ИнтерСтройЭкспо 2016
04.05.2016
С 20 по 22 апреля 2016 года в Санкт-Петербурге, в КВЦ «ЭКСПОФОРУМ» состоялась 22-я Международная выставка «ИнтерСтройЭкспо», крупнейшая на Северо-Западе России международная выставка строительных, отделочных материалов и строительной техники.
Евроасфальт и Евробитум 2016
29.04.2016
Конгресс, который состоится с 1 по 3 июня в Праге, станет важной вехой в развитии асфальтовой и битумной промышленности Европы. Предоставив возможность ведущим специалистам отрасли подвести итоги проделанной работы и наметить планы на будущее, он послужит полноценной стратегической платформой для ее дальнейшего развития.
 

ЯЧЕИСТЫЙ БЕТОН АВТОКЛАВНОГО ТВЕРДЕНИЯ С УЛУЧШЕННЫМИ ФИЗИКО-ТЕХНИЧЕСКИМИ ХАРАКТЕРИСТИКАМИ/Бетон и Железобетон 2012-2/

Лаповская С. Д., Волошина Т. Н., Гаврилюк В. П.
Одним из наиболее эффективных стеновых строительных материалов является конструкционно-теплоизоляционный ячеистый бетон. Для Украины в последнее время актуальным является расширение ассортимента ячеистобетонных изделий, в первую очередь, за счет выпуска армированных перегородок, плит и панелей. Как известно, крупноразмерные изделия по сравнению с мелкоштучными обеспечивают снижение трудозатрат на устройство и отделку ограждающих конструкций зданий. Для этих изделий важными являются такие свойства, как средняя плотность, прочность на сжатие и растяжение при изгибе, трещиностойкость, усадка при высыхании и хрупкость материала.
По теплотехническим расчетам в соответствии с ДБН (государственными строительными нормами) В.2.6 – 31:2006 «Тепловая изоляция зданий», действующим в Украине взамен СНиП ІІ-3–79, средняя плотность конструкционно-теплоизоляционного ячеистого бетона, применяемого для устройства ограждающих конструкций, должна быть 400 – 500 кг/ м3. Традиционными недостатками изделий такой плотности, как правило, являются низкое сопротивление растягивающим напряжениям, повышенная хрупкость, незначительная прочность на растяжение при изгибе, невысокая трещиностойкость. В результате этого у изделий могут образовываться сколы и трещины как в процессе изготовления, так и во время транспортировки и монтажа.
Наряду с повышением прочности и оптимизацией структуры путем использования высокоактивных минеральных и химических добавок, применение материалов, способных образовать структурный упрочняющий каркас ячеистобетонного массива за счет армирования межпоровых перегородок, определяющих прочность всего композита, является одним из эффективных способов преодоления вышеуказанных недостатков. То есть дисперсное армирование ячеистого бетона неметаллическими волокнами значительно улучшает прочностные и деформационные свойства материала и повышает надежность изделий и конструкций при эксплуатации.
Во многих украинских и зарубежных публикациях [1 – 8] отмечена положительная роль дисперсной арматуры в составе цементных бетонов. Анализ этих публикаций свидетельствует об улучшении структурных характеристик исходных материалов в результате дисперсного армирования, которое, при оптимальном содержании фибры улучшает эксплуатационные свойства и повышает долговечность изделий и конструкций.
В современном строительном материаловедении достаточно подробно изучены вопросы армирования ячеистых бетонов неавтоклавного твердения органическими (капроновыми, полипропиленовыми, полиэтилентерефталатными) и минеральными (базальтовыми, стеклянными, асбестовыми) волокнами [9 – 15]. Вместе с тем в технической литературе практически отсутствуют данные об использовании продуктов растительных полимеров в качестве дисперсной арматуры при производстве автоклавных ячеистых бетонов.
В результате исследовательских работ, проведенных в ГП «НИИСМИ» было получено теоретическое обоснование, начаты разработка, исследование и промышленная апробация нового материала — фиброгазобетона, полученного с применением в качестве дисперсной арматуры волокон чистой нерастворимой целлюлозы.
