ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ На правах рукописи

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ
ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ
«Кабардино-Балкарский государственный университет
им. Х.М. Бербекова»
На правах рукописи
Жуков Азамат Заурбекович
ЖАРОСТОЙКИЕ И ОГНЕЗАЩИТНЫЕ ФИБРОАРМИРОВАННЫЕ
КОМПОЗИТЫ С ПРИМЕНЕНИЕМ ВУЛКАНИЧЕСКИХ ГОРНЫХ ПОРОД
Специальность 05.23.05 – Строительные материалы и изделия
Диссертация на соискание ученой степени
кандидата технических наук
Научный руководитель
д.т.н., профессор,
советник РААСН
Т.А. Хежев
Нальчик – 2015
ОГЛАВЛЕНИЕ
стр.
ВВЕДЕНИЕ………………………………………………………………….…..…..4
Глава 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА, ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ
ИССЛЕДОВАНИЯ………………………………………………………………..10
1.1. Легкие жаростойкие бетоны на портландцементе, пути расширения
области эффективного применения……………………………………………10
1.2. Огнестойкость строительных конструкций
и способы ее повышения..............................................................................25
1.3. Выбор вида волокна для армирования жаростойких и
огнезащитных цементных композитов …………………………………....35
Выводы по первой главе …………….…….………………………………..…44
Глава 2. ХАРАКТЕРИСТИКА ИСПОЛЬЗУЕМЫХ МАТЕРИАЛОВ
И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ…………………….………………………46
2.1. Характеристика используемых материалов………………………………46
2.2. Методика исследования…………………………………….………….…..49
Глава 3. РАЗРАБОТКА ЖАРОСТОЙКИХ ЦЕМЕНТНЫХ КОМПОЗИТОВ
С ПРИМЕНЕНИЕМ ВУЛКАНИЧЕСКИХ ГОРНЫХ ПОРОД…………….52
3.1. Влияние соотношения компонентов на свойства матрицы
с применением вулканических горных пород ……………..……………..52
3.2. Влияние параметров армирования на свойства
жаростойкого композита с применением вулканической пемзы …….….59
3.3. Влияние соотношения компонентов на свойства жаростойкого
фибровермикулитобетонного композита с применением вулканических
горных пород ………………………………………………………..………66
Выводы по третьей главе ………………………………………………………73
2
Глава 4. РАЗРАБОТКА ОГНЕЗАЩИТНЫХ ЦЕМЕНТНЫХ
ФИБРОВЕРМИКУЛИТОБЕТОННЫХ КОМПОЗИТОВ С
ПРИМЕНЕНИЕМ ВУЛКАНИЧЕСКИХ ГОРНЫХ ПОРОД………….…….75
4.1. Влияние соотношения компонентов на свойства
фибровермикулитобетонного огнезащитного композита
с применением вулканических горных пород ….……………………..…..75
4.2. Экспериментально-теоретическое исследование огнезащитных
свойств фибровермикулитобетонных композитов с применением
вулканических горных пород ….…………………………………….….…81
4.3. Приготовление смеси и формование изделий из
фибровермикулитобетонного композита с применением
вулканических горных пород …………………………………………....…91
Выводы по четвертой главе ……………………………………………….......97
Глава 5. ПРОИЗВОДСТВЕННОЕ ВНЕДРЕНИЕ И ТЕХНИКОЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ…..…………………………………..99
5.1. Производство и исследование свойств огнезащитных
плит из фибровермикулитобетонного композита…………..………..……99
5.2. Технико-экономическая эффективность использования
огнезащитных фибровермикулитобетонных композитов ……………...102
Выводы по пятой главе ……...………………………………………….…...106
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ……………………………………….…………………….107
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ…………………………110
ПРИЛОЖЕНИЯ………………………………………………………………....126
3
ВВЕДЕНИЕ
Одним из способов снижения себестоимости строительства является правильный подход к выбору строительных материалов, изделий и конструкций.
Легкие жаростойкие конструкционные и теплоизоляционные бетоны на портландцементе все больше применяют в одно- или многослойных конструкциях,
обеспечивающие экономию материалов и технологического топлива, эффективную защиту строительных конструкций и технологического оборудования
от вредного воздействия высоких температур. Керамзит, аглопорит, вспученные перлит и вермикулит, фосфорит являются основными заполнителями легких жаростойких бетонов. Молотые шамот, хромит, глинозем и другие
тонкодисперсные материалы используют в легких жаростойких бетонах в качестве тонкомолотых добавок.
Рост количества пожаров в нашей стране и за рубежом отмечается с каждым годом. Около 10 млн. пожаров происходит ежегодно, в результате погибают более 65 тыс. человек, ранения получают 250 тыс. Материальный ущерб от
пожаров составляют сотни миллиардов рублей.
Обрушение строительных конструкций является главной причиной гибели людей и ущерба от пожаров. Это связано с тем, что в современном строительстве при возведении зданий и сооружений все шире используются
тонкостенные железобетонные конструкции из высокопрочного бетона. Эффективным способом повышения предела огнестойкости строительных конструкций
является
нанесение
теплозащитных
покрытий
с
применением
вспученного вермикулита и перлита [1]. Эффективность их применения для огнезащиты строительных конструкций возрастает при одновременном выполнении теплофизических, акустических и декоративных функций.
Недостатками жаростойких и огнезащитных составов являются высокий
расход портландцемента, относительно высокий коэффициент теплопроводности при высоких температурах и низкая термостойкость.
4
Одним из материалов, являющихся эффективной заменой части портландцемента и заполнителя для жаростойких и огнезащитных составов могут
быть отходы пиления вулканического туфа, вулканический пепел и пемза. Для
устранения вредного влияния вторичной гидратации свободного оксида кальция на характеристики огнезащитных и жаростойких бетонов используют активные минеральные добавки.
За последние десятилетия отмечается рост объемов применения дисперсно-армированных композитов. Фибробетоны имеют более высокую прочность
на растяжение, трещиностойкость, ударостойкость, термостойкость по сравнению с бетонной матрицей, что позволяет расширить области их эффективного
применения.
Таким образом, преодоление многих недостатков жаростойких и огнезащитных бетонов и изделий возможно в результате создания фиброармированных композитов с применением эффективных заполнителей.
Целью
диссертационной
работы
является
развитие
научных
представлений о взаимосвязи структуры и свойств фибро-пемзо-туфо-пеплоцементных
композитов
и
разработка
эффективных
жаростойких
и
огнезащитных материалов на их основе.
Для решения поставленной цели:
- выполнен обзор литературных данных по жаростойким бетонам,
огнестойкости строительных конструкций и способам ее повышения;
- обоснована эффективность применения вулканических горных пород и
дисперсного армирования для получения жаростойких и огнезащитных
композитов;
- разработаны составы жаростойких композитов и исследованы их
свойства в зависимости от соотношения портландцемента, отходов пиления
вулканического туфа, пемзы, пепла и их гранулометрического состава;
- выявлено влияние параметров дисперсного армирования на свойства
фибробетонного жаростойкого композита;
5
- определено
влияния
соотношения
компонентов
на
свойства
жаростойкого вермикулитобетонного композита с применением вулканических
горных пород;
- выявлено
влияние
параметров
армирования
на
свойства
фибровермикулитобетонного жаростойкого композита;
- разработаны
составы
фибровермикулитобетонного
вермикулитобетонного
огнезащитных
композитов
с
и
применением
вулканических горных пород;
- исследованы
огнезащитные
свойства
разработанных
композитов
экспериментальными и расчетными методами;
- выявлено
влияние
технологических
факторов
на
свойства
фибровермикулитобетонного композита с применением вулканических горных
пород;
-
разработан технологический регламент производства огнезащитных
плит из фибровермикулитобетонного композита с применением вулканических
горных пород, проведена промышленная апробация предлагаемых решений в
условиях действующего производства и определена технико-экономическая
эффективность.
Научная новизна диссертационной работы заключается в следующем:
– разработаны сырьевые смеси для изготовления фибробетонного жаростойкого композита на основе вулканического туфа и пемзы с улучшенными
свойствами, обеспечивающие снижение расхода портландцемента на 20–30 %.
Выявлено влияние расхода составляющих, гранулометрического состава вулканического заполнителя, дисперсного армирования на свойства композитов.
– созданы новые эффективные жаростойкие и огнезащитные фибровермикулитобетонные композиты с применением вулканических горных пород.
Получены математические модели прочности композита в зависимости от параметров фибрового армирования, выявлена зависимость характеристик фиброармированного композита от способа приготовления смеси и формования
изделий.
6
– получены выражения коэффициентов теплопроводности и теплоемкости разработанных композитов на основе экспериментально-теоретических исследований их огнезащитных свойств. Выявлена зависимость предела
огнестойкости двухслойных армоцементных элементов от состава и толщины
огнезащитного слоя.
На разработанную огнезащитную фибровермикулитобетонную сырьевую
смесь подана заявка на изобретение.
Достоверность результатов исследований подтверждается экспериментами, проведенными автором с применением поверенного лабораторного оборудования,
использованием
стандартных
и
разработанных
методов
исследований и обработки полученных данных, хорошей сходимостью результатов экспериментальных и теоретических исследований, адекватностью полученных математических моделей.
Личный вклад автора. Автором самостоятельно поставлены цели и задачи, выбраны объекты и методы, разработана программа исследования, проведены, обработаны и проанализированы результаты экспериментов, разработан
технологический регламент на производство фибровермикулитобетонных плит
с применением вулканических горных пород. Промышленная апробация результатов исследований осуществлялась при участии автора.
В работах, выполненных совместно с доктором технических наук, профессором Хежевым Т.А., автор лично проводил экспериментальные и теоретические исследования, и результаты докладывал на научно-технических
конференциях.
Практическая значимость. Разработаны и оптимизированы составы
эффективных жаростойких и огнезащитных композитов с применением вулканических пород, обеспечивающие снижение стоимости изделий и решение задачи утилизации отходов производства.
Разработаны и оптимизированы составы фибробетонных жаростойких
композитов с применением вулканического туфа и пемзы, обладающих улучшенными свойствами, при меньшем расходе цемента.
7
Получены и исследованы составы жаростойких и огнезащитных фибровермикулитобетонных композитов с применением вулканических горных пород, обладающих высокими жаростойкими и огнезащитными свойствами.
Получены выражения коэффициентов теплопроводности и теплоемкости
разработанных композитов для расчета численными методами предела огнестойкости многослойных строительных конструкций.
На изготовление фибровермикулитобетонных плит с применением вулканических горных пород разработан технологический регламент.
Реализация результатов работы. Разработанные фибровермикулитобетонные композиты с применением вулканического пепла и пемзы прошли производственную
апробацию
при
изготовлении
плит
в
ООО
«СТРОЙИНДУСТРИЯ». На изготовление фибровермикулитобетонных плит с
применением вулканических горных пород составлен технологический регламент.
Разработанные составы фибровермикулитобетонных композитов используются для огнезащиты металлических и железобетонных конструкций в ООО
«Огнезащита».
Полученные результаты при выполнении диссертационной работы, используются кафедрой «Строительное производство» ФГБОУ ВПО «Кабардино-Балкарский государственный университет им. Х.М. Бербекова» в учебном
процессе при подготовке бакалавров и магистров направления подготовки
«Строительство».
Апробация работы. Основные результаты выполненных исследований
прошли апробацию на научно-технических конференциях: Всероссийской научно-технической конференции «Качество строительных материалов, изделий
и конструкций» (Махачкала, ДГТУ, 2012); V-й Международной научнотехнической конференции «Наука, техника и технология XXI века» (Нальчик,
КБГУ, 2013); Международной научно-практической конференции «Строительство –
2013» (Ростов-на-Дону, РГСУ, 2013);
Всероссийской научно-
технической конференции «Высокотехнологичные и высокоэффективные тех8
нологии и материалы в современном строительстве» (Махачкала, ДГТУ, 2014);
42-ой научно-практической конференции «Неделя науки» (Санкт-Петербург,
СПбГПУ, 2014); Международной научной конференции молодых ученых, аспирантов и студентов «ПЕРСПЕКТИВА – 2015» (Нальчик, КБГУ, 2015); V-ой
Всероссийской научной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых
«Перспективные инновационные проекты молодых ученых» (Нальчик, КБГУ,
2015).
