CC BY
15Катаев Ф.Е., инженер,
Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова К ВОПРОСУ О ПОРИЗОВАННЫХ ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫХ ТОРКРЕТ-СМЕСЯХ
Установлены взаимосвязи между компонентами сухой торкрет-смеси, влияющими на характер изменения физико-механических характеристик.
Ключевые слова: смеси, торкрет покрытия, наполнители, заполнители, сырье для торкрет-смесей, прочность материала, свойства материала.
Торкрет-покрытия, как один из технологических процессов в строительстве получил довольно большое распространение. Однако специальные сухие строительные смеси для торкрет-покрытий отсутствуют. Поэтому проведены поисковые экспериментальные исследования смесей с поризован-ными материалами для теплоизоляционных торкрет-покрытий, которые апробированы и ведутся разработки технических условий на их производство.
С целью определения рациональных параметров сухой теплоизоляционной смеси, влияющих на физико-механические ее характеристики, нами были проведены экспериментальные исследования с использованием образцов теплоизоляционных материалов в 28 дневном возрасте.
Для максимального сокращения количества опытов в качестве плана эксперимента был принят центральный композиционный рототабельный план второго порядка ЦКРП-24. Данный план, наряду с простотой его осуществления, дает возможность реализовать различные сочетания уровней факторов.
В ходе проведения предварительных исследований были определены наиболее значимые факторы, влияющие на физико-механические свойства теплоизоляционных смесей и уровни их варьирования. (табл. 1). С целью удобства описания графических зависимостей были использованы сокращенные названия варьируемых компонентов: СВП - вспученный перлитовый песок, %; СБГ - бе-тонитовая глина, %; СПФ - полипропиленовое фиб-роволокно, %; В/Т - водо-твердое отношение.
Для качественной и количественной оценки результатов эксперимента в каждом опыте определялись следующие выходные параметры: плотность (р) кг/м3, прочность на сжатие (осж) МПа; теплопроводность (X), Вт (моК).
Все компоненты дозировались по весу при постоянном количестве песка (35%) и цемента (40%).
Последовательность проведения эксперимента выполнены в соответствии с матрицей планирования согласно существующей методике [1,2]
Таблица
№ Факторы Кодир. обознач Шаг Уровни варьирования
-2 -1 0 1 2
Содержание перлита, % СВП х1 7 6 13 20 27 34
Содержание бентонита, % СБГ х2 0,5 0,5 1 1,5 2 2,5
Содержание фибронапол-нителя, % СПФ х3 2 0 2 4 6 8
Водо-твердое отношение ВТ х4 0,10 0,45 0,55 0,65 0,75 0,85
В результате обработки экспериментальных данных с помощью программного обеспечения на ЭВМ, после проверки значимости коэффициентов и адекватности уравнений, были получены следующие уравнения регрессии в кодированной форме для исследуемых теплоизоляционных смесей:
- для определения плотности сформированных образцов р=430,52381+3,51389-х1+3,81944-х2+11,81944-хз+7,65278-х4+16,97669-х12+23,47669-х22+ +8,22669-х32+29,72669-х42-0,97917-х1-х2-1,14583-х1-х3-0,72917-х1-х4+0,39583-х2-х3--1,02083-х2-х4+1,14583-х3-х4;
- для определения прочности на сжатие сформованных образцов оСж=0,47+0,00306-х1+0,00472-х2+0,01306-х3+0,00833-х4+0,01986-х12+0,02653-х22+0,00861-х32+ +0,03153-х42-0,00042-х1-х2+0,00011-х1-х2-0,00083-х1-х4+0,00017-х2-х-30,00083-х2-х4+ 0,00375-х3-х4
- для определения теплопроводности сформированных образцов Х=0,02476+0,00021-х1+0,00029-х2+0,00065-х3+0,0004-х4-0,0011-х12+0,00148-х22+0,00048-х32 + (3) +0,00173-х42-0,00006-х:-х2-0,00006-х1-х3-0,00010-х1-х4-0,0006-х2-х3-0,00010-х2-х4+0,00027-х3-х4;_
65
(1)
(2)
Анализ уравнений регрессии по величине и знакам коэффициентов при различных факторах и эффекте их взаимодействия позволил установить следующие закономерности.