Особенность структуры газобетонов обусловливает хрупкий характер их разрушения. Известно, что развитие трещин в материалах под действием нагрузок происходит, если энергии, высвобождаемой при уменьшении упругой деформации, достаточно для образования новой поверхности разрыва. В работах некоторых ученых, таких как Чернышев Е.М., Пухаренко Ю.В., Крохин А.М., показано, что введение стеклянной, полимерной или асбестовой арматуры, хаотично размещенной в объеме плотной составляющей неавтоклавного фиброгазобетона, составляет в этом объеме зоны со значительно большей способностью к пластическим деформациям сравнительно с неармированным аналогом. То есть формируется структура материала, в котором за счет высокопрочных высокомодульных волокнистых включений возможно торможение или полная остановка разрастания трещин.
В связи с сильно выраженной щелочной средой цементной матрицы ячеистого бетона основными критериями, определяющими возможность использования искусственных волокнистых материалов для армирования ячеистого бетона, являются щелочестойкость и склонность к выщелачиванию [1, 3, 4, 14].
Данные химического анализа волокон, использованных в эксперименте (стойкие в средах с рН от 4 до 12), и анализ их физико-механических характеристик показывают, что целлюлозные волокна пригодны для улучшения свойств традиционного газобетона и при этом имеют ряд преимуществ перед другими видами дисперсной арматуры, поскольку могут быть получены из отходов и имеют более низкую стоимость.
Для армирования ячеистых бетонов могут использоваться волокна диаметром от 1 мкм до 100 мкм. Работами НИИСМИ и других исследователей доказано, что при разработке и получении ячеистых бетонов с упрочняющим дисперсным армированием необходимо кроме диаметра волокна учитывать и его длину.
В данном исследовании были использованы целлюлозные волокна длиной 0,2 – 0,5 мм и 1,0 мм, полученные из восстановленного вторичного сырья природного происхождения. Целлюлозные волокна имеют прочность на разрыв свыше 500 МПа, модуль упругости не менее 35 ГПа, теплостойкость 190 °С, щелочестойкость до рН 12. По данным [22], в процессе автоклавирования химически обработанные целлюлозные волокна не подвергаются разрушающему воздействию щелочной среды твердеющего бетона и не замедляют процесс твердения и набора прочности бетонной матрицы, так как в процессе очистки из целлюлозных волокон удаляется большая часть лигнина и хемицеллюлозы, являющихся ингибиторами твердения цемента.
Сырьевые компоненты для изготовления ячеистобетонных смесей — традиционные, в соответствии с действующим в Украине стандартом на ячеистый бетон ДСТУ Б В.2.7 – 45:2010 «Бетоны ячеистые. Общие технические условия».
Для определения основных управляющих факторов формирования структуры фибробетона были проведены комплексные исследования, целью которых была разработка методики прогнозирования технических свойств конструкционно-теплоизоляционного газосиликата марки по средней плотности D400, исходя из характеристик структуры материала и параметров технологии его изготовления. Методологической основой выполненных работ является использование вероятностно-статистической концепции строительного материаловедения с многофакторным моделированием на основе алгоритмизированного планирования экспериментов [17 – 21].
Для выявления взаимосвязи в системе «технологические факторы 
 свойства материала» выполнено математическое моделирование одного из вариантов технологии фибробетона автоклавного твердения, армированного целлюлозным волокном, и разработана методика прогнозирования свойств бетона.
Как известно, обеспечение качества продукции наиболее эффективно, когда эта задача сформулирована как оптимизационная. При этом критериями оптимизации могут быть:
•максимизированные в пределах ресурса показатели качества и надежности, если создается новый конкурентоспособный продукт;
•минимизированы расходы ресурса при гарантированном уровне качества, когда рынок насыщен известным продуктом.
  
