CC BY
113
References
1. SP 35.13330.2011 Bridges and pipes.
2. Efimov P. P. Ispolzovanie dvux linejnyx modelej deformirovaniya betona i armatury pri raschyote zhelezobetonnyx elementov, podverzhennyx szhatiyu s izgibom [Use of two linear models of concrete and armature's deformation at calculation of reinforced concrete elements subject to compression with a curve]. Vestnik SibADI, 2013, no 4 (32), pp. 52-56.
УДК 691.12
Ефимов Павел Петрович (Россия, г. Омск) -доктор технических наук, профессор кафедры Мосты Сибирской государственной
автомобильно-дорожной академии (СибАДИ). (644080, г. Омск, пр. Мира 5, e-mail: [email protected])
Efimov P. P. (Russian Federation, Omsk) - Ph. D. in Technical Sciences, Ass. Professor, The Siberian automobile and highway academy (SIBADI) (644080, Omsk, Mira Ave. 5, e - mail: [email protected])
ТЕХНОЛОГИЯ ПЕНОБЕТОНА НА ОСНОВЕ ТОРФА
И. Н. Кузнецова1, М. А. Ращупкина1, С. В. Жуков2
''Сибирская государственная автомобильно-дорожная академия (СибАДИ), Россия, г. Омск 2 ООО «Капитал-Строй», Россия, г. Омск
Аннотация. В статье выяснены особенности технологии производства пенобетона, предложена технологическая схема приготовления растворной смеси для производства пенобетона и представлена новая технология производства пенобетонов на цементно-песчано-торфяной смеси и пенообразователя. Обоснованы физико-технические свойства пенобетона и даны результаты иследований образцов пенобетона. Предложен оптимальный расход материалов для пенобетонной смеси. Полученные результаты способствуют улучшению эксплуатационных и физико-механических характеристик пенобетона.
Ключевые слова: пенобетон,
микроармирование, пористость.
Введение
В строительстве зданий пенобетон является наиболее востребованным материалом. Он отвечает современным требованиям по физико-техническим и теплозащитным свойствам, имеет высокое термическое сопротивление, низкую теплопроводность, обладает более высокой огнестойкостью, длительным сроком своей эксплуатации.
На сегодняшний день многими учеными проведены исследования в области формирования пористой структуры пенобетона. Пенобетон представляет собой сплошную среду твердого материала с распределенными порами в виде отдельных условно замкнутых ячеек. Пенобетон нужно рассматривать как двухкомпонентную систему, состоящую из порообразующих перегородок, сформированных из цементного камня имеющего свою структуру пор, и структуры пор, сформированных
технологическим путем за счет введения пенообразователя. Микроструктура
цементного камня в пенобетоне имеет большое значение, так как состоит из
торф, порообразование, структура,
Представлена технология и
обоснованы результаты исследований пенобетона на основе торфа
Оценку структурообразования
неорганических соединений цементного камня и пенобетона в целом необходимо вести комплексно, учитывая кристаллохимические особенности веществ, кинетические и термодинамические факторы.
Цементный камень, является основным компонентом перегородок в пенобетоне, определяющим его свойства.
Порообразующие перегородки создают несущий остов из цементного камня (цементно-песчаной-торфяной смеси), по которым проходит основной тепловой поток от наружной грани строительного материала к его внутренней грани, микроструктура пенобетона на рисунке 1. Свойства цементного камня определяются гидратацией цемента, а практическая ценность портландцемента определяется в результате химических и физико-химических превращений, который способен создать прочный камень.
непрореагировавших зерен, новообразований и микропор.
цемента
Рис. 1. Микроструктура пенобетона
Для получения цементно-песчано-торфяной смеси проводился помол торфа (торфяного лигнина Обь-Иртышского междуречья) с песком, соотношение песок: торф - 85:15 %, на помольной центробежной дисковой установки. Помольная установка по степени дисперсности при сухом помоле позволяет получать ультрадисперсные материалы - 102-103 нм, и наноразмерные частицы менее 102 нм.
Используемые материалы в пенобетоне: портландцемент - ЦЕМ II /А-Ш 42,5Н с добавкой гранулированного доменного шлака (общестроительный); песок - Вольский с модулью крупности не менее 2,0; торф -глубина взятия образцов 20см, Зольность, 11,6%, Н:С 0,90, О:С 0,47, N:C 0,03, отношение плотностей Д465/Д650 5,69; пенообразователь. Оптимальные
соотношения компонентов цементно-песчано-торфяной смеси предложены после проведения ряда совместных испытаний авторов статьи с профессором А.Ф. Косач, аспирантами А.Б. Кан, С.В. Даниловым ЮГУ г. Ханты-Мансийск [1-3]. Расход материалов для пенобетонной смеси в таблице 1.