На плотность образца оказывает сильное влияние содержание перлита, ибо коэффициент, состоящий перед х1, в уравнении (1) наибольший, коэффициенты же стоящие перед другими факторами по абсолютной величине значительно меньше, что свидетельствует об их слабом влиянии на выходной параметр р. Положительные знаки, стоящие перед х1, х3 и х4 указывает на увеличение р. Знак плюс, стоящий перед коэффициентом х2 указывает на то, что с увеличением введения бентонита плотность также растет.
Большее влияние на прочность образцов (2)
знак говорит о росте прочности теплоизоляционной смеси с увеличением содержания бентонита и фибронаполнителя. Величина коэффициентов, стоящих перед факторами х1 и х4, также свидетельствуют о влиянии на прочность образца, где при увеличении содержания перлита и водо-твердого отношения прочность падает.
На теплопроводность достаточно большое влияние оказывают факторы х1, х3 (3). Положительные знаки при малых коэффициентах по абсолютной величине перед факторами х1 и х3, свидетельствуют о незначительном увеличении теплопроводности при повышении содержания перлита и фибронаполнителя. Знак плюс, стоящий перед х2 и х4 означает, что содержание бентонита и водо-твердое отношение мало влияет на теплоизоляционные свойства материала.
оказывают факторы х2 и х3. Положительный
После преобразования уравнений регрессии (1-3) из кодированного вида в натуральный, получаем:
- для определения плотности сформированных образцов
Р=538,01+0,4989Свп+7,63888Сбг+5,90972Спф+76,5278ВТ+0,342317Свп2+93,90676Сбг2+ +2,0566725Спф2+297,266ВТ2+0,2722Свп-Сбг+0,0932Свп-Спф+0,7549Свп-ВТ+0,1566Сбг-Спф+ (4)
+20,994Сбг-ВТ+6,555Спф-ВТ;
- для определения прочности на сжатие сформованных образцов осж=2,06109+0,00428СвП+0,00942СБГ+0,00653СПФ+0,0833ВТ+0,00463СвП2+0,10612СБГ2+ +0,002152Спф2+30,153ВТ2+0,00000504Свп-Сбг+0,000000561Свп'Спф+0,000000977Свп-ВТ+ (5) +0,000000291 Сбг'Спф+0,0000 138Сбг'ВТ+0,00007031 СпфВТ;
- для определения теплопроводности сформованных образцов
^=0,09364+0,0002982Свп+0,00582Сбг+0,00325Спф+0,00423ВТ-0,0002218Свп2+0,00592Сбг2+ +0,000127Спф2+0,175ВТ2+0,0000001 09Свп'Сбг+0,000000276Свп'Спф+0,000000174Свп'ВТ+ (6)
+0,000000434Сбг-Спф+0,000000318Сбг'ВТ+0,000000367Спф-ВТ.
С целью изучения уравнений регрессии (4-6) с помощью разработанного программного обеспечения и программ Microsoft Exel на ЭВМ построены графические зависимости, позволяющие сделать анализ результатов эксперимента.
На рис. 1 представлены результаты экспериментальных исследований, выражающие зависимости р, о, Х=Д(СВП, СБГ, СПФ, ВТ) при возрасте образцов 28 дней.
Из анализа графических зависимостей (рис. 1, а) видно, что с увеличением содержания перлита в смеси до 34% наблюдается падение плотности (р), кг/м3, прочности на сжатие (осж), МПа и теплопроводности (о), Вт (моК). Так с ростом содержания перлита в диапазоне от 20% до 27% (рис. 1, а) падение показателей составляет: для плотности с р=420 кг/м3 до 380 кг/м3 (на 8,3%); для прочности на сжатие с осж=0,45 МПа до осж0,41 МПа (8,8%); для теплопроводности с Х=0,022 Вт (моК) до Х=0,018 Вт (моК) (на 18,1%). При дальнейшем росте содержания перлита в
диапазоне от 27 % до 34 % снижение выходных показателей составляет: для плотности р на 5,4 % (с р=380 кг/м3 до 360 кг/м3); для прочности на сжатие осж на 7,3 % (с осж=0,41 МПа до осж=0,38 МПа); для теплопроводности X на 25 % (с Х=0,018 Вт (моК) до Х)-0,013 Вт (моК)).