Комплексное исследование влияния РТ-факторов на свойства автоклавного фибробетона выполнено совместно ГП «НИИСМИ» и кафедрой ПАТСМ ОГАСА. Специально разработанный план эксперимента основан на схеме Рехтшафнера; он близок к насыщенному и несимметричен, но заменяет планы полного факторного эксперимента 2k и 3k.
Диапазоны варьирования РТ-факторов приняты в натурных экспериментах для реализации поставленной программы (табл. 1) и достаточно точно выдерживались с доступной при экспериментальном производстве автоклавного фибробетона точностью. При нарушении регламента блоки не рассматривались как экспериментальные, и процесс повторялся. Уровни варьирования определены в конкретном вычислительном эксперименте для каждого фактора с учетом возможностей производственных систем регулирования. Результаты расчета моделей приведены в таблице 2.
Требования к свойствам разработанного ячеистого фибробетона — в соответствии с действующими в Украине стандартами: ДСТУ Б В.2.6 – 2:2009 «Конструкции зданий и сооружений. Изделия бетонные и железобетонные. Общие технические условия», ДСТУ Б В.2.6 – 41:2008 «Конструкции зданий и сооружений. Панели из автоклавных ячеистых бетонов для внешних стен зданий. Технические условия», ДСТУ Б В.2.6 – 107:2010 «Конструкции зданий и сооружений. Панели стеновые внутренние бетонные и железобетонные для жилых и общественных зданий. Общие технические условия», ДСТУ Б В.2.7 – 137:2008 «Строительные материалы. Блоки стеновые из ячеистого бетона. Технические условия», ДСТУ Б В.2.7 – 45:2010 «Бетоны ячеистые. Общие технические условия».
Экспериментальные данные подтверждают адекватность примененной методики подбора состава ячеистого фибробетона. Во всех случаях достигнута запланированная прочность на сжатие и на растяжение при изгибе. Средняя плотность полученного ячеистого фибробетона отличается от заданной не более чем на ±50 кг / м3. Основным фактором, влияющим на прочность, является количество целлюллозных волокон.
В зоне максимума прочность на сжатие возрастает с 3,0 МПа до 3,4 МПа, прочность на растяжение при изгибе — с 0,75 МПа до 1,10 МПа (почти на 30 %). В зоне минимума прочность на сжатие — с 1,9 МПа до 2,9 МПа, прочность на растяжение при изгибе — с 0,4 до 0,8 МПа.
Предварительные исследования подтвердили гипотезу об активной роли дисперсной арматуры в формировании структуры ячеистого фибробетона и обеспечении его свойств при твердении.
Экспериментально влияние дисперсного армирования целлюлозными волокнами на поведение газобетона под действием нагрузок оценивалось на образцах размерами 40.40.200 мм и 100.100.100 мм. Образцы, полученные из ячеистого фибробетона, после набора пластической прочности 0,5 МПа запарили в лабораторном автоклаве при температуре 175±5 оС, давлении 0,8±0,05 МПа. После автоклавирования и охлаждения образцов определялись основные физико-механические характеристики. Результаты испытаний приведены в таблице 3.
На рис. 1 представлены графические зависимости основных физико-механических характеристик от содержания целлюлозной фибры.
При введении оптимального количества целлюлозных волокон наблюдаются следующие эффекты: стойкость процесса поризации, отсутствие усадочных трещин и трещин напряжения, увеличение прочности фиброгазобетона на сжатие (на 15 – 35 %) и растяжение при изгибе (на 30 – 50 %), отсутствие усадки как в процессе твердения смеси, так и во время всего периода твердения, равномерность пористой структуры. То есть повышение агрегативной стойкости смесей в период преобладания вязких связей между компонентами способствует уменьшению количества дефектов структуры в бетонах, что достигается введением в зернистую дисперсную систему — ячеистобетонную смесь — протяжных поверхностей разделения фаз в виде целлюлозных волокон (фибры).