Таблица 1 - Расход материалов для пенобетонной смеси
Технологическая схема приготовления растворной смеси для производства пенобетона состоит из последовательности процессов:
1) Песок и торф дозируются и поступают в центробежную дисковую установку для помола.
2) Готовая песчано-торфяная смесь и цемент дозируются, перемешиваются и пневмотранспортом подается в расходный бункер.
3) Пенообразователь и вода с температурой 20-25°С дозируются и поступает в пеногенератор, в котором в течение 5 - 6 минут взбивается пена.
4) Готовая техническая пена подается в смеситель СМС-40 и перемешивается с раствором (цементно-песчано-торфяная смесь) еще в течение 3 - 4 минут.
5) Готовая пеномасса разливается в формы, после чего производится предварительная выдержка смеси в течение 3 - 4 часов при температуре 20 °С.
6) Тепловлажностная обработка осуществляется по следующему режиму: подъем температуры до 80 °С - 4 часа; изотермический прогрев при 80 °С - 6 часов; снижение температуры до 20 °С - 4часа.
Представленная технология изготовления пенобетона позволяет создать замкнутую структуру пор с определенным средним диаметром и примерно одинаковыми по сечению порообразующими перегородками, которые в процессе армируются песчано-торфяной смесью, то есть в микроструктуре порообразующих перегородок пенобетона игольчатые кристаллы (торфа) прошивают поровое пространство, способствуя упрочнению структуры и повышению прочности. Большое влияние на свойства бетона оказывает размер пор [4, 7, 8].
Оптимальная структура пенобетона определена на основании математических моделей предложенных Логиновым Г. И. и Филиным А. П. [5], которая характеризует заполняемость единицы объема
шарообразными телами, позволяя создать поры минимальными по размеру, замкнутыми, с одинаковыми по сечению порообразующими перегородками и равномерной структурой их распределением. Объем пор в пенобетоне, который формируется технологическим путем, определяется по формуле [6]:
^ = [ 1 - Рср • (0,34 + В/Т)]/1,1,
где рср - средняя плотность пенобетона,
кг/л; В/Т - отношение объема воды затворения к массе твердых веществ, т.е. к массе портландцемента.
На анализаторе пористости «Porosimeter 2000» методом ртутной порометрии была экспериментально определена пористость
Компоненты смеси Содержание компонентов, % по массе
ЦЕМ II /А-Ш 42,5Н
Портландцемент 87,10
Песок : торф -85:15% 10
Пенообразовате ль 2,37
В/Т (В/Ц) 0,53
пенобетонных образцов. Общий объем пор в порообразующих перегородках пенобетонных образцах составил: 0,038 см3/г при диаметре 60,7 нм (рисунок 2). Общий объем пор в пенобнтонных образцах составил: 0,748 см3/г при диаметре пор от 0,051-10-3 до 0,01-10-3 м.
Рентгеновским дифрактометром "Bruker D8 ADVANCE" был определен минеральный состав пенобетонных образцов: минералы CaCO3; Ca(OH)2; Ca2SiO4; SiO2; 3CaOSiO2. Наличие продуктов гидратации установлено по пикам с d, -10-10 = 4,92; 2,63; 2,45; 1,48; 1,45; 9,8; [Ca(OH)2 и Ca2SiO4xH2O] и d ,-10-10 = 3,87; 3,04; 2,05; 1,92 [CaCO3]. Содержание Ca2SiO4 устанавливается по линиям d, -10-10 = 2,77; 2,18; 1,97.
На термограмме образца цементного камня (дифференциальном термическим анализаторе DTG-60, SHIMADZU) симметричность пиков однородна на всех участках кривых DSC и DTG. Интегральная общая потеря массы при нагреве составляет
4,33 %. Наличие эндотермических эффектов в интервале температур 430-475 0С отвечает дегидратации а - гидрата С^ , при
температурах 560 - 683 суммарный эффект гидросиликатов кальция группы, способствующих
С характеризует дегидратации тоберморитовой уплотнению и
упрочнению готового цементного камня (рисунок 3).
На термограмме образца пенобетона симметричность пиков однородна на всех участках кривых DSC и DTG, что характеризует однородность состава образца. Интегральная общая потеря массы составляет 10,65 % (рисунок 4).
Получены физико-технические свойства пенобетона: марка бетона по средней плотности - D400; средняя теплопроводность Япен, 0,113 Вт/(м-К); паропроницаемость, 0,17 кг/(м ч Па); сорбционная влажность не более -7-9 %, при относительной влажности 75 %.