Публикации. Результаты диссертационной работы опубликованы в 10
печатных изданиях, в том числе 3 статьи опубликованы в изданиях из перечня
ВАК РФ, 1 статья в журнале из перечня скопус.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав с выводами к каждой из них, общих выводов, списка литературы из
145 наименований и приложений. Изложена на 139 страницах, включая 18 рисунков, 40 таблиц.
На защиту выносятся:
– научно обоснованные принципы создания эффективных фиброармированных жаростойких и огнезащитных композитов;
– результаты экспериментально-теоретических исследований и математические модели физико-механических свойств жаростойких и огнезащитных
композитов с применением вулканических горных пород;
– результаты исследования влияния параметров дисперсного армирования на свойства фибробетонных и фибровермикулитобетонных композитов с
применением математического метода планирования эксперимента;
– результаты исследования влияния технологических факторов на физико-механические свойства фибровермикулитобетонного композита с применением вулканических горных пород;
– результаты расчета технико-экономической эффективности и апробации предложенных композитов и технологий в промышленных условиях.
9
Глава 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА, ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ
1.1. Легкие жаростойкие бетоны на портландцементе, пути расширения
области эффективного применения
В ЦНИИПС в 1933-34 г.г. впервые были начаты исследования по разработке жаростойких бетонов. Позже в НИИЖБ и в других институтах были продолжены дальнейшие исследования в этом направлении.
В результате были разработаны различные виды жаростойких бетонов,
исследованы их характеристики, созданы технологии их изготовления. Большой вклад в исследования жаростойких бетонов и разработку нормативной базы для их применения в строительстве внесли Абызов А.Н., Альтшуллер Б.А.,
Горлов Ю.П., Жданова Н.П., Жуков В.В., Масленникова М.Г., Мельников Ф.И.,
Милованов А.Ф., Мурашев В.И., Некрасов К.Д., Самойленко В.Н., Тарасова
А.П. и др.
Для создания жаростойких бетонов были проведены большие исследования, направленные на изучение физико-химических процессов в жаростойких
бетонах, происходящих при нагреве, выявлена возможность их использования в
диапазоне температур – 300 – 1800 оС. Разработаны жаростойкие бетоны для
изготовления тепловых агрегатов.
В строительстве нашли широкое применение жаростойкие бетоны на основе портландцемента, наиболее дешевого и широко распространенного вида
вяжущего.
Портландцементный камень без введения тонкомолотой добавки не является стойким при воздействии повышенных температур. При нагреве выше
500 оС и охлаждения из-за вторичной гидратации оксида кальция происходит
разрушение портландцементного камня. Введение тонкомолотой добавки с содержанием необходимого количества SiO2 и Al2O3 придает жаростойкие свойства цементному камню. Если тонкомолотая добавка обладает пуццолановыми
свойствами, то в цементном камне в условиях нормального твердения образу10
ются гидросиликаты и гидроалюминаты кальция в результате связывания гидрооксида кальция [2].
Жаростойкие свойства цементного камня и бетона зависят от количества
и вида вводимой тонкомолотой добавки. С повышением количества добавки
начальная прочность портландцементного камня уменьшается, но увеличиваются прочностные характеристики при сушке.
В работе [2] для выявления наиболее эффективных тонкомолотых добавок были исследованы зола-унос, цемянка, тонкомолотые керамзит и бой диатомового кирпича.
Тонкомолотые добавки вводили в количестве 30, 50 и 70 % от массы цемента, а тонкомолотый кирпич – 15 и 25 %.
По данным [2] после нагревания при 600 и 800 оС прочность портландцементного камня с цемянкой и тонкомолотым керамзитом уменьшается примерно одинаково и не в большей степени чем для портландцементного камня с
тонкомолотым шамотом. Прочность портландцементного камня с золой уносом
и диатомом как исходная, так и после нагревания при 600 и 800 оС существенно
меньше чем с шамотом и тонкомолотым керамзитом.
Многими учеными исследовались температурные деформации портландцементного камня при нагревании. Выявлено, что при первом нагревании цементного камня происходит расширение при определенной температуре, а
затем сокращение при дальнейшем нагревании, превышающее по своим значениям первоначальное расширение.
Авторами были определены линейные температурные деформации составов цементного камня с вышеприведенными тонкомолотыми добавками. Эксперименты показали, что тонкомолотый шамот, керамзит и цемянка примерно в
одинаковой степени уменьшают усадку цементного камня при первом нагревании и тем в большей степени, чем в большем количестве введена добавка. Составы с золой-уносом показывают значительную усадку при первом
нагревании, приближающуюся к усадке цементного камня без микронаполни-
11
теля, а усадка состава с тонкомолотым боем диатомового кирпича даже превышает усадку цементного камня.
Следовательно, тонкомолотый диатом, как и зола-унос, не выполняют
одного из основных назначений микронаполнителя – снижать усадку цементного камня.
При повторном нагревании цементного камня с указанными микронаполнителями происходит лишь его расширение, сокращения не наблюдается.
Температурные коэффициенты расширения при повторном нагревании
цементного камня с тонкомолотым керамзитом, шамотом и золой-уносом почти
одинаковы, с цемянкой – несколько выше.
С увеличением количества вышеперечисленных добавок (за исключением
диатома) в цементном камне температурные коэффициенты расширения его
уменьшаются, т.е. в некоторой степени приближаются к аналогичным коэффициентам некоторых заполнителей, как, например, шамота, керамзита, диабаза,
доменного шлака.
Интенсивность связывания свободного оксида кальция цемента вышеперечисленными добавками примерна одинакова.
И.Л. Майзелем и М.Ф. Сухаревым [3] проведены исследования и установлена возможность применения тонкомолотого перлита в качестве микронаполнителя. По полученным результатам исследований можно сделать вывод,
что тонкомолотый перлит целесообразно применять в качестве микронаполнителя в жаростойком перлитобетоне, температура службы которого до 500 оС.
В цементном камне с тонкомолотой добавкой из гранулированного доменного шлака [4] при нагреве до 100 оС свободной СаО оказалось меньше, чем
в образцах цементного камня с другими добавками, так как значительная часть
окиси кальция связывается уже при твердении. При температуре 600 оС содержание свободного оксида кальция резко возрастает. В результате удаления воды при повышенной температуре эта связь нарушается и оксид кальция
оказывается несвязанной. Нагревание до 800 оС резко снижает содержание СаО
в цементном камне. Возможно, это обусловлено повышенной активностью гра12
нулированного шлака в пластично-вязком состоянии в интервале 700–800 оС;
при температуре выше 800 оС связывание свободного оксида кальция проходит
менее активно, чем в образцах с шамотом.
Образец, нагретый до 800 оС, менее прочен по сравнению с образцом, не
подвергшимся нагреванию.
Образец, нагретый до 1000 оС, по своей структуре сходен с предыдущим.
Наблюдается дальнейшее развитие кристаллизации шлакового стекла. Нагревание до 1200–1250 оС ведет к спеканию образца.
Для обеспечения жароупорных свойств портландцемента рекомендуются
следующие материалы: шамот, керамзит, зола-унос, обыкновенный глиняный
кирпич, пемза, доменный гранулированный шлак, горелые породы, андезит, базальт, диабаз, хромит и другие [4].
Добавки также снижают усадку и повышают трещиностойкость бетона.
Нельзя использовать добавки, дающие значительную усадку и изменяющие
структуру в процессе нагревания. Эффективно использование алюминатных
цементов, тонкодисперсного кремнезема, отходов асбестодобывающей промышленности в жаростойком бетоне на портландцементе.
Жаростойкие бетоны с температурой применения 600-1100ºС можно получать на портландцементе с различными добавками. При добавлении тонкодисперсного кремнезема [5] можно повысить температуру применения до 12001300 ºС, а тонкомолотой силикат-глыбы – до 1300-1400 ºС.
Применение шлакопортландцемента по [6] нежелательно из-за большего
объема свободного оксида кальция, приводящий к разрушению цементного
камня при нагреве.
Таким образом, свойства и стоимость жаростойкого бетона на портландцементе существенно будет зависеть от вида и количества тонкомолотой
добавки.
В качестве заполнителей в жаростойких бетонах используют обожженные и необожженные естественные породы, искусственно полученные заполнители, а также отходы промышленных производств [7].
13
Лучшими заполнителями для легких бетонов являются заполнители,
имеющие наибольшую прочность при наименьшей насыпной плотности, повышенную стойкость, не содержащие вредных для вяжущих и арматуры примесей, технология изготовления которых обеспечивает возможность придать
этим заполнителям оптимальные свойства [2].
К заполнителям, применяемых в легких жаростойких бетонах, предъявляются дополнительные требования по термостойкости, огнеупорности и температурным коэффициентам линейного расширения. Заполнители должны
удовлетворять требованиям ГОСТ 20910–90. Бетоны жаростойкие. Технические
условия.
Для жаростойких бетонов желательно иметь заполнитель с наименьшим и
наиболее равномерным в определенном температурном интервале температурным коэффициентом расширения. Повышенное расширение заполнителя вызывает большие внутренние напряжения и повреждения структуры бетона при
первом нагреве, а также нарушения сцепления между цементным камнем и заполнителем.
Кроме того, высокий температурный коэффициент расширения заполнителя может привести к низкой термостойкости бетона, так как его температурный коэффициент расширения, который, как известно, обусловливается в
основном коэффициентом линейного расширения. А увеличение температурного коэффициента расширения бетона приводит к снижению его термостойкости.
Термостойкость бетона определяется также термостойкостью заполнителя, вследствие чего к заполнителям предъявляются также высокие требования и
по термостойкости.
Наибольшее применение как в обычных легких бетонах, так и в жаростойких бетонах на искусственных пористых заполнителях получил керамзит,
отличительной положительной особенностью которого является его относительно высокая прочность при малой средней плотности и невысоком водопоглощении.
14
Г.М. Малышевым проведен анализ основных свойств керамзита, выпускаемого на различных заводах Нижнего Поволжья, и установлена возможность
использования его для получения жаростойкого керамзитобетона.
В НИИКерамзите М.К. Кабановой под руководством В.В. Еременко проведена работа по определению термических характеристик керамзита, выпускаемого предприятиями разных районов страны из сырья 20 месторождений.
Полученные данные показали, что огнеупорность рядового керамзита в зависимости от химико-минералогического состава исходных глин колеблется в основном в интервале 1200–1250 оС, в редких случаях превышая 1300 оС.
Жаропрочность (температурная деформация под нагрузкой 0,1 МПа) изменяется от 730 до 900 оС.
Термостойкость для большинства видов керамзита составляет 9–30 теплосмен при нагревании до 800 оС и охлаждении в воде, что соответствует алюмосиликатным и магнезиальным огнеупорам с хорошей термостойкостью.
М.К. Кабановой выполнены большие исследования [8] по получению
термостойкого керамзита, специально предназначенного для использования его
в жаростойких бетонах. При этом установлено, что достичь этого возможно путем направленного регулирования фазового состава заполнителя за счет введения специальных добавок в шихту и использования соответствующих
технологических приемов.
Весьма целесообразно применять в качестве заполнителя в легких жаростойких бетонах вспученный вермикулит [9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16], отличительной особенностью которого являются низкая насыпная плотность (70–200
кг/м3) и высокая температуростойкость. Огнеупорность вермикулита различных месторождений составляет 1270–1430 оС. Коэффициент теплопроводности
вспученного вермикулита фракций 0–10 мм при насыпной плотности 100–200
кг/м3 равен 0,03–0,05 Вт/(м·оС).
Наша страна по запасам вермикулита занимает одно из первых мест в мире. Разведано более 25 месторождений.
15
В жаростойких бетонах широко применяется вспученный перлит, представляющий собой зерна белого или серого цвета с замкнутыми воздушными
порами [17, 18, 19].
Перлиты разных месторождений обладают различными свойствами. Коэффициенты их вспучивания колеблется от 3 до 15, температура вспучивания –
от 960 до 1250 оС. Огнеупорность перлитов составляет 1190–1250 оС [20].
Заполнителем для легких жаростойких бетонов может быть также аглопорит, являющийся местным дешевым материалом, прошедшим термическую
обработку. Аглопорит получают из глинистых пород спеканием на агломерационных решетках.