В результате комплексных исследований взаимодействия различных факторов в составе исследуемого материала, определена их совокупность, отвечающая получению оптимального состава фиброгазобетона, имеющего характеристики, представленные в таблице 4.
Проведенные опытные формовки позволили выявить следующие закономерности. Перемешивание фибры с сухим известково-песчаным вяжущим не обеспечивает равномерного распределения волокон по объему смеси: после затворения сухих компонентов водой и интенсивного перемешивания в лабораторном смесителе в объеме смеси наблюдаются отдельные сгустки волокон. При введении фибры в воду затворения волокна «распушиваются» и в процессе приготовления ячеистобетонной смеси равномерно распределяются в объеме.
Опытно-промышленная партия дисперсно-армированного ячеистого бетона автоклавного твердения была выпущена в ноябре 2010 года на одном из ведущих украинских заводов, производящих изделия из автоклавного газобетона. Разработанный лабораторный состав был скорректирован с учетом производственных режимов и качественных характеристик сырья, применяемого на предприятии для производства изделий из конструкционно-теплоизоляционного ячеистого бетона.
Для введения дисперсной арматуры в ячеистобетонную смесь часть дополнительной воды смешивали с целлюлозной фиброй в емкости, оборудованной мешалкой. Приготовленную массу выливали в виброгазобетоносмеситель до подачи алюминиевой суспензии и перемешивали. Потом в смеситель подавали алюминиевую суспензию, перемешивали компоненты и выливали полученную смесь в подготовленные формы.
Результаты испытаний образцов бетона опытно-промышленной партии по показателям средней плотности в сухом состоянии, прочности на сжатие и на растяжение при изгибе приведены в таблице 5.
Разработанный ячеистый фибробетон автоклавного твердения на основе целлюлозных волокон характеризуется повышенными (в сравнении с ячеистым бетоном контрольного состава) значениями прочности на сжатие (3,4 МПа), прочности на растяжение при изгибе (1,15 МПа) и морозостойкости (35 циклов) при сниженных значениях средней плотности (390 кг / м3) и теплопроводности в сухом состоянии (0,09 Вт./.м·К) и может быть отнесен к конструкционно-теплоизоляционным ячеистым бетонам в соответствии с классификацией, приведенной в ДСТУ Б В.2.7 – 45:2010. По показателям прочности на сжатие и морозостойкости разработанный ячеистый фибробетон автоклавного твердения соответствует требованиям ДСТУ Б В.2.6 – 2:2009, ДСТУ Б В.2.6 – 41:2008, ДСТУ Б В.2.6 – 107:2010, ДСТУ Б В.2.7 – 137:2008.
Полученные данные, начиная от анализа имеющихся разработок по вещественному составу и структуре газобетона и завершая определением эффективности использования целлюлозных волокон в качестве дисперсной арматуры для газобетонов автоклавного твердения, устанавливают возможность усовершенствования и эффективного влияния на структурообразование фибробетонных смесей, а также эксплуатационные характеристики ячеистого фибробетона автоклавного твердения.
Таким образом, благодаря дисперсному армированию появляется возможность экономии дорогостоящих сырьевых компонентов (в первую очередь вяжущих), что способствует снижению удельных капиталовложений, энергоемкости и материалоемкости в производстве газобетонных изделий.

