Подпишитесь на наши новости.

Email:


Подписаться

Бычков М.Ф., Кубанский ГТУ (руководитель Удодов С.А., к.т.н.) «Применение вулканического туфа в сухих строительных смесях»

В связи с кризисом стали более широко применяться эффективные строительные материалы. Поэтому повышается актуальность ячеистого бетона, теплофизические свойства которого позволяют не только успешно применять его в составе многослойных конструкций стен, но и возводить эффективные однослойные ограждения.
Пено- и газобетоны, будучи в составе однослойной конструкции или являясь наружным слоем многослойной стены, требуют защиты отделочными составами.
Опыт эксплуатации ячеистого бетона показывает, что применение традиционных цементно-песчаных штукатурок не обеспечивает должной долговечности покрытия. После ряда лет эксплуатации штукатурка покрытия покрывается трещинами и даже отслаивается от основания.
К причинам можно отнести разницу в коэффициентах температурных деформаций, в коэффициентах деформаций при изменении влагосодержания отделочного слоя и основания, в паропроницаемости отделочного и стенового материала. Эти факторы наравне с другими (повышенная гигроскопичность основания, его невысокая прочность и низкий модуль упругости, высокая поверхностная пористость) должны комплексно учитываться при разработке отделочных составов для ячеистого бетона.
Помимо отделочных составов особый подход необходим также при разработке кладочных смесей для ячеистого бетона. Рекомендованная средняя плотность кладочного раствора «в деле» должна составлять не более 1500 кг/м3. Пониженная плотность раствора не только не ухудшает теплотехнических показателей ограждающей конструкции, но повышает долговечность кладки за счет близких показателей по деформации.

1

Для снижения плотности кладочных и штукатурных растворов может применяться пористый заполнитель на основе вулканического туфа Каменского месторождения. Свойства породы в куске приведены в табл. 1.
Результаты рассева пористого заполнителя на ситах стандартного набора приведены в табл. 2.
Изучая возможность применения мелкого заполнителя из туфа в составах кладочных и отделочных растворов, песок был рассеян на фракции с определением насыпной плотности каждой фракции. Проводимые ранее на кафедре исследования в области применения отходов ячеистого бетона в качестве пористого заполнителя показали, что по графику изменения насыпной плотности зерен в зависимости от их размера можно предварительно судить об эффективности применения того или иного заполнителя. В упомянутой работе исследовался заполнитель из отходов ячеистого бетона двух видов: автоклавный газобетон плотностью 550 кг/м3 и неавтоклавный пенобетон плотностью 250 кг/м3.
Из рис. 1 видно, что насыпная плотность фракций заполнителя из ячеистого бетона колеблется в широком диапазоне. Кроме того, на этих кривых заметен резкий, скачок насыпной плотности, отличающийся по величине для различных фракций. Так, рассматривая кривую «а», видно, что плотность фракции 1,25–2,5 мм резко возросла (на 42 %) по сравнению с плотностью фракции 2,5–5 мм, тогда как предыдущий и последующий приросты составляют соответственно 10 % (при переходе от фр. 5–10 мм к фр. 2,5–5 мм) и 13 % (при переходе от фр. 1,25–2,5 мм к фр. 0,63–1,25 мм). Этот скачок объясняется соотношением размеров пор исходного материала и размеров зерен продукта добления. Исходный газосиликат (рис. 1 а) имел преимущественно поры размером 1–1,5 мм. При этом концентрация таких пор составляла 70–80 ед/см2. Поэтому в случае, когда размер зерна более чем в 2–3 раза превышает диаметр пор (фр. 2,5–5 мм), зерно способно «разместить» в своем теле как минимум одну целую пору. В таком случае каждое отдельное зерно сохраняет структуру исходного материала, насыпная плотность такого заполнителя мала и его эффективность как основного порообразующего агента высока.

1

Когда размер зерна становится соизмерим с размером пор (фр. 1,25–2,5 мм), отдельное зерно уже не способно «вместить» целую пору. Первоначальная структура ячеистого бетона нарушается, плотность резко возрастает, а эффективность заполнителя падает. В результате был сделан вывод, что для снижения плотности цементно-песчаного раствора предпочтительны те фракции пористого песка, в зернах которых сохраняется структура ячеистого бетона. Следовательно, для повышения эффективности применения пористых заполнителей необходимо «скачок» насыпной плотности сместить вправо, в сторону более мелких фракций. Для этого необходимо применять материал с размером пор, существенно меньшим по сравнению с продуктами дробления ячеистых бетонов.