Для получения жаростойкого аглопоритобетона более целесообразно выпускать специальный вид аглопорита с минимальным содержанием плавней,
что повысит температуру применения бетона на его основе.
Аглопорит также получают из углесодержащих побочных продуктов
промышленности – отходов углеобогатительных фабрик и золы-уноса тепловых электростанций.
Огнеупорность аглопорита колеблется в зависимости от содержания окиси железа. При содержании Fе2О3 0,8 % огнеупорность заполнителя составляет
1710–1730 оС, при содержании 5,6 и 9,6 % снижается соответственно до 1580 и
1300 оС [2].
Огнеупорный аглопорит обладает высокой термостойкостью. После 25
циклов попеременного нагревания средней пробы заполнителя до 800 оС и последующего охлаждения до 20 о С в воздушной среде (в струе холодного воздуха) разрушения огнеупорного аглопорита не наблюдалось.
Для изготовления легких жаростойких бетонов применяется шлаковая
пемза (термозит) в виде щебня и песка, получаемых искусственным вспучиванием (вспениванием) расплавов металлургических шлаков с последующим
дроблением глыб и рассевом продукта дробления на фракции.
16
По химическому составу шлаковая пемза может быть применена в жаростойком бетоне, однако ее недостатком является повышенный температурный
коэффициент расширения.
Шлаковая пемза в отличие от керамзита и аглопорита имеет малую термостойкость, что, безусловно, отразится на термостойкости бетона на ее основе. Отдельные куски шлаковой пемзы покрываются трещинами и разрушаются
после 15 воздушных теплосмен при температуре 700 –800 оС.
Таким образом, наряду с использованием для производства легких жаростойких бетонов искусственных пористых заполнителей, получаемых из природного сырья, намечается тенденция к использованию легких заполнителей,
изготавливаемых из отходов промышленности [21, 22, 23].
В НИИЖБе и других научно-исследовательских институтах созданы легкие жаростойкие бетоны на портландцементе с использованием вспученного
вермикулита и перлита, керамзита, шлаковой пемзы, трепельного гравия, аглопорита, заполнителей из отходов промышленного производства, природных
пористых заполнителей и т.д.
Для получения керамзитобетона плотностью 800–850 кг/м3 рекомендуется вместо керамзитового песка использовать вспученный вермикулит плотностью 100–150 кг/м3 .
В УралНИИСтромпроекте разработана технология цементновермикулитовых плит, изготовленных из вспученного вермикулита фракций 0,6-5 мм на
портландцементе марки 500 путем прессования и последующей сушки в течение 5 ч при температуре 110 оС и в течение 11 ч при 250 оС. Плиты предназначают
для
теплоизоляции
тепловых
агрегатов,
эксплуатируемых
при
температуре не выше 1000 оС.
Плиты выпускаются размером 500х500 мм при толщине 100 мм. Свойства
этих плит следующие: средняя плотность 300–500 кг/м3, предел прочности при
сжатии 0,5–1,3 МПа, при изгибе – 0,3–0,35 МПа, коэффициент теплопроводности при 20 оС – 0,08–0,12 Вт/(м·оС), огнеупорность1200 оС.
17
Во ВНИПИ Теплопроекте М.Ф.Сухаревым и И.Л. Майзелем [17], а также
в НИИЖБе [24] были подобраны составы и изучены основные свойства жаростойкого перлитобетона с использованием перлита различных месторождений.
Исследовалась также возможность сочетания перлита с керамзитовым гравием.
С.А. Эпштейном [25] были проведены исследования основных физикомеханических свойств жаростойкого шлакопемзобетона марки 150 с тонкомолотыми шлаковой пемзой и доменным гранулированным шлаком в качестве
микронаполнителей.
Под руководством А.Б. Мириева разработаны составы поризованных легких жаростойких бетонов на пористых заполнителях: керамзите и гянджапорите.
Тонкомолотой
добавкой
для
придания
жаростойких
свойств
портландцементному камню служил тонкоизмельченный вулканический пепел
Джебраильского месторождения огнеупорностью 1280 оС, одновременно являющийся активной минеральной добавкой.
И.М. Мириевым и Л.Г. Гусейновой разработан оптимальный состав шихты для получения легких огнеупорных заполнителей из слабовспучивающихся
вулканических пеплов методом агломерации и проведено комплексное исследование их свойств [26].
Физико-механические свойства полученного заполнителя следующие: насыпная плотность 450-650 кг/м3, прочность при сдавливании в цилиндре 1,2-2,2
МПа, огнеупорность 1350 оС, термостойкость высокая (более 45 водных теплосмен), температурный коэффициент расширения (2.5–5,4)·10-6·оС-1.
Достаточная огнеупорность, низкий температурный коэффициент расширения, хорошая термостойкость полученного заполнителя обусловливают надежность работы в жаростойком бетоне.
В целях улучшения реологических свойств бетонных смесей – их удобоукладываемости, связности массы, предотвращения водоотделения, улучшения
тиксотропных свойств, а также обеспечения эффективной структуры готового
бетона, в процессе исследования бетонов и их составов вводили различные пластифицирующие и воздухововлекающие добавки.
18
Легкие жаростойкие бетоны на пористых заполнителях изготавливаются
по технологии обычных легких бетонов. Сначала перемешивают тонкомолотую
добавку с портландцементом, затем после приготовления смеси добавляют легкий заполнитель и повторно перемешивают в бетоносмесителе принудительного
действия
до
получения
однородной
массы.
Формование
изделий
осуществляется литьевым и вибрационным способами.
Одним из эффективных технологических приемов по укладке бетонных
смесей следует считать такие способы, как пневмобетонирование, шприцбетонирование и торкретирование.
О.В. Белоусовым [11] под руководством К.Д. Некрасова разработаны составы жаростойких пневмобетонов, определены основные параметры работы
установки при укладке бетонных смесей сжатым воздухом, изучены физикомеханические и огневые характеристики этих бетонов на вермикулите и керамзите с применением математических методов планирования экспериментов.
Средняя плотность бетонов в высушенном состоянии составляет 440–
1300 кг/м3, прочность на сжатие – 1,2–26 МПа, после 800 оС – 0,6-16,3 МПа, огневая усадка – 0,54–2,8 % в зависимости от состава и параметров укладки. Остаточная прочность после 1000 оС – 35–45 %.
В.И. Краюхиным [15] под руководством К.Д. Некрасова изучалось влияние поверхностно-активных добавок, в частности ЦНИПС–1, ГКЖ–10, ССБ,
вводимых в пределах 0,2–0,4 % массы смешанного вяжущего на свойства вермикулитокерамзитобетонной смеси и бетона.
Во ВНИПИ Теплопроекте [16] на основе различных вяжущих, в том числе и на портландцементе, и вермикулита разработаны составы легких жаростойких торкрет-масс, наносимых способом полусухого торкретирования, для
тепловой защиты реакторов нефтехимической промышленности и подобных
аппаратов, эксплуатируемых при температуре от 800 до 1100 оС. В зависимости
от соотношения компонентов и режима торкретирования торкрет-бетоны имеют среднюю плотность в пределах 300–900 кг/м3, коэффициент теплопроводно-
19
сти 0,7–0,17 Вт/(м·оС), предел прочности при сжатии 0,3–2,5 МПа, при изгибе –
0,2–1,5 МПа.
Одним из эффективных способов улучшения физико-механических
свойств легких жаростойких бетонов является дисперсное армирование волокнами [27].
Для формирования пористой структуры жаростойких бетонов используются легкие пористые заполнители. Меняя соотношение между составляющими бетона, авторы разработали легкие жаростойкие бетоны плотностью 400–
1500 кг/м3 с прочностью при сжатии 1,5–30 МПа.
Такие бетоны требуют использования в составах материалов, имеющих
близкие коэффициенты термического расширения. Неоднородность структуры
бетона из-за наличия участков с повышенной плотностью и теплопроводностью
цементного камня существенно уменьшают теплоизолирующую способность и
долговечность жаростойких бетонов.
Одним из направлений формирования пористой структуры легких жаростойких бетонов является применение пено- и газообразователей. Жаростойкие
пено- и газобетоны со средней плотностью 400-1800 кг/м3 с применением высокоогнеупорных материалов можно эксплуатировать при температурах до
1300–1800 оС.
Жаростойкий газобетон на портландцементе разработан К.Д. Некрасовым, С.К. Лисиенко, М.Я. Кривицким [28]. Для придания газобетону жароупорных свойств в портландцемент вводят различные тонкомолотые добавки:
шамот, гранулированный доменный шлак, золу-унос и керамзит.
Разработаны жаростойкие пенобетоны на портландцементе с применением тонкомолотого шамота с температурой применения до 1200 оС. В области
температур 800–900 оС они имеют повышенную усадку и резкое снижение
прочности.
Многочисленные исследования показали, что свойства ячеистого бетона
могут быть улучшены за счет оптимизации состава исходной матрицы, исполь-
20
зованием эффективной технологии и дисперсного армирования фибрами [29,
30, 31, 32].
Одним из главных направлений обеспечения высокого качества жаростойких бетонов является применение сухих бетонных смесей заводского изготовления, упакованных в полиэтиленовые или крафт-мешки. Эти смеси состоят
из цемента, добавки и заполнителя. Подбор их состава, проверку качества компонентов, дозирование, перемешивание и упаковку осуществляют на специализированных заводах. Приготовление жаростойкого бетона из таких смесей
значительно упрощается: на месте производства строительных работ остается
только добавить воду, перемешать бетонную смесь и уложить ее.
Таким образом, свойства и качества жаростойких материалов определяются рядом физико-механических и термических показателей: прочностью при
нормальной и высокой температурах, сопротивлением истиранию, термической
устойчивостью, теплопроводностью, температурными деформациями при нагревании и т.п.
Помимо искусственных заполнителей в легких жаростойких бетонах могут использоваться естественные пористые заполнители в тех регионах, где они
являются местными материалами. К ним относятся вулканические горные породы.
Большие запасы горных пород (туфы, известняки, ракушечники) и рыхлых пород вулканического происхождения (пеплы, пемзы, шлаки и др.) имеются на территории РФ [33]. Вулканические горные породы располагаются на
Северном Кавказе, Камчатке, Дальнем Востоке, Сахалине, Бурятии и др. [34,
35].
Введение пемзы способствует получению высококачественного бетона,
так как она обычно не содержит вредных примесей, а имеющиеся в ней поры
сообщают изделию высокие теплоизоляционные свойства. Однако применение
пемзы как заполнителя целесообразно лишь в районах, расположенных вблизи
разработок пемзы. Средняя плотность пемзы колеблется от 300 до 800 кг/м3, а
коэффициент теплопроводности – от 0,12 до 0,2 Вт/м·К.
21
При введении вулканических туфов получают бетон с более высокой
средней плотностью, чем при пемзовом заполнителе.
Большие запасы нерудных материалов имеются в Кабардино-Балкарии.
Запасы вулканических горных пород Кабардино-Балкарии могут обеспечить
потребности Северо-Кавказского и Южного Федерального округов [34, 36].
Строительные свойства туфов зависят от размеров и конфигурации пор,
они отличаются по своим физико-механическим характеристикам, цвету,
внешнему виду, структуре и текстуре. Прочность туфов изменяется в пределах
от 3,5 до 60 МПа. Туф Заюковского месторождения имеет максимальную прочность (гора Хора-Хора). Водопоглощение туфов колеблется от 8 до 33,8 % по
массе. Различные физико-химические условия спекания туфов оказали существенное влияние на их свойства [37].
Месторождения туфов Кабардино-Балкарии начали изучать в начале ХХ
столетия. Первые исследования и описания вулканогенных образований были
выполнены В.П. Ренгартером. Дальнейшее изучение вулканических массивов,
их строения, условий залегания и генезиса выполнены Масуренковым и Афанасьевым.
Химический состав вулканических туфов приведен в табл. 1.1.
Таблица 1.1
Химический состав вулканических туфов
Содержание основных компонентов в по массе, %
Наименования
месторождений SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO MnO TiO Na2O+ SO3 п.п.п.