Рис. 2. Микроструктура порообразующей перегородки (цементый камень)
TG /%
DTG /(%/min) DSC /(mW/mg)
t
0.20 0.00
0.15 -0.05
0.10 -0.10
0.05 -0.15
0.00 -0.20
-0.05 -0.25
-0.10
-0.15 -0.30
100
200
300
400
500 600 700 Temperature /°C
800
900
Рис. 3. Термограмма цементного камня
DTG /(%/min)
TG /% DTA /(uV/mg)
100 200 300 400 500 600 700 800 Temperature l"C
Main гоо^оз-го 10:45 User: ЦКП
Instrument: NETZSCH STA 449 С File: C:\ngbwin\ta\data5\Penobeton.dsu
Segments: 1/1
Identity : Correction file : Crucible : DTA/TG crucible A1203
Date/time : 20.03.2008 9:20:24 Temp.Cal.fSens. File : Tcalzero.tcx / Senszero exx Atmosphere : —1— / —/— / Ar (15ml/min)/—
Laboratory: LAFHMI Range: 25.0/10.0(К/мин)/800.0 TG corrJm. range : 020/5000 mg
Sample car./TC : DTA(fTG) HIGH RG 4 / S DSC corr.'m. range : 020/5000 pV
Sample: Penobetofi. 75.400 mg Mode/type of meas. DTA-TG / Sample + Correction
Рис. 4. Термограмма пенобетона
Заключение
Анализ полученных результатов показал, что доля суммарного объема пор в цементном камне (из цементно-песчано-торфяной смеси) от общего объема пор пенобетона составляет менее 0,4 % и меняется за счет гидратации цемента. Прочность порообразующих перегородок достигается за счет микроармирования песчано-торфяной смеси.
Технология изготовления пенобетона позволяет создать оптимальную структуру пор с минимальными по размеру d = 0,051 -10-3 м, замкнутыми и примерно одинаковыми по сечению порообразующими перегородками, при средней плотности пенобетона р = 500 кг/м3 и общей пористости пенобетонных образцов - 73-75 %.
Библиографический список
1. Косач, А. Ф. Технология и производство ячеистых бетонов на основе отходов кварца/ А. Ф.Косач, И. Н. Кузнецова, С. В. Данилов, Н. А. Гутарева // Вестник СибАДИ. - 2013. - № 3. - С. 82 - 87.
2. Сартаков, М. П. Применение гуминовых кислот органических субстратов в строительном производстве и их физико-химические характеристики на примере гуминовых кислот торфов Обь-Иртышского междуречья / М. П. Сартаков, А. Ф. Косач, Ю. В. Березкина, Н. А. Гутарева, М. Н. Ванькова // Вестник БГТУ им. В.Г. Шухова. - 2011. - № 2. - С. 56-61.
3. Жуков, С. В. Проблема применения золошлаковых отходов в промышленности / С. В. Жуков, М. А. Ращупкина, И. Н. Кузнецова // Проблемы энергосбережения в промышленном и жилищно-коммунальном комплексах: сборник статей Международной научно-технической конференции. -Пенза: Приволжский Дом знаний, 2012. - С. 73 - 76.
4. Шапошников, Н. Использование принципа автомодальности в технологии производства поризованных композиционных материалов / Н. Шапошников, А. Акимов, А. Елецких // Buletinul Institutului de Cercetari §tiintifice in Constructii al MDRC. - 2012. - N.1, Vol. 2. - С. 44-49.
5. Меркин, А. П. Формирование макроструктуры ячеистых бетонов / А. П. Меркин, А. П. Филин, Д. Г. Земцов // Строительные материалы. - 1963. - № 12 - С. 10 - 12.
6. .Дерябин, П. П. Технология строительных изделий из ячеистых бетонов: учеб. Пособие / П. П. Дерябин, В. Ф.Завадский, А. Ф.косач, В. А. Попов. -Омск: Изд-во СибАДИ, 2004. - 108 с.
7. Королев, А. С. Управление водонепроницаемостью цементных композитов путем напровленного уплотнения гидратной структуры цементного камня: монография / А. С. Королев. - Челябинск: Изд-во ЮРГГУ, 2008. - 148 с.
8. Гусев, Б. В. Прочность полидисперсного композиционного материала, типа цементного бетона и особенностей напряженно-деформированного состояния такого материала при действии сжимающих нагрузок / Б. В. Гусев. -М.: ЦИСН, 2003. - 37 с.
