалы. 2004. №6. С. 12.

References

1. Gipsovye materialy i izdeliya (proizvodstvo i primenenie): spravochnik pod obshch. red. A.V. Ferronskoy [Gypsum materials and products (production

and application): a directory under the general editorship of A.V. Ferronskoy]. Moscow: ASV, 2004, p. 488.

2. Knauf A.N., Kronert W., Haubert P. Zement-Kalk-Gips. Wiesbaden. 1972. № 11. pp. 548-552.

3. Walter E. Baustoffindustrie. 1972. №15. p. 40

4. Schwiete H.E., Knauf A.N. Alte und neue Erkenntnisse in der Herstellung und An-wendung der Gipse [Old and new knowledge in the production and application of the gypsum]. Berlin, 115 p.

5. Ovsyukov M.Yu., Sukhov A.A., Khezhev T.A. Vestnik Dagestanskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta. Tekhnicheskie nauki. Makhachkala. №1 (36). 2015. pp. 107-113.

6. Khezhev Kh.A., Khezhev T.A., Kimov U.Z., Dumanov K.Kh. Inzenernyj vestnik Dona (Rus), 2011. №4. URL: ivdon.ru /magazine/archive/n4y2011/710.

7. Khezhev T.A., Mataev T.Z., Gedgafov I.A., Dymov R.Kh. Inzenernyj vestnik Dona (Rus), 2015. №1 URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n1p2y2015.

8. Khezhev T.A., Kazharov A.R., Naloys A.YU, Semenov R.N., Khamukov Z.A., Zhelokov T.KH. Inzenernyj vestnik Dona (Rus), 2016. №4. URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n4y2016/3776.

9. Volkov I.V. Promyshlennoe i grazhdanskoe stroitel'stvo. 2002. №9. P. 37.

10. Volkov I.V. Stroitel'nye materialy. 2004. №6. P. 12.