+K2O
Каменское
74,44 7,69 1,37 1,16 1,81 0,1
Заюковское
73,1 13,75 1,75 1,65 1,12
Лечинкайское 64,35 12,23 1,27 2,6
1,2
0
0,1
0
5,56 0,2 1,60
0,23 3,87 0,12 2,0
0
0,4
0
7,3
В республике имеются крупные месторождения пемзы, пемзовых песков,
пумицитов, пепла, пеплопемзовой смеси [36].
22
Пепел и пеплопемза Кенженского месторождения имеют насыпную плотность 886–1080 кг/м3.
Пумицит – природный пемзовый песок и пепел с размерами частиц от десятых и сотых долей миллиметра до 1–5 мм. Пумицит при истинной плотности
породы 2,41–2,53 г/см3 имеет насыпную плотность 1140–1870 кг/м3.
Насыпная плотность пемзовых смесей месторождений Псыхурейское,
Гижгитское, Былымское составляет 600–650 кг/м3.
В таблице 1.2 представлен химический состав вулканических горных пород месторождений Кабардино-Балкарской республики.
Таблица 1.2
Химический состав рыхлых вулканических пород
Содержание основных компонентов в % от массы
Месторождения
SiO2 Al2O3
Fe2O3
CaO
MgO
Na2O+
+K2O
SO3 п.п.п.
Кенженское,
пепел
72,96 12,98
1,42
3,91
0,48
6,40
0,02 2,86
Каменское,
пеплопемза
72,80 13,15
1,80
2,38
0,50
6,30
0,02 4,30
Бедик-Су,
пумицит
62,72 11,97
1,66
8,0
2,26
5,91
0,1
5,88
Вулканические горные породы содержат 60–75 % кремнезема, их них 30–
35 % являются гидравлически активными [38].
Из вулканического туфа добывают пиленый камень. Их использование
эффективно для каменной кладки стен в промышленном и гражданском строительстве. Об этом свидетельствует многолетний опыт производства туфового
камня в Российской Федерации и за рубежом.
Для получения дешевых пористых природных заполнителей можно использовать отходы пиления туфового камня, составляющие 50–70 % [36, 39,
40]. Они имеют хорошее сцепление с вяжущими веществами, пылевидная часть
вступает в реакцию гидратации с составляющими цемента. Пористые заполните23
ли всасывают воду из цементного теста и по мере твердения постепенно отдают ее
цементной композиции. В результате отсасываемый пористым заполнителем из цементного теста объем воды не возмещается равным объемом воздуха, вследствие чего
поверхность контакта с заполнителем уплотняется. Симонов М.З. этот процесс определил как «самовакуумирование» [41]. Применение местных материалов из отходов производства пиленого камня позволяет сократить дальность перевозок,
трудоемкость дробильно-сортировочных работ [42].
Представляет интерес возможность применения пористых отходов камнепиления и вулканических рыхлых пород для получения такого эффективного
материала, как жаростойкие и огнезащитные цементнобетонные композиты.
Высокая огнеупорность – 1200 – 1280 оС, пористость, гидравлическая активность пылевидной фракции туфового песка и пепла обуславливают целесообразность их применения в качестве тонкомолотой добавки и заполнителя
жаростойких и огнезащитных композитов. Выявлено, что при нагреве цементного камня с содержанием вулканического пепла 40 – 50 % до 400 оС прочность
его почти не снижается. В интервале температур 400 – 500 оС наблюдается некоторое снижение прочности. При температуре 800 – 1000 оС темп снижения
прочности замедляется, и остаточная прочность составляет 50 – 70 % [27].
И.М. Овадовский в работе [43] доказал, что в жаростойких бетонах эффективно могут быть использованы тонкомолотые добавки из анийской пемзы
и артикского туфа.
В работе Т.А. Хежева [42] выявлена высокая огнезащитная способность
пенотуфобетона. Пенотуфобетон выдерживает температуру нагрева 1000–1100
о
С без видимых разрушений.
Таким образом, исследования по теме диссертации будут направлены на
изучение возможности использования вулканических горных пород КабардиноБалкарской республики в качестве тонкомолотой добавки и заполнителя в легких огнезащитных и жаростойких композитах на портландцементе.
24
1.2. Огнестойкость строительных конструкций и способы ее повышения
Требования к пожарной безопасности и огнестойкости строительных конструкций зданий и сооружений непрерывно возрастают в связи со спецификой
современного строительства – ростом этажности зданий, протяженности путей
эвакуации, все большим объемом применения большепролетных тонкостенных
конструкций. Низкая огнестойкость тонкостенных пространственных конструкций является одной из причин сдерживающих расширение области их эффективного применения.
Строительство высотных зданий [44] ежегодно увеличивается, что связано с высокой стоимостью земельных участков городских территорий, ростом
численности населения и др. причинами. Высотное здание может включать в
себя помещения разного функционального назначения и пожарной опасности:
офисы различных учреждений, жилые помещения, помещения детских организаций, гостиницы, объекты торговли, развлекательные и спортивные объекты,
автостоянки. Количество людей, одновременно находящихся в здании, исчисляется тысячами [45].
В строительстве для возведения зданий повышенной этажности все
большее применение находят высокопрочные бетоны. При воздействии высоких температур при пожаре они могут взрывообразно разрушаться, приводящие
к резкой потере несущей способности и опасные для жизни людей [47].
Из литературных источников следует, что поведение при пожаре и пределы огнестойкости тонкостенных пространственных конструкций мало исследованы. Для их применения в зданиях повышенной пожарной опасности
необходимы соответствующие исследования.
Предельное состояние конструкций по огнестойкости характеризуется:
несущей способностью (R); теплоизолирующей способностью (I); целостностью (E) [47].
Снижение начальной прочности бетона при высоких температурах приводит к потере несущей способности сжатых железобетонных конструкций.
25
При температурах 300, 500, 700 оC призменная прочность тяжелого бетона
снижается соответственно до 80, 60 и 25 % в сравнении с первоначальной [48].
Используя данные ДИН 4102, Л.2, 1970 можно приблизительно оценить
пределы огнестойкости железобетонных и армоцементных конструкций [49].
Предел огнестойкости железобетонных плит в зависимости от ее толщины по данным [49] (табл. 1.3).
Таблица 1.3
Предел огнестойкости железобетонных плит в зависимости от ее толщины
Покрытие
Минимальная толщина покрытия в мм для
предела огнестойкости, ч.
0,5
1,0
1,5
2,0
3,0
Железобетонные плиты,
ДИН 1045
60
80
100
120
150
Железобетонные пустотные
настилы
Напряженные бетонные
пустотные настилы
80
100
120
140
170
80
100
120
140
170
По данным [50] огнестойкость армоцементных покрытий равна 30 – 36
мин.
Таким образом, металлические, тонкостенные железобетонные и армоцементные конструкции не удовлетворяют требованиям СНиП 21–01–97 для зданий I и II степени огнестойкости. Поэтому в связи с увеличением количества
пожаров в нашей стране создание строительных конструкций высокой огнестойкости является актуальной проблемой.
Создание железобетонных конструкций повышенной огнестойкости может выполняться следующими способами (рис. 1.1) [42].
26
Рис. 1.1. Пути повышения пределов огнестойкости тонкостенных
железобетонных конструкций
Исследования [51] показали, что существенно повысить огнестойкость
армоцементных конструкций путем увеличения размеров поперечного сечения
конструкций и толщины защитного слоя бетона арматуры невозможно. При
этом теряются преимущества тонкостенных армоцементных конструкций из-за
значительного утяжеления.
Повышение огнестойкости увеличением статической неопределимости
конструкций является экономичным, но малоэффективным способом.
Защита бетона от взрывообразного разрушения является эффективным
способом повышения огнестойкости железобетонных конструкций [52]. Это
позволяет более полно использовать огнестойкость конструкций, а при нанесении теплоизолирующих покрытий существенно повысить их огнестойкость.
27
Для повышения огнестойкости покрытий и перекрытий рекомендуют
устройство подвесных потолков [53]. Подвесные потолки одновременно могут
выполнять декоративные и акустические функции, могут служить для размещения встроенных светильников и воздухораспределителей. Вместе с тем устройство подвесных потолков связано с большими трудозатратами, увеличением
стоимости строительства, а также снижает архитектурную выразительность интерьера здания.
Для максимального уменьшения массы огнезащитного слоя целесообразно применение вспучивающегося покрытия. Во время пожара покрытие вспучивается с образованием пористых слоев, имеющих низкую теплопроводность.
Во ВНИИПО МВД СССР разработано вспучивающееся покрытие марки
ВПМ – 2 в виде пасты [54]. Паста содержит полимерное связующее, термостойкие, газообразующие и волокнистые наполнители. Максимальный предел
огнестойкости металлических конструкций с применением ВПМ – 2 равен 0,75
ч. Их можно использовать в закрытых помещениях с относительной влажностью воздуха не более 80 %.
В настоящее время создано большое количество огнезащитных вспучивающихся красок на различной основе, предназначенных для применения внутри зданий и сооружений. Они могут обеспечить предел огнестойкости
металлическим конструкциям до 45 – 60 мин. К составам этой группы относятся:
S–607,
Протерм
Стил,
Uniterm–38091,
FIERFLEX,
PYROSAFE
FLAMMOPLAST SP–A2 и др. Разработаны отечественные составы такого типа
(ОГРАКС–В, ОГРАКС–В–СК, ОЗК–45 и др.) [55, 56, 57].
На основе хлорсульфонированного полиэтилена и терморасширяющегося
графита разработаны и другие российские вспучивающиеся составы (ОГРАКС–
М, МПВО, СГК–1). Они имеют высокую влаго – и атмосферостойкость, долговечностью, прочностью сцепления с металлическими конструкциями. Покрытия могут обеспечить предел огнестойкости металлическим конструкциям до
30 мин.
28
Пожарно-технической станцией УПО МВД Казахской ССР разработано
вспучивающееся покрытие «Экран – М» [58]. В покрытии используют мочевиноформальдегидную смолу, жидкое стекло, вспученный перлит и двуокись титана, газообразователь – дициандиамид, стабилизатор – асбест. Созданы
вспучивающиеся покрытия на основе жидкого стекла (ОСП–1, Файрэкс-400,
Антигор, ОЭС–МВ, ТОЗ–В1). Создателям вспучивающегося покрытия ОСП–1
смогли устранить недостатки жидкостекольных композиций за счет использования специального грунта и укрывочного слоя [57].
УралНИИСтромпроектом для огнезащиты металлических конструкций
получены вспучивающиеся огнезащитные составы с применением вермикулита
[59]. В состав одного из них входит жидкое стекло (54,38 %), вермикулит различных модификаций (24,06 %), мочевиноформальдегидная смола (13,6 %),
окись цинка (3,6 %), асбест (2,17 %), дициандиамид (1,02 %), кремнефтористый
натрий (1,14 %). Институтом «ГипроНИИнеметаллоруд» разработаны огнезащитные покрытия марки ОПВ–1 (ТУ 21–25–322–90) с использованием вспученного вермикулита и жидкого стекла [60].
НППП «Техсервисвермикулит» разработано огнезащитное покрытие
«Вермивол» (ТУ 5767–005–21628872–00) на основе вспученного вермикулита и
гидравлического вяжущего [60]. В зависимости от требуемого предела огнестойкости и приведенной толщины металла определяется толщина огнезащитного покрытия «Вермивол» (табл. 1.4).
Таблица 1.4
Вид образца
Пластина
Пластина
Двутавр № 20
Двутавр №20
Приведенная
толщина
Средняя толщина
огнезащитного
покрытия, мм
Время достижения
температуры 500
о
С, мин
5
5
3,4
3,4
24,6
27
13,2
69,9
94
100
47
328
29
Недостатками вспучивающихся огнезащитных покрытий являются: высокая стоимость, низкая долговечность и надежность, низкая щелочестойкость,
что важно при использовании для железобетонных конструкций. Поэтому их
применение для огнезащиты железобетонных конструкций не представляется
целесообразным. При этом получить тонкостенные железобетонные конструкции высокой огнестойкости не представляется возможным.
Огнезащитные плиты и штукатурки на основе вспученного вермикулита
и минеральных вяжущих относятся к наиболее эффективным средствам повышения предела огнестойкости строительных конструкций.
Облицовки из плитных, листовых, штучных теплоизоляционных изделий
и штукатурок широко используются для повышения предела огнестойкости
строительных конструкций.