TECHNOLOGY OF FOAMED CONCRETE ON THE BASIS OF PEAT
I. N. Kuznetsova, M. A. Raschupkina, S.V. Zhukov
Abstract. The article presents the ascertained peculiarities of technology of foamed concrete's production, technological scheme of preparation mortar mix for producing foamed concrete and new technology of producing foamed concretes on a cement - sand - peat mix and foamer. Physical and technical properties of foamed concrete are justified and research results of foamed concrete's samples are presented. There is offered an optimum material consumption for foamed concrete mix. The received results promote improvement of operational and physicomechanical characteristics of foamed concrete.
Keywords: foamed concrete, peat, poreformation, structure, microreinforcing, porosity.
References
1. Kosach A. F., Kuznetsova I. N., Danilov S. V., Gutareva N. A. Technology and production of cellular concretes on the basis of quartz waste. Vestnik SibADI, 2013, no 3, pp. 82-87.
2. Sartakov M. P., Kosach A. F., Berezkina Y. V., Gutareva N. A., Vankova M. N. Primenenie guminovyx kislot organicheskix substratov v stroitelnom proizvodstve i ix fiziko-ximicheskie xarakteristiki na primere guminovyx kislot torfov ob-irtyshskogo mezhdurechy [Use of humic acids of organic substrates in construction production and their physical and chemical characteristics on the example of peats' humic acids of Ob-Irtysh interfluve]. Vestnik BGTU of V. G. Shukhov, 2011, no 2, pp. 56-61.
3. Zhukov S.V., Rashchupkina M.A., Kuznetsova I.N. The problem of using bottom ash waste in the industry. Problemy energosberezheniya v promyshlennom i zhilishhno-kommunalnom kompleksax: sbornik statej mezhdunarodnoj nauchno-texnicheskoj konferencii. Penza, 2012, pp. 73-76.
4. Shaposhnikov N., Akimov A., Eletskih A. [Use of the automodality principle in the technology of producing porous composite materials]. Buletinul Institutului de Cercetari §tiintifice in Constructii al MDRC, no. 1, Vol. 2, 2012, pp. 44-49.
5. Merkin A.P., Filin A.P., Zemtsov D. G. Formirovanie makrostruktury yacheistyx betonov [Formation of a macrostructure of cellular concretes]. Stroitelnye materially, 1963, no 12, pp. 10-12.
6. Deryabin P. P. Zavadskij V. F., Kosach A. F., Popov V. A Texnologiya stroitelnyx izdelij iz yacheistyx betonov:
ucheb. posobie [Technology of construction products of cellular concretes ].Omsk. SibADI, 2004, 108 p.
7. Korolev A. S.Upravlenie vodonepronicaemostyu cementnyx kompozitov putem naprovlennogo uplotneniya gidratnoj struktury cementnogo kamnya [Control of cement composites' waterproofness by the directed consolidation of a cement stone's hydrate structure]. Chelyabinsk, 2008, 148 p.
8. Gusev B. V. Prochnost polidispersnogo kompozicionnogo materiala, tipa cementnogo betona i osobennostej napryazhenno-deformirovannogo sostoyaniya takogo materiala pri dejstvii szhimayushhix nagruzok [Sturdiness of polydisperse composite material, kind of cement concrete and peculiarities of strained and deformed condition of such material under impact of compressive loads]. Moscow, 2003, 39 p.
Кузнецова Ирина Николаевна (Россия, г. Омск)
- кандидат технических наук, доцент кафедры «Строительные конструкции» Сибирской государственной автомобильно-дорожной академии (СибАДИ). (644080, Россия, г. Омск, пр. Мира 5, e-mail: inkuznecovа@mail.ru)
Ращупкина Марина Алексеевна (Россия, г. Омск) - кандидат технических наук, доцент кафедры «Строительные материалы и специальные технологии» Сибирской
государственной автомобильно-дорожной
академии (СибАДИ). (644080, Россия, г. Омск, пр. Мира 5, e-mail: [email protected])
Жуков Сергей Владимирович (Россия, г. Омск)
- начальник отдела капитального строительства ООО «Капитал-Строй». (644080, г. Омск, 1-я Затонская, 1/1)
Kuznetsova I. N. (Russian Federation, Omsk) -Candidate of Technical Sciences, the associate professor The Siberian state automobile and road academy (644080, Omsk, Mira Ave. 5, e-mail: inkuznecovа@mail. ru)
Raschupkina M. A. (Russian Federation, Omsk) -Candidate of Technical Sciences, the associate professor The Siberian state automobile and road academy (644080, Omsk, Mira Ave. 5, e - mail: manana2003@yandex. ru)
Zhukov S. V. (Russian Federation, Omsk) - Head of Capital Construction, LLC "Capital Structure". (644080, Omsk, 1st Zatonskaya, 1.1)