Из анализа графических зависимостей (рис. 1, б) следует что при увеличении процентного содержания бентонита до 2,5 % наблюдается рост плотности (р), кг/м3прочности на сжатие (осж), МПа и теплопроводности (X), Вт (моК). Так, при увеличении процентного содержания бентонита в диапазоне от 1,5 % до 2% рост показателей составляет: для плотности с р=420 кг/м3 до р=470 кг/м3, т.е. на 10,3 %; для прочности на сжатие с осж=0,45 МПа до осж=0,49 МПа (на 7,2 %); для теплопроводности с Х=0,022 Вт (моК) до Х=0,024 Вт (моК) (на 8,3 %). При дальнейшем росте содержания бентонита в диапазоне от 2 % до 2,5 % рост данных показателей составляет: для плотности р на 10,5 % (с р=470 кг/м3 до р=520 кг/м3); для прочности на сжатие
осж на 9% (с осж=0,49 МПа до осж=0,54 МПа); для теплопроводности X на 7 % (с Х=0,024 Вт (моК) до Х=0,026 Вт (моК)).
Анализ графических зависимостей (рис. 1, в) показывает, что увеличение процентного содержания в образцах фибронаполнителя до 8 % повышает прочность на сжатие (осж) МПа, с одновременным падением плотности (р) кг/м3и теплопроводности (X) Вт (моК). Так, при увеличении содержания фибронаполнителя в диапазоне от 4 % до 6 % рост прочности на сжатие (осж) МПа составляет: с осж=0,45 МПа до осж=0,50 МПа (на 9 %), с одновременным падением плотности с р=420 кг/м3 до р=400 кг/м3 (на 4,3 %) и теплпроводности с Х=0,022 Вт (моК) до Х=0,019 Вт (моК) (на 13 %). С дальнейшим увеличением содержания фибронаполнителя в диапазоне 6 % - 8 % идет рост прочности на сжатие с осж=0,50 МПа до осж=0,53 МПа (на 5,6 %) и теплопроводности X на 17 % (Х=0,019 Вт (моК) до Х=0,015 Вт (моК)).
При анализе графических зависимостей (рис. 1, г) видим, что с увеличением водо-твердого отношения до 0,85 идет падение показателей плотности (р) кг/м3; прочности на сжатие (осж), МПа и теплопроводности (X) Вт (моК). Нарастание водо-твердого отношения в диапазоне 0,65 - 0,75 дает снижение выходных показателей: плотности с р=420 кг/м3 до р=390 кг/м3 (на 7 %); прочности на сжатие с осж=0,45 МПа до осж=0,42 МПа (на 6 %) и теплопроводности с
Х=0,022 Вт (моК) до Х=0,021 Вт (моК) (на 4 %). С дальнейшим ростом водо-твердого отношения в диапазоне 0,75-0,85 дает снижение значений показателей и равно плотности р на 9 % (с р=390 кг/м3 до р=350 кг/м3); прочности на сжатие осж на 7 % (осж=0,42 МПа до оСж=0,38 МПа) и теплопроводности Х (с Х=0,021 Вт (моК) до Х=0,020 Вт (моК).
Анализ результатов исследований физико-механических свойств сформованных теплоизоляционных образцов показал, что увеличение в составе смеси содержания перлита повышает теплоизоляционные свойства, но снижает прочностные характеристики. Введение же в состав композиционных смесей фибронаполнителя до 7 % положительно влияет на физико-механические свойства образцов смеси. Бетонит значительных результатов на физико-механические свойства не показал.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Агурин, А.П. Торкретирование тепловых агрегатов/ А.П. Агурин, А.С. Денисов, А. С. Лукашевич. - М.: Стройиздат, 1989.- 137С.
2. Хартман, К. Планирование эксперимента в исследовании технологических процессов/ К. Хартман, Э. Лецкий, В.Шефер. - М.: Мир. 1977. -552С.
3. Румшинский, Л.З. Математическая обработка результатов экспериментов/ Л.З. Румшинский. - М.: Наука, 1971. - 192С.