При одновременном выполнении теплозащитных и акустических функций огнезащита теплоизоляционными материалами тонкостенных железобетонных и армоцементных конструкций может быть эффективна.
Огнезащитные плиты используются со средней плотностью от 300 до
1500 кг/м3 на основе вспученного вермикулита, перлита, керамзита, асбеста,
минеральной ваты, стекловолокна, базальтового волокна и других видов наполнителей.
В Австрии фирмой «Jsovolta» изготавливаются огнезащитные плиты
«Термакс» на основе вспученного вермикулита и минерального вяжущего методом горячего прессования [61]. Плиты «Термакс» могут обеспечить пределы
огнестойкости металлических конструкций 0,5; 1,0; 1,5 ч.
Были проведены испытания на огнестойкость армоцементных конструкций с применением теплоизоляционных плит из различных материалов (табл.
1.5) [50, 62].
30
Таблица 1.5
Предел огнестойкости армоцементных конструкций
с применением теплоизоляционных покрытий
Теплоизоляционное покрытие
Фибролит толщиной 75 мм
Асбестовый картон толщиной 5 мм
Фенопласт на смоле ВИАМ – Б с
добавкой перлита толщиной 50 мм
Пенопласт ПХВ толщиной 50 мм
Увеличение предела
огнестойкости армоцемента
на 4 ч
в 2 раза
на 0,9 ч
на 0,2 ч
Облицовка армоцементных конструкций огнезащитными плитами и листами существенно повышает трудозатраты изготовления и стоимость конструкции.
Кроме того, в результате натурных исследований выявлена низкая надежность огнезащиты армоцементных конструкций с применением фибролита.
Все большее применение в строительстве для огнезащиты строительных
конструкций находят теплоизоляционные материалы с применением минерального вяжущего, вспученного вермикулита и перлита, минерального волокна.
В 1978 г. в ЦНИИСКе им. Кучеренко разработаны огнезащитные покрытия ОФП–ММ со средней плотностью не более 300 кг/м3. В состав покрытия
входят в процентах по массе: жидкое стекло плотностью 1,2 г/см3 – 50, асбест –
III–V сорта – 43, нефелиновый антипирен (металламмонийфосфат) – 7 [63]. Огнезащитное покрытие ОФП–ММ обеспечивает предел огнестойкости металлических конструкций от 0,3 до 3 ч при толщине огнезащитного слоя от 10 до 50
мм.
В последующие годы были созданы многочисленные модификации жидкостекольных огнезащитных составов: ОФП–10, ОПВ–180, ОФП–МВ, ОФПМ–
12, Пенокс, ЭСМА и др.
Составы на основе жидкого стекла за рубежом в качестве огнезащиты не
используются.
31
Нашли применение для огнезащиты строительных конструкций теплоизоляционные штукатурки с использованием портландцемента, гипса, вспученного вермикулита и перлита.
В Ленинградском инженерно-строительном институте Г.Г. Никольским,
А.П. Пожниным, К.Н. Дубенецким, Ю.М. Тихоновым были получены теплоизоляционные материалы с применением портландцемента, вспученного вермикулита, асбеста [12, 64]. А.И. Шиманко и И.Н. Зубарев получили
теплоизоляционные вермикулитобетонные изделия со средней плотностью до
500 кг/м3, прочностью на сжатие – 0,2–0,5 МПа и коэффициентом теплопроводности – 0,09–0,11 Вт/(м·оС) на различных вяжущих [13, 14].
Исследования по легким жаростойким бетонам с применением вспученного вермикулита и перлита были использованы при разработке составов для
огнезащиты строительных конструкций.
Огнезащитное асбестовермикулитовое покрытие на жидком стекле и
портландцементе толщиной 63 мм и со средней плотностью 660 кг/м3 на портландцементе марки 500 с добавлением 10 % от массы цемента жидкого калиевого стекла обеспечивает предел огнестойкости металлических колонн до 3,5 ч
[65]. Асбестовермикулитовое покрытие на портландцементе при воздействии
пожара остается практически неповрежденным.
Разработаны огнезащитные штукатурки на основе вспученного вермикулита и перлита с добавкой волокнистых материалов (минеральная вата, асбест
хризолитовый) [66]. Минеральную вату вводят в виде гранул с насыпной плотностью не более 150 кг/м3 и наибольшей крупностью гранул 6 – 8 мм.
В НИИМосстрое разработаны составы огнезащитных покрытий на основе
быстротвердеющего цемента марки БТЦ – 500 со средней плотностью
650 – 700 кг/м3, прочностью на изгиб 1,0 МПа, коэффициентом теплопроводности 0,14 Вт/(м·оС) (табл. 1.6) [66].
32
Таблица 1.6
Составы огнезащитных покрытий НИИМосстроя
Составы огнезащитных покрытий, % по массе
Портландцемент
БТЦ
62,5
62,5
62,5
Песок
перлитовый
10,4
21,3
10
Вермикулит
10,9
21,3
Асбест V
сорта
10
10
-
Стекло
натриевое
жидкое
6,2
6,2
6,2
В Ленинградском инженерно-строительном институте были исследованы
огнезащитные свойства вермикулитовых растворов. Были получены огнезащитные вермикулитовые растворы на пуццолановом портландцементе и жидком стекле с добавкой асбеста, пенообразователя [64]. Для исследования
огнезащитных свойств разработанных растворов были проведены испытания
армоцементных образцов размерами 1100×600 мм с нанесением огнезащитного
слоя вручную и напылением [64, 67]. Изготовленные образцы твердели в воздушно-сухих условиях. Предел огнестойкости двухслойных армоцементных
плит определялся по прогреву необогреваемой поверхности на 500 оС. В результате выявлены высокие огнезащитные свойства разработанных вермикулитовых растворов.
Т.А. Хежевым разработаны составы огнезащитного вермикулитобетона и
технология изготовления двухслойных армоцементных конструкций высокой
огнестойкости [42].
Х.А. Хежевым под руководством профессора Ю.В. Пухаренко разработаны эффективные фиброгипсовермикулитобетонные огнезащитные композиты с
применением вулканических горных пород [68].
Т.В. Загоруйко предложен бетон повышенной термостойкости с применением шунгита, цемента, граншлака и асбеста, обеспечивающий стабильность
бетона и его требуемые свойства для огнестойких железобетонных изделий
[69].
33
Ю.М. Гугучкиной под руководством профессора Ю.М. Тихонова разработаны огне- и теплозащитные сухие строительные смеси (ССС) и экраны на их
основе с применением гипсового вяжущего и легких заполнителей – вспученного вермикулита и перлита [70].
За рубежом также разработаны тепло- огнезащитные составы на минеральных вяжущих веществах с применением вспученного вермикулита и перлита.
Использование вспученного вермикулита в огнезащитных составах позволяет повысить их трещиностойкостъ при воздействии пожара, это обеспечивает высокую надежность огнезащиты строительных конструкций.
Производственно-технологическая компания «А+В» освоила производство цементных огнезащитных штукатурок с применением вермикулита под торговой маркой «НЬЮСПРЕЙ» (выпускается по лицензии фирмы «PROJISO»,
Франция). Аналогичные огнезащитные материалы выпускаются в европейских
странах с торговыми марками «Mandolite-550», «Mandolite-CP2».
Таким образом, анализ возможных способов повышения огнестойкости
тонкостенных железобетонных конструкций показал, что наиболее эффективным и экономичным является защита конструкций теплоизоляционными материалами на основе вспученного вермикулита, обеспечивающие высокую
огнестойкость конструкции при незначительном утяжелении [42, 71, 72]. Благодаря таким свойствам вермикулита, как высокий коэффициент звукопоглощения [9], приятный цвет (золотистый или серебристый) огнезащитное
покрытие наряду с основной функцией – огнезащиты – может значительно
улучшить акустические, теплоизоляционные и декоративные характеристики
армоцементных конструкций [73].
Для конструкций, к которым предъявляются требования по огнезащите,
повышенной декоративности и акустике, применение конструкций с теплозащитным слоем из эффективного легкого вермикулитобетона будет особенно
эффективно.
34
Недостатками жаростойких и огнезащитных составов являются высокий
расход портландцемента, низкая прочность на растяжение, трещиностойкость,
ударостойкость относительно высокий коэффициент теплопроводности при
высоких температурах и низкая термостойкость.
Одним из материалов, являющихся эффективной заменой части портландцемента и заполнителя для жаростойких и огнезащитных составов могут
быть отходы пиления вулканического туфа, вулканический пепел и пемза.
За последние десятилетия отмечается рост объемов применения дисперсно-армированных композитов. Фибробетоны имеют более высокую прочность
на растяжение, трещиностойкость, ударостойкость, термостойкость по сравнению с бетонной матрицей, что позволяет расширить области их эффективного
применения.
Таким образом, преодоление многих недостатков жаростойких и огнезащитных бетонов и изделий возможно в результате создания фиброармированных композитов с применением эффективных заполнителей.
1.3. Выбор вида волокна для армирования жаростойких
и огнезащитных цементных композитов
Расширение области эффективного применения огнезащитных и жаростойких вермикулитобетонов возможно за счет дисперсного армирования волокнами минерального происхождения. Фибробетоны обладают более высокой
прочностью, трещиностойкостью, ударостойкостью по сравнению бетоном.
Дисперсно-армированные бетоны являются разновидностью композиционных материалов и имеют свои особенности и свойства [74, 75]. Они сочетают
в себе бетонную матрицу с небольшой прочностью при растяжении и армирующие волокна, имеющие высокую прочность на растяжение и высокий модуль упругости. Армирующие волокна могут иметь направленную или
произвольную ориентацию в объеме матрицы [76].
35
Традиционный железобетон появился полтора столетия назад. Создана
обширная отрасль производства железобетонных изделий и конструкций. Однако, устройство опалубки, установка, фиксация арматуры и заполнение пространства форм бетоном – довольно трудоемкий процесс. Поэтому вполне
естественным является переход к композиционным материалам с бетонной
матрицей, когда в качестве армирующего компонента предусматриваются различные волокна.
Установлено, что прочность материалов обуславливается не столько силами межмолекулярного взаимодействия, сколько технологическими дефектами – внутренними полостями, трещинами и др. К примеру, в тонких нитях
количество дефектов значительно меньше, чем в массивных образцах. Так, при
растяжении массивных стеклянных образцов предел прочности колеблется в
области 50–100 МПа, а стеклянных волокон диаметром 10 мкм возрастает до
1500–2500 МПа [77].
Сейчас получены и используются волокна с уникальными свойствами –
высокой прочностью, повышенным термическим сопротивлением, нередко высокой жесткостью (карбид и нитрид кремния, бор, углерод, графит, базальт,
диабаз и др.). По удельной прочности волокна несколько раз превосходят сталь,
а ткани из них выдерживают температуру до 2000 ºС [78, 79].
Ценность волокон также состоит и том, что они не только придают бетону новые свойства, но и открывают путь принципиально новой технологии изготовления
строительных
изделий.
Армирование
производится
непосредственно в бетоносмесительных агрегатах. Другими словами, в бетономешалку загружают вяжущие, заполнители и сами армирующие волокна, перемешивают и получают готовую к применению армированную бетонную смесь,
которую заливают в формы [80, 81].
Впервые в 1907 г. экспериментально-теоретические исследования в области дисперсно-армированных бетонов были проведены профессором В.П.
Некрасовым. В журнале «Зодчий» и в монографии были опубликованы материалы его исследований [82].
36
Позднее, в 1910 году американский ученый Х. Портер для увеличения
прочностных показателей бетона в бетонную смесь добавлял отрезки проволоки и гвозди.
Эти исследования были направлены, в основном, на повышение прочности на сжатие. Они разработали основные принципы и методы дисперсного армирования, а также выявили преимущества фибробетонов перед другими
материалами. В.П. Некрасовым были получены выражения для определения
прочности композита и выявлены рациональные области его эффективного
применения.
В результате многочисленных исследований накоплен обширный опыт по
созданию фиброармированных композитов: получены теоретические основы
расчета композитов, разработана технология изготовления изделий и конструкций, исследованы основные физико-механические характеристики, вопросы
долговечности [83–95].