Литература

1.Akers S.A. S. and Studinka J.B. (1989). «Aging behavior of cellulose fiber cement composites in natural weathering and accelerated tests», The International Journal of Cement Composites and Lightweight Concrete, 11, 93 – 97.
2.Andonian B., Mai Y.W., and Cotterell B. (1979). «Strength and fracture properties of cellulose fiber reinforced cement composites», The International Journal of Cement Composites, 1 (3), 151 – 158.
3.Bentur A. and Akers S.A. S. (1989). «The microstructure and aging of cellulose fiber reinforced cement composites cured in a normal environment», The International Journal of Cement Composites and Lightweight Concrete, 11, 99 – 109.
4.Bergstrom S.G. and Gram H. (1984). «Durability of alkali-sensitive fibres in concrete», The International Journal of Cement Composites and Lightweight Concrete, 6 (2), 75 – 80.
5.Blankenhorn P.R., Silsbee M.R., Blankenhorn B.D., DiCola M., and Kessler D.M. R. (1999). «Temperature and moisture effects on selected properties of wood fiber-cement composites», Cement and Concrete Research, 29, 773 – 741.
6.Coutts R.S. P. and Kightly P. (1982). «Microstructure of autoclaved refined wood-fiber cement mortars», Journal of Materials Science, 17, 1801 – 1806.
7.Marikunte S. and Soroushian P. (1994). «Statistical evaluation of long term durability characteristics of cellulose fiber reinforced cement composites», ACI Materials Journal, 91 (6), 607 – 616.
8.Vinson K.D. and Daniel J.I. (1990). «Specialty cellulose fibers for cement reinforcement», Thin-Section Fiber Reinforced Concrete and Ferrocement, SP-124, American Concrete Institute, Detroit, 1 – 18.
9.Косых А.В. Новые направления в технологии получения газобетона./.А.В. Косых, А.О. Тугарина// Труды Братского государственного технического университета. — 2003. — Т.2. — С.341.
10.Лотов В.А., Митина Н.А., Ситников А.С., Никандрова О.С. Фиброгазобетон неавтоклавного твердения //Техника и технология производства теплоизоляционных материалов из минерального сырья: Доклады VII Всероссийской научно-практической конференции — Белокуриха Алтайского края, 22 – 24 мая 2007 г. — Москва: ЦЭИ «Химмаш», 2007. — c. 96 – 100 (35259126).
11.Sokolova S.N., Mitina N.A. Untersuchungen zum Einfluss von Dispersfuellern auf die bautechnischen Eigenschaften von Porenbeton. Ibausil 2009, 23 – 25 September 2009, Weimar, Deutschland, Band 2, S. 1193 – 1198.
12.Пухаренко Ю.В. Прочность и долговечность ячеистого фибробетона. — Строительные материалы. — 2004.-№12.
13.Иванов В.В., Чемякина Н.А. Использование хризотилового волокна в пенобетонах. — Популярное бетоноведение: ячеистые бетоны в строительстве. — ООО «Строй-Бетон»: СПб-2008 г.
14. Моргун Л.В. Структурообразование и свойства дисперсноармированных пенобетонов: Диссертация на соискание ученой степени канд.техн.наук — Ростов-на-Дону: РГСУ, 2005.
15.Сычева А.М., Попова Е.А., Дробышев Д.И., Филатов И.П. Активированное твердение пенобетонов. — СПб.: ПГУПС, 2007
16.Мчедлов-Петросян О.П. Химия неорганических строительных материалов./.О.П. Мчедлов-Петросян. — М.: Стройиздат, 1988.–304 с.
17.Вознесенский В.А., Ляшенко Т.В. ЭС-модели в компьютерном строительном материаловедении. — Одесса: Астропринт, 2006. –116 стр.
18.Вознесенский В.А., Ляшенко Т.В. Рецептурно-технологические поля свойств материала в компьютерном строительном материаловедении // Строительные материалы. — 2006, №.3.Приложение: Наука №.7. — С. 8 – 11.
19.Вознесенский В.А., Гаврилюк В.П., Керш В.Я., Ляшенко Т.В., Ткачук А.В., Хлыцов Н.В. Автоклавный газобетон: Девятифакторное квадратичное моделирование (1981-85) и компьютерное моделирование (2007-08) // Компьютерное моделирование и прогрессивные технологии: Материалы международ. семинара МОКЧ7. — Одесса: Астропринт, 2008. — С. 97 – 104.
20.Экспериментально-статистическое моделирование и оптимизация композиционных материалов: Сб. науч. труд./.отв. ред. В.А. Вознесенский. — К.: УМК ВО, 1990. –156 с.
21.Методические рекомендации по применению экспериментально-статистических моделей для анализа и оптимизации состава, технологии и свойств композиционных материалов на основе щелочных вяжущих систем, Киев. — 1996.
22.Calcium Silicate Hydrate in Fiber Cement Sheets and Autoclaved Aerated Concrete (AAC)./.Torsten Dietz, Dr. Klaus Bohnemann // 7th International Inorganic-Bonded Wood & Fiber Composite Materials Conference. — Sun Valley, Idaho, USA — 2000.

< Назад

 

Поиск

Автор
Год выпуска
МОДЕРНИЗАЦИЯ САМОГО БОЛЬШОГО НА ЮГЕ РОССИИ ЗАВОДА ПО ПРОИЗВОДСТВУ СБОРНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ /Бетон и Железобетон 2009/
В середине 2008 г. ЗАО «Комбинат крупнопанельного домостроения» (ККПД), в Ростове-на-Дону (дочернее предприятие ЗАО «ИНТЕКО»), запустило новую производственную линию, оснащенную оборудованием фирм EBAWE и PROGRESS. Были поставлены комплектная линия циркуляции паллет и кассетные формы для производства крупногабаритных сборных бетонных элементов.
  © 2008 Славутич Разработка сайта Vitrum-Media