Фибропеногипсобетонные композиты с применением вулканического пепла

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 теплои 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 БII; 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 40Ч40Ч160 мм изготовлялись по литьевой технологии и сушили в естественных условиях. Перед испытаниями образцы высушивались до постоянной массы при t = 50 ⁰C 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.

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.

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.

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 Д_наиб = 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.

гипсоцементопуццолановый вулканический гипс пепел Из таблицы следует, что при средней плотности пеногипсобетона 530−550 кг/м³ 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.	Процент армирования по объему.	Предел прочности при изгибе, МПа.	Предел прочности на сжатие, МПа.
	;	;	0,65.	1,30.
		0,3.	0,74.	1,53.
		0,6.	1,12.	1,65.
		0,9.	1,02.	1,53.
		0,6.	0,79.	1,3.
		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. 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.

• 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 fьr 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/n1p2y2015.
• 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.