Значительное развитие и применение дисперсно-армированные бетоны
нашли благодаря работам Б.А. Крылова, Е.Г. Кутухтина, К.В. Михайлова, Л.А.
Панченко, Ю.В. Пухаренко, Г.К. Хайдукова, Ю.Н. Хромец, А.Г. Юрьева и др.
Исследованию стеклоармированных композиций посвятили свои труды
К.Л. Бирюкович, П.П. Будников, М.Т. Дулебы, А.А. Пащенко, В.П. Сербин.
Разработке и внедрению сталефибробетонных конструкций посвящены работы
Г.И. Бердичевского, И.В. Волкова, Ф.А. Гофштейна, И.А. Лобанова, В.Ф. Малышева, К.М. Королева, Л.Г. Курбатова, Л.А. Малининой, Ф.Н. Рабиновича,
В.П. Романова, Г.К. Хайдукова, Г.А. Шикунова, Ф.Ц. Янкелевича.
Для выбора дисперсной арматуры для жаростойких и огнезащитных композитов необходимо рассмотреть свойства различных видов волокон, определить рациональные области их применения.
Отечественные и зарубежные ученые получили неметаллические волокна
для дисперсного армирования различных матриц. Их разделяют на низкомодульные и высокомодульные (минеральные волокна) [96–102]. Характеристики
неметаллических волокон приведены в табл. 1.7 [97, 99, 101, 103].
37
Таблица 1.7
Свойства неметаллических волокон
Виды волокон
1
Диаметр Плот- Прочность на Модуль
Отношение
волокна, ность, растяжение, упругости,
к щелочам
мкм
г/см3
х103 МПа
х103 МПа
2
3
4
5
6
1. Минеральные
асбестовое
20
2,5
5-7
50-70
стойкие
стеклянные
алюмоборосиликатн.
18 - 20
2,6
1,1-3,8
7-8
малостойкие
40
2,2-2,8
0,7-0,75
70-80
стойкие
-
2,65
25
70
-
углеродные
7,0 - 9,0
2
2
245
базальтовые
15-20
3
1,2
67
борные
100
2,6
2,5-3,8
400
сравнительно стойкие
-
стеклянные
циркониевые
кварцевые
2. Растительные
льняные
14-18
1,5
0,4-1,3
20-30
хлопковые
-
1,5
0,4
5-10
малостойкие
-
древесные
-
1,5
0,9
74
-
пеньковые
-
1,5
0,9
58
-
3. Химические
вискозные
-
1,5
0,08
8,4
нестойкие
шелковые
-
1,3
0,45
7
-
целлюлозные
-
0,7-0,8
0,02-0,1
1-10
стойкие
малостойкие
стойкие
4. Синтетические
полипропиленовые
26-34
0,93
0,4-0,77
3,5-8
лавсановые
15-20
1,4
0,5-0,78
8,4
хлориновые
16
1,4
0,3
1,3-1,5
нейлоновые
25
1,1
0,46-0,57
2,3
капроновые
28-80
1,14
0,41-0,93
4,4-4,9
весьма
стойкие
38
При выборе армирующего волокна, несмотря на широкий диапазон
имеющихся волокнистых материалов, необходимо учитывать свойства упрочняемой бетонной матрицы и самого волокна, возможности обеспечения их совместной работы во время эксплуатации и соответствие требованиям,
предъявляемым к арматуре.
Многими учеными выявлено, что для увеличения прочности и трещиностойкости бетонной матрицы необходимо, чтобы модуль упругости волокна
была больше модуля упругости матрицы [86, 104]. Применение низкомодульных волокон может обеспечить повышение ударной вязкости, снижение истираемости
бетона,
предотвращение
повреждений
и
выколов
при
транспортировке и монтаже изделий и конструкций. Кроме того, применение
армирующих волокон способствует улучшению структурных характеристик
бетонной матрицы, что обуславливает повышение его стойкости по отношению
к агрессивным воздействиям [84, 95].
Армирующие волокна должны иметь необходимую химическую стойкость к бетону при обеспечении требуемой прочности и деформативности.
Стеклянные волокна имею высокую прочность (1,8 – 2,5×103 МПа) сравнимую
с прочностью высокоуглеродистой холоднотянутой проволоки и применяют в
больших объемах для армирования гипсового камня. Вместе с тем, стеклянные
волокна подвергаются разрушению в среде гидратации портландцемента, поэтому прочностные характеристики стеклоцемента снижается в процессе эксплуатации [42, 103].
Кроме того, при выборе армирующих волокон необходимо учитывать
технологические требования. Природный асбест доступен во многих регионах
страны, но их применение в строительстве ограничено из-за высокой адгезии
волокон друг к другу, так как это существенно усложняет распушку. Подготовка асбеста к применению требует больших энергетических затрат и отличается
многостадийностью [42, 103].
Такие недостатки имеют и другие виды армирующих волокон. Результаты исследований, проведенные в Великобритании [100], показали, что на фото39
графиях стеклоцементных шлифов имеются участки цементного камня, не армированные волокнами и видны пучки, состоящие из элементарных волокон.
Это приводит к неоднородности и существенному снижению качества и прочности стеклоцементного композита [105]. Поэтому при применении стеклянных
волокон их необходимо качественно распушать подобно асбестовым волокнам.
Минеральные волокна (стеклянные, базальтовые шлаковые, керамические и др.) являются хрупкими материалами [100]. Это усложняет технологический процесс, так как они ломаются в процессе приготовления бетонных
смесей и формовании конструкций и изделий. Поэтому при изготовлении стеклопластиков стеклянные волокна с большой тщательностью и осторожностью
пропускается по шкивам и глазкам нитеводителей при укладке его в полимерную матрицу. Уменьшение длины стеклянных фибр будет способствовать лучшей сохранности и более равномерному распределению их в объёме смеси, но
при этом длина анкеровки может оказаться недостаточной, что может привести
к существенному снижению прочности стеклоцемента.
Многие ученые считают, что в некоторых случаях эффективно сочетание
высокомодульных волокон с низкомодульными, то есть комбинированное армирование [86, 106, 107, 108, 109]. Это позволит эффективно использовать высокие прочностные свойства высокомодульных волокон, а применение
низкомодульных волокон может уменьшить себестоимость строительного композита. Армирование бетонной матрицы также рекомендуют выполнять волокнами разной длины.
Из всех дисперсно-армированных бетонов наиболее исследованы и нашли практическое применение стеклофибробетон и сталефибробетон [83, 94,
110, 111].
Стеклофибробетон, будучи композитом, сочетает в себе положительные
свойства компонентов – высокую прочность на сжатие бетона и стекловолокна
на растяжение. В совокупности два компонента обеспечивают прочность на
растяжение в 3–4 раза большую, чем у бетона, а ударную вязкость – в 15–20
раз.
40
В тонкостенных конструкциях эффективным вариантом является сочетание стальной арматуры с короткой фиброй или сеткой из стекловолокна. Арматура, помещенная в середине, воспринимает растягивающие усилия, а массив
стеклофибры или стека у поверхности воспринимают изгибные напряжения и
препятствуют раскрытию трещин.
Анализ литературных данных показывает, что результаты научных разработок нашли практическое применение. Так, во Франции производят Schaumton
– пенокерамику, армированную стекловолокном. Введение в материал отрезков
стекловолокна увеличило его трещиностойкость и позволило изготовлять элементы площадью до 2 м2, в то время как размер неармированных плит составлял лишь 20×20 см [112].
При выборе вида армирующих волокон для получения жаростойких и огнезащитных композитов с улучшенными физико-механическими характеристиками необходимо учитывать следующие требования:
•
модуль упругости волокон должен превышать модуль упругости
матрицы (Ев/Ем>1);
•
соответствие коэффициентов теплового расширения матрицы и ар-
мирующего материала;
•
наличие достаточного сцепления между арматурой и матрицей;
•
совместимость арматуры и матрицы, что обеспечивает длительное
сцепление, определяющее эффект армирования;
•
технологичность волокон для обеспечения стабильности свойств
получаемого материала;
•
волокна должны выпускаться промышленным способом для массо-
вого изготовления дисперсно-армированных бетонов;
•
минимальная стоимость волокон.
Основным сдерживающим фактором в развитии широкого применения
стеклофибробетона является необходимость применения дорогостоящего щелочестойкого стекловолокна с высоким содержание оксида циркония.
41
Альтернативой щелочестойкому стекловолокну в строительной индустрии
является использование базальтовых волокон для дисперсного армирования бетона.
Отрасли по производству композитов находятся в числе главных приоритетов российских властей: в принятой программе развития композитных производств поставлена цель 10-кратного увеличения отечественного рынка
композитов. Этому будет способствовать запуск множества проектов модернизации и развития инфраструктуры российской экономики и реализация военных программ, требующих большого объема новых материалов.
С учетом вышесказанного при выборе типа волокон для дисперсного армирования жаростойких и огнезащитных композитов особое внимание следует
уделить базальтовым волокнам.
Такой выбор можно объяснить несколькими причинами.
Во-первых, наличие больших запасов сырья для производства базальтовых волокон во многих регионах страны, что является предпосылкой для массового применения в строительстве [113].
Во-вторых, производство и применение базальтовых волокон, в отличие
от природных волокон на основе асбеста, является экологически безопасным.
В-третьих, базальтовые волокна имеют модуль упругости выше на 15–25
% чем стеклянных, обладают высокой прочностью, сопоставимой с прочностью
высокопрочных стеклянных волокон.
В-четвертых, относительно низкая себестоимость базальтовых волокон
по сравнению со стеклянными благодаря упрощенной технологии их получения. Применяют одностадийную технологию, при которой исключаются достаточно трудоемкие операции по приготовлению многокомпонентной шихты,
превращению ее в расплав и изготовлению стеклянных шариков, что существенно снижает трудоемкость и энергоемкость технологического процесса.
В-пятых, лучший набор свойств, достигаемый меньшими затратами.
В-шестых, высокая термостойкость базальтовых волокон, позволит применять их для получения жаростойких и огнезащитных композитов.
42
В-седьмых, базальтовые волокна более щелочестойкие по сравнению со
стеклянными волокнами из алюмоборосиликатного состава, что важно для долговечности жаростойких и огнезащитных композитов.
Базальтовые волокна впервые были получены в СССР в начале 60-х годов
в виде тонких нитей из базальта месторождения «Янова долина» на Украине. В
качестве исходного сырья для этих целей использовались базальты, габбродолериты, диабазы, порфириты и другие виды горных пород. Разработаны и внедряются в производство технологии получения различных разновидностей
базальтовых волокон и изделий из них.
Производство непрерывного базальтового волокна, также как и стеклянного, основано на вытягивании расплавленного базальта через фильеры плавильного сосуда с получением, в конечном счете, комплексной нити,
перерабатываемой в ровинг с заданным числом сложений. Основные технические характеристики базальтовых волокон: диаметр элементарной нити 8–13
мкм, предел прочности при растяжении 1850–2150 МПа, модуль упругости
93200–113800 МПа.
Грубые базальтовые волокна подразделяются на три марки: БГВ-150
диаметром от 80 до 150 мкм, прочностью на разрыв 200 МПа; БГВ-250 диаметром от 151 до 250 мкм, прочностью на разрыв 150 МПа, БГВ-400 диаметром от
251 до 400 мкм, прочностью на разрыв 80 МПа. Длина грубых волокон всех марок составляет 75 ± 25 мм [114].
Эффективные области применения базальтовых волокон: производство
пенобетона и газобетона; устройства бетонных полов; гидротехнические сооружения; бетонные плиты; объекты нефте - газохимии; монолитные конструкции; прессованные и отливаемые изделия; сухие смеси и штукатурки;
торкретбетон; декоративный бетон; сейсмостойкое строительство; жаростойкие
и огнезащитные композиты.
Проведенный анализ литературных источников, посвященных вопросам
теоретических основ дисперсного армирования, коррозионной стойкости базальтового волокна в щелочных средах, позволил установить, что свойства ма43
териала главным образом зависит от совместной работы волокна с цементной
матрицей, от состава бетона (В/Ц, Ц/П, длины, диаметра и количества волокна,
крупности заполнителя и т.д.) и технологии изготовления, вида и активности
применяемого цемента, вида и содержания фибры в составе бетона, способа
распределения фибры в объеме бетонной смеси, стойкости волокна к среде
гидратирующегося цемента, вида и количества пластифицирующих и кремнеземсодержащих добавок [115–123].