1

В свете этого заполнитель из туфа имеет преимущество. Его поры достаточно малы, чтобы заметно повлиять на кривую, и зерна даже самых мелких фракций сохраняют пористую структуру. Более того, по сравнению с заполнителем из ячеистого бетона кривая туфового заполнителя ведет себя не характерно. Если в случае отходов ячеистого бетона для каждой меньшей фракции присущ однозначный прирост плотности, то в случае с туфом ситуация иная. Измельчение заполнителя вплоть до фракции 0,63–1,25 мм вызывает некоторый рост насыпной плотности, дальнейшее же измельчение приводит не к росту, а к снижению плотности. В поисках причины этого явления было обращено внимание на тот факт, что вулканический туф имеет выраженную неоднородность фазового состава. Большинство вулканических туфов представляют собой плотные стекловидные зерна, равномерно распределенные в пористом цементирующем веществе. При измельчении одна фаза частично отделяется от другой, и туфовый заполнитель становится механической смесью двух разнородных веществ. Одна из фракций мелкого заполнителя была разделена на эти две части.
Измерения их насыпных плотностей показали следующее: насыпная плотность стекловидной фазы составляет 1200 кг/м3, цементирующего вещества – 730 кг/м3. Исходя из этого было сделано предположение о том, что изменяемость насыпной плотности различных фракций может зависеть от объемного соотношения двух фаз в их составе (в мелких фракциях объем цементирующего вещества возрастает).
К тому же вулканический туф, как и любой другой пористый заполнитель, обладает следующими преимуществами:
пониженная плотность;
низкая теплопроводность;
аккумулирование и постепенная отдача воды затворения;
улучшение контактной зоны за счет эффекта самовакуумирования.
Современная сухая строительная смесь, как правило, состоит из минеральной части (вяжущее, заполнители, наполнители, активные и инертные минеральные добавки) и полимерной (модифицирующей) части. В виде сухих полимерных добавок могут применяться адгезионные, водоудерживающие, воздухововлекающие, пластифицирующие добавки, пеногасители и т. д. Количество полимерных компонентов в зависимости от назначения сухой смеси может достигать 10–11 %, а доля в себестоимости смеси – 70 %.

1

Рациональный подбор дозировок этих компонентов весьма актуален не только с технической, но и с экономической точки зрения. При подборе состава сухой штукатурной смеси авторами применялись три различных по назначению полимерных добавки: водоудерживающая в виде эфиров целлюлозы (ЭЦ), адгезионная в виде редиспергируемого порошка (РПП) и суперпластификатор (СП).
Основное действие ЭЦ – повышение водоудерживающей способности раствора; РПП – увеличивать адгезию растворной смеси к основанию; функция СП – снижать водовяжущее отношение при неизменной пластичности раствора, что особенно важно в случае пористых заполнителей.
Несмотря на то что каждый компонент имеет свою основную функцию, влияние их может дублироваться, действие одной добавки может усиливать или снижать действие другой.Например, ЭЦ до определенных пределов повышают прочностные свойства растворов и сцепление отделочного слоя с основанием. Таким же образом проявляют себя РПП, с той только разницей, что ЭЦ упрочняет раствор, скорее всего, за счет ресурса цементной матрицы, а РПП – за счет прочностных и адгезивных свойств самой полимерной пленки. Кроме того, ЭЦ, как и РПП, положительно влияют на реологических свойствах смеси.
СП при прочих равных условиях увеличивает прочность раствора при сжатии и в меньшей степени при растяжении.
Для того чтобы определить оптимальное соотношение полимерных компонентов в составе раствора с учетом всего многообразия взаимодействий между ними, был поставлен эксперимент в соответствии с ортогональным планом второго порядка для трех факторов. Исходные данные для построения матрицы планирования представлены в табл. 3.
Примечание: Х1 – содержание эфира целлюлозы, % от массы вяжущего; Х2 – содержание редиспергируемого порошка, % от массы вяжущего;Х3

1

1

– содержание целлюлозного волокна, % от массы вяжущего
В качестве выходных параметров были приняты следующие показатели:
Y1 – водоудерживающая способность растворной смеси;
Y2 – средняя плотность затвердевшего раствора;
Y3 – прочность нормального сцепления с ячеисто-бетонным основанием;
Y4 – предел прочности раствора при сжатии.
Значения выходных параметров, полученные в ходе экспериментов, представлены в табл. 4.
Результаты эксперимента были обработаны с помощью статистического анализа. Для каждого из параметров были получены адекватные уравнения регрессии второго порядка. По окончательным уравнениям, полученным после отбрасывания незначимых коэффициентов, были построены трехмерные поверхности отклика целевых функций и их проекции на плоскость в виде изолиний равных значений отклика.
Учитывая, что уравнения содержат по три переменных плюс значение отклика, поверхность, описывающую полное уравнение, необходимо строить в четырехмерном пространстве. Такое построение затруднительно. Поэтому каждая из четырех целевых функций была выражена девятью уравнениями двух переменных при фиксированных значениях третьей. В результате было получено 36 поверхностей отклика для четырех целевых функций. Ввиду невозможности в рамках данной работы представить и описать все изображения, представим только характерные поверхности для каждой из четырех функций отклика.
В итоге был получен состав, характеристики которого приведены в табл. 5.
По результатам исследований разработан состав штукатурной смеси пониженной плотности и обоснована возможность применения заполнителя из вулканического туфа для производства сухих строительных смесей.

 

 


Информационные партнеры