Таким образом, для улучшения свойств жаростойких и огнезащитных
композитов и расширения области их применения целесообразно дисперсное
армирование минеральными волокнами, в частности базальтовыми. Цементные
жаростойкие и огнезащитные композиты с улучшенными прочностными и другими характеристиками могут быть получены путем оптимизации состава исходной бетонной матрицы и дисперсного армирования.
Выводы по первой главе
1.
Учитывая рост количества пожаров в России, а также современные
тенденции развития легких жаростойких бетонов на портландцементе, необходима разработка и производство новых эффективных жаростойких и огнезащитных композитов на основе ресурсо- и энергосберегающих технологий с
использованием местных строительных материалов и дисперсного армирования.
2.
При выборе заполнителей для жаростойких и огнезащитных компо-
зитов предпочтение следует отдавать вулканическим горным породам, которые
одновременно могут служить в качестве активной минеральной добавки и заполнителя, что позволит существенно уменьшить расход портландцемента,
снизить стоимость и решить вопросы утилизации отходов пиления туфа.
3.
Для улучшения свойств жаростойких и огнезащитных композитов и
расширения области применения целесообразно дисперсное армирование минеральными волокнами, в частности базальтовыми.
44
4.
Жаростойкие и огнезащитные композиты с улучшенными физико-
механическими свойствами могут быть созданы путем оптимизации состава
исходной бетонной матрицы и дисперсного армирования.
45
Глава 2. ХАРАКТЕРИСТИКА ИСПОЛЬЗУЕМЫХ МАТЕРИАЛОВ
И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ
2.1. Характеристика используемых материалов
В качестве вяжущего вещества в исследованиях использовались:
– портландцементы: ПЦ500-ДО производства ЗАО «Старооскольский
цементный завод», ПЦ500-Д20 производства ЗАО «Кавказцемент» и портландцемент ПЦ500-ДО производства ЗАО «Белгородский цемент»;
– воздушная негашеная известь кальциевая порошкообразная 3 сорта
Заюковского месторождения по ГОСТ 9179–77 с характеристиками по ГОСТ
22688–77: содержание активных окисей кальция и магния СаО + MgO – 71 %;
температура гашения – 85 °С; время гашения – 30 мин;
– гипсовое вяжущее «Gipsell» производства ООО «Каббалкгипс» марки
Г–4–II–А по ГОСТ 125–79 с характеристиками по ГОСТ 23789–79: тонкость
помола – 12,7 %; нормальная густота – 50 %; сроки схватывания: начало – 5
мин, конец – 8 мин; предел прочности при сжатии и изгибе соответственно –
4,1 МПа и 2,0 МПа.
Химический и минералогический составы портландцемента ПЦ500-ДО
ЗАО «Кавказцемент» приведены в табл. 2.1.
Таблица 2.1
Химический и минералогический состав портландцемента
Химический
состав, %
Минералогический состав, %
SiO2
Al2O3 Fe2O3
20,70
4,98
5,85
CaO
MgO
SO3
64,96
1,88
0,24
щелочи п.п.п.
0,69
0,7
C3 S
C2 S
C3 A
C4AF
64
11
3
18
Для композитов использовались заполнители:
– песок из отходов пиления вулканического туфа Заюковского месторождения с максимальной крупностью зерен 5 мм;
46
– пемзовый песок Псыхурейского месторождения фракции 0–2,5 мм с насыпной плотностью 700 кг/м3;
– вулканический пепел фракции 0-0,16 мм Заюковского месторождения;
– вспученный вермикулит Санкт-Петербургской слюдяной фабрики
фракции 0,16–5 мм.
Туфовый песок соответствует требованиям ГОСТ 9758–86 и имеет следующие характеристики:
- насыпная плотность
ρ н = 1147 кг/м3;
- истинная плотность
ρ и = 2,481 г/см3;
- модуль крупности Мкр = 1,80.
Химический и гранулометрические составы отходов пиления вулканического туфа Заюковского месторождения, использованного в исследованиях,
представлены в табл. 2.2 и на рис. 2.1.
Таблица 2.2
Химический состав отходов пиления вулканического туфа
Содержание основных компонентов в % от массы
SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO TiO
73,1 13,75
1,75
1,65 1,12 0,23
Na2O+K2O
SO3
п.п.п.
3,87
0,12
2,0
47
Рис. 2.1. Гранулометрический состав туфового песка
Химический состав пемзового песка представлен в табл. 2.3.
Таблица 2.3
Химический состав пемзового песка
SiO2
Al2O3
Fe2O3
CaO
MgO
Na2O+K2O
SO3
п.п.п.
72,80
13,15
1,80
2,38
0,50
6,30
0,02
3,05
Гранулометрические составы вермикулита, туфового песка и вулканической пемзы приведены в табл. 2.4.
Таблица 2.4
Гранулометрический состав заполнителей
Наименование
материала
Вермикулит
Туфовый песок
Вулканическая
пемза
2,5
28,0
1,25
12,0
0,63
13,0
0,315
28,5
0,16
18,5
Прошло
сквозь сито
0,16
–
10,0
5,0
18,0
21,0
11,0
35,0
–
1,0
11,0
43,5
35,0
9,5
Частные остатки на ситах, %
48
Поверхностно-активная воздухововлекающая добавка:
– смола древесная омыленная (СДО).
Фибровая арматура:
– базальтовые волокна производства ОАО «Ивотстекло» марки РНБ-91200-4с со следующими характеристиками:
– диаметр элементарного волокна d=9 мкм;
– модуль упругости Е=(91-110)·103 МПа;
– разрывная нагрузка Р=40 кгс.
Армоцемент армировали тканой сеткой № 8–07 (ГОСТ 3826–82) с размером ячейки 8×8 мм, диаметром проволоки 0,7 мм.
В приготовлении композитов использовалась водопроводная вода, соответствующая требованиям ГОСТ 23732–79.
2.2. Методика исследования
Изготовление образцов из сырьевой смеси включает следующие операции: подготовка вермикулита, туфового песка, вулканической пемзы, вулканического пепла и негашеной извести, приготовление смеси, формование и
естественную сушку в воздушно-сухих условиях изделий.
Воздушную комовую известь предварительно дробили в щековой дробилке, затем тонко измельчали в шаровой мельнице. Отходы пиления вулканического туфа просеивали через сито № 5 и высушивали в сушильном шкафу до
постоянной массы. Вулканическая пемза и пепел просеивали соответственно
через сито № 2,5 и № 0,16, затем высушивали в сушильном шкафу до постоянной массы.
Приготовление смеси осуществляли в смесителе принудительного действия. Образцы из туфобетона размерами 5х5х5 см и 4х4х16 см из портландцемента и портландцемента с добавками туфового песка формовали литьевым
способом. Образцы хранились в воздушно-сухих условиях. Подвижность смеси
определялась на вискозиметре Суттарда и составляла 120 мм.
49
Образцы из вермикулитобетонного композита размерами 4х4х16 см уплотняли на стандартной виброплощадке. Подвижность смеси составляла 3-5 см
по погружению конуса СтройЦНИЛ (ГОСТ 5802–78). Образцы хранились в
воздушно-сухих условиях. Перед испытанием балочки высушивались при t =
105 оC до постоянной массы в сушильном шкафу.
Огнезащитная эффективность разработанных композитов оценивалась
испытанием двухслойных армоцементных образцов на огнестойкость. Они
формовались на стандартной виброплощадке. Защитный слой тканой сетки
фиксировали скрутками, оставленными при вязке пакета сеток, а также раскладкой до армирования подстилающего слоя мелкозернистой бетонной смеси.
Огнезащитный слой из композита формовали вибрационным способом, твердение образцов происходило в воздушно-сухих условиях.
Испытание на огнестойкость двухслойных армоцементных образцов размерами 190×190 мм проводили в горизонтальном положении на электрической
печи по температурному режиму «стандартного» пожара, регламентированному ГОСТ 30247.1–94. Предел огнестойкости по несущей способности (R) армоцементных плит оценивали по прогреву тканой сетки в конструктивном слое
(на границе слоев) до 300 оС. Предел огнестойкости по теплоизолирующей способности (I) определяли по повышению температуры на необогреваемой поверхности конструкции в среднем более чем на 140 °С в сравнении с
температурой конструкции до испытания.
Температуру стержневой арматуры замеряли малоинерционными хромель-алюмелевыми термопарами, которые заделывались мелкозернистой бетонной смесью, а на необогреваемой поверхности двухслойных элементов
устанавливали хромель-алюмелевые термопары с медным диском диаметром
15 мм и наносили термоиндикаторы плавления ТП 167 оС.
Температура между армоцементным и вермикулитобетонным слоями, на
необогреваемой поверхности армоцемента автоматически регистрировалась потенциометром КСП–4И.
50
Схема испытания и расположения термопар на образцах показана на
рис. 2.2.
Рис. 2.2. Схема расположения термопар на образцах:
Термопары: 1-3 – на необогреваемой поверхности;
4-7 – в стрежневой арматуре;
8-9 – на уровне нижней тканой сетки;
10 – для поддержания и регулирования температурного режима в печи
Характеристики материалов и изделий определялись по гостам:
– средняя плотность по ГОСТ 12730.1–78;
– прочность по ГОСТ 10180–90;
– коэффициент теплопроводности по ГОСТ 30256–94;
– жаростойкие свойства композитов по ГОСТ 20910-90 в электрической
муфельной печи СНОЛ 10/11.
В исследованиях применялись методы математического планирования
экспериментов и методы статистической обработки данных [125–130].
51
Глава 3. РАЗРАБОТКА ЖАРОСТОЙКИХ ЦЕМЕНТНЫХ КОМПОЗИТОВ
С ПРИМЕНЕНИЕМ ВУЛКАНИЧЕСКИХ ГОРНЫХ ПОРОД
3.1. Влияние соотношения компонентов на свойства матрицы
с применением вулканических горных пород
Вначале было исследовано влияние соотношений компонентов портландцемента и туфового песка на физико-механические свойства бетонной матрицы. Известно, что оптимально подобранный гранулометрический состав
заполнителя
обеспечивает получение
бетона
с
улучшенными
физико-
механическими характеристиками при минимальном расходе вяжущего [131,
132]. Поэтому для улучшения свойств бетонной смеси и бетона изучалось
влияние зернового состава туфового заполнителя. Туфовый песок рассматривался в качестве активной тонкомолотой добавки в портландцементный камень
и легкого заполнителя в бетон.
Были использованы два вида портландцемента: ПЦ500-ДО производства
ЗАО «Старооскольский цементный завод» и ПЦ500-Д20 производства ЗАО
«Кавказцемент».
Образцы размерами 5х5х5 см из портландцемента и портландцемента с
добавками туфового песка формовали литьевым способом. Образцы хранились
в воздушно-сухих условиях. Подвижность смеси всех составов по вискозиметру
Суттарда равнялась 120 мм. Количество добавок туфового песка к цементу по
массе принималось 20, 40, 60, 80 % с размерами зерен: 0<d<0,08 мм; 0<d<0,16
мм; 0<d<0,63 мм; 0<d<1,25 мм; 0<d<5 мм. Образцы высушивали до постоянной
массы, затем нагревали в муфельной печи со скоростью подъема температуры
150 оС/ч до 600, 800 оС, выдерживали при требуемой температуре 4 ч и остывали вместе с печью до комнатной температуры.
Составы на портландцементе ПЦ500-ДО с добавками отходов пиления
туфа и результаты экспериментов приведены в табл. 3.1.
52
Таблица 3.1
Физико-механические свойства композитов на портландцементе ПЦ500-ДО
с добавками отходов пиления туфа
Свойства цементного камня (бетона)
3
Количество
добавки в %
по массе
предел прочности при сжатии (МПа) в возрасте, сут
средняя плотность (кг/м ) , в
возрасте, сут
150
28
о
150
о
температура нагрева, С
о
температура нагрева, С
20
600
800
20
105
0
1840
1670
1660
50,9
51,7
20
40
60
80
1710
1570
1390
1200
1580
1470
1320
1150
1540
1450
1300
1140
44,9
24,3
15,7
4,2
50,2
28,3
17,7
4,9
20
40
60
80
1690
1480
1350
1220
1570
1390
1290
1200
1530
1370
1280
1190
45,0
26,7
19,5
5,4
49,9
30,7
21,5
6,3
20
40
60
80
1720
1580
1510
1370
1600
1490
1470
1330
1560
1480
1460
1320
21,2
13,6
11,4
3,7
22,6
15,2
12,4
4,0
20
40
60
80
1740
1690
1590
1450
1630
1620
1530
1400
1570
1570
1520
1390
22,6
16,2
11,2
5,1
23,4
17,5
11,7
5,3
20
40
60
80
1700
1530
1410
1300
1570
1440
1370
1240
1540
1420
1360
1230
22,8
15,7
11,5
4,0
23,5
16,4
12,1
4,3
усадка (%) в возрасте, сут
600
температура нагрева, С
800
20
105
ПЦ500-ДО, без добавки
31,0
23,2
76,6
79,6
ПЦ500-ДО, добавка с размерами зерен 0<d<0,08 мм
67,4
74,1
36,6
34,6
38,0
43,7
19,7
17,5
26,6
29,5
14,9
12,7
6,6
7,5
3,6
3,3
ПЦ500-ДО, добавка с размерами зерен 0<d<0,16 мм
68,9
75,1
33,8
29,6
41,6
47,0
19,3
17,1
31,4
34,2
16,4
14,0
8,6
9,7
4,7
3,5
ПЦ500-ДО, добавка с размерами зерен 0<d<0,63 мм
33,2
34,9
15,0
12,7
22,0
24,1
9,5
7,9
18,7
19,8
9,3
7,2
6,6
6,9
3,7
3,4
ПЦ500-ДО, добавка с размерами зерен 0<d<1,25 мм
35,4
36,2
17,3
15,1
25,8
27,5
11,7
9,8
17,5
18,1
10,1
8,6
8,4
8,6
4,9
4,5
ПЦ500-ДО, добавка с размерами зерен 0<d<5 мм
35,5
36,1
16,4
15,0
25,2
26,3
12,1
14,8
19,4
19,8
10,1
9,4
6,4
6,6
3,3
2,9
28
150
температура нагрева,
о
С
600
800
температура нагрева,
о
С
600
800
600
800
44,0
34,2
1,23
1,68
1,21
1,62
55,6
31,2
24,3
5,8
52,3
27,9
21,4
5,2
0,83
0,75
0,74
0,68
0,88
0,84
0,82
0,77
0,79
0,69
0,70
0,67
0,85
0,80
0,81
0,74
51,4
30,1
26,9
6,2
45,7
26,7
22,6
5,9
0,88
0,80
0,83
0,81
0,89
0,82
0,87
0,85
0,85
0,79
0,80
0,81
0,87
0,82
0,84
0,83
23,2
14,8
15,2
6,3
20,3
12,2
11,8
5,5
0,74
0,72
0,70
0,69
0,75
0,74
0,68
0,71
0,72
0,74
0,70
0,70
0,733
0,75
0,71
0,71
27,2
18,8
15,8
7,8
23,8
15,5
12,7
6,4
0,73
0,71
0,68
0,69
0,74
0,73
0,70
0,71
0,72
0,70
0,67
0,67
0,73
0,72
0,70
0,71
25,5
23,7
17,4
4,9
23,4
19,7
14,6
4,3
0,67
0,68
0,66
0,65
0,70
0,70
0,69
0,65
0,66
0,65
0,65
0,63
0,68
0,67
0,68
0,65
53
а)
б)
Рис. 3.1. Зависимость прочности на сжатие и усадки композита от количества
добавки туфового песка
1, 3 – составы с песком размерами зерен 0–0,16 мм при температуре нагрева
105 оС и 800 оС соответственно; 2, 4 – составы с песком размерами зерен 0–5
мм при температуре нагрева 105 оС и 800 оС соответственно
Из результатов исследований (табл. 3.1 и рис. 3.1) следует, что с увеличением количества добавки вулканического туфового песка к портландцементу
происходит уменьшение плотности и предела прочности на сжатие цементного
камня и бетона. Размеры зерен туфового песка не оказывают заметного влияния
на снижение средней плотности бетона. Благодаря гидравлической активностью мелкодисперсных частиц (0–0,16 мм) отходов пиления туфа в портландцемент ПЦ500-ДО можно их вводить до 20 % без заметного снижения
прочности на сжатие цементного камня. Зерна размерами более 0,16 мм существенно снижает прочность на сжатие бетона (2 и более раза) даже при небольшом количестве добавки.
При нагреве образцов до 105 оС предел прочности на сжатие как без добавок, так и с добавкой туфового песка возрастает, что вызвано самозапаркой
цементного камня при сушке. При нагреве до 600 оС и 800 оС предел прочности
на сжатие образцов без добавок составляла соответственно 55–60 % и 43–45%,
54
а с добавками туфового песка – 63–92 % и 52–85 % прочности образцов, высушенных при температуре 105 оС. Оптимальное соотношение по массе цемент
:отходы пиления туфа – 80 : 20 или 70 : 30 для цементного камня с максимальными размерами зерен туфа до 0,16 мм.
Составы на портландцементе ПЦ500–Д20 с добавками отходов пиления
туфа и результаты экспериментов приведены в табл. 3.2.
55
Таблица 3.2
Физико-механические свойства композита на портландцементе ПЦ500-Д20
с добавками отходов пиления туфа
Свойства цементного камня (бетона)
предел прочности при сжатии (МПа) в возрасте, сут
3
Количество
добавки в %
по массе
средняя плотность (кг/м ) , в
возрасте, сут
150
28
о
150
о
температура нагрева, С
температура нагрева, С
20
600
800
20
105
0
1750
1620
1610
47,5
53,1
20
40
60
80
1590
1380
1340
1190
1430
1310
1290
1160
1410
1300
1280
1150
14,5
11,2
8,3
4,2
16,3
12,9
9,6
4,7
20
40
60
80
1620
1370
1320
1170
1450
1320
1260
1130
1430
1310
1260
1120
15,7
8,9
5,3
2,4
18,0
9,9
5,8
2,6
20
40
60
80
1570
1530
1430
1320
1460
1450
1400
1290
1440
1440
1390
1290
15,8
10,7
6,9
1,7
18,9
12,9
8,4
2,1
20
40
60
80
1670
1530
1460
1330
1570
1460
1420
1280
1560
1450
1410
1280
14,6
10,3
7,9
2,7
16,1
11,7
9,0
3,2
20
40
60
80
1650
1520
1440
1320
1560
1470
1380
1290
1550
1460
1370
1280
14,5
10,2
6,8
3,2
16,0
11,5
8,1
4,1
усадка (%) в возрасте, сут
600
о
температура нагрева, С
800
20
105
ПЦ500-Д20, без добавки
38,7
36,9
71,4
78,5
ПЦ500-Д20, добавка с размерами зерен 0<d<0,08 мм
22,6
25,3
11,3
10,1
17,6
20,1
10,8
9,2
13,2
15,2
7,0
6,4
6,8
7,9
3,7
3,5
ПЦ500-Д20, добавка с размерами зерен 0<d<0,16 мм
24,4
26,9
12,2
11,4
13,9
15,7
7,3
6,9
8,4
9,6
4,3
3,9
3,3
3,8
1,6
1,8
ПЦ500-Д20, добавка с размерами зерен 0<d<0,63 мм
19,2
21,1
12,5
11,8
16,5
18,5
10,4
9,9
11,1
12,6
6,5
6,2
2,8
3,2
1,5
1,4
ПЦ500-Д20, добавка с размерами зерен 0<d<1,25 мм
22,7
25,0
11,1
10,2
16,2
18,1
9,4
8,1
12,5
14,1
6,9
6,0
4,5
5,1
2,3
2,4
ПЦ500-Д20, добавка с размерами зерен 0<d<5 мм
22,4
24,6
11,7
10,5
16,0
17,8
9,8
8,7
10,6
11,9
5,9
5,2
5,1
5,8
3,1
2,8
28
температура нагрева,
о
С
600
800
150
температура нагрева,
о
С
600
800
600
800
59,0
55,4
1,05
1,20
1,02
1,15
18,1
16,8
11,8
7,1
16,1
14,5
10,5
6,7
0,77
0,71
0,67
0,66
0,81
0,78
0,72
0,71
0,75
0,70
0,65
0,66
0,80
0,77
0,72
0,70
18,5
12,0
8,7
2,5
16,3
11,4
8,1
2,3
0,78
0,77
0,77
0,76
0,80
0,81
0,80
0,78
0,79
0,80
0,81
0,77
0,81
0,83
0,83
0,82
17,3
15,7
10,2
2,3
16,1
14,6
9,5
1,9
0,70
0,68
0,67
0,67
0,71
0,68
0,69
0,70
0,70
0,70
0,70
0,67
0,72
0,73
0,72
0,70
17,5
16,3
11,3
3,7
16,1
15,7
10,7
3,4
0,68
0,65
0,64
0,62
0,70
0,68
0,66
0,64
0,70
0,67
0,67
0,64
0,72
0,73
0,69
0,65
17,7
16,5
9,7
4,3
16,7
15,9
9,2
3,8
0,65
0,63
0,62
0,60
0,67
0,64
0,63
0,62
0,65
0,65
0,63
0,63
0,67
0,66
0,65
0,64
56
Из табл. 3.2 видно, что влияние добавок туфового песка на прочностные и
жаростойкие свойства цементного камня и бетона на портландцементе ПЦ500Д20 аналогично составам на портландцементе ПЦ500-Д0. Вместе с тем, введение небольшого количества добавки (20–40 %) значительно снижает прочность
на сжатие цементного камня и бетона (в 3–5 раз), что обусловлено наличием
активной минеральной добавки в самом портландцементе ПЦ500-Д20. Гранулометрический состав добавки не оказывает существенного влияния на свойства цементного камня и бетона.
Выше было отмечено, что Кабардино-Балкарская республика располагает
большими запасами пемзовых песков с насыпной плотностью 600–700 кг/м3.
Исследования жаростойких и огнезащитных композитов с применением вулканической пемзы ранее не проводились. Вместе с тем характеристики пемзы могут позволить получать эффективные композиты с улучшенными физикомеханическими свойствами.
Дальнейшие исследования были направлены на определение жаростойких свойств бетонной матрицы с применением вулканической пемзы.
Образцы размерами 4х4х16 см из смеси уплотняли на стандартной виброплощадке. Подвижность смеси составляла 3-5 см по погружению конуса
СтройЦНИЛ. Образцы хранились в воздушно-сухих условиях. Перед испытанием балочки высушивались при t = 105 оC до постоянной массы в сушильном
шкафу.
Результаты исследований жаростойких свойств образцов на портландцементе ПЦ500-Д0 без добавок и с добавками вулканической пемзы приведены в
табл. 3.3.
57
Таблица 3.3
Жаростойкие свойства композита с применением вулканической пемзы
Свойства цементного камня (композита)
Количество средняя плотность (кг/м3) предел прочности при предел прочности при
добавки
изгибе (МПа) в
сжатии (МПа) в
, в возрасте, сут
пемзы в % по
возрасте, сут
возрасте, сут
28
28
28
массе от
о
цемента
температура нагрева, С температура нагрева, температура нагрева, оС
о
105
600
800
105
600
800
105
600
800
ПЦ500-ДО, без добавки
0
1788
1769
1760
5,8
5,3
4,4
46,0
26,7
23,2
ПЦ500-ДО, добавка пемзы с размерами зерен 0<d<0,16 мм
1609
1538
1528
6,3
39,5
25,4
24,2
30
6,4
6,3
ПЦ500-ДО, добавка пемзы с размерами зерен 0<d<0,31 мм
1764
1746
1717
20
7,6
7,4
6,2
32,2
31,4
27,6
1787
1753
1733
40
5,4
5,0
3,6
28,5
24,0
23,3
1725
1700
1680
60
4,9
4,6
3,5
16,2
15,5
14,7
ПЦ500-ДО, добавка пемзы с размерами зерен 0<d<0,63 мм
1750
1692
1682
20
7,4
7,0
6,1
35,5
32,8
32,4
1656
1623
1606
40
6,8
6,3
6,2
25,1
23,1
21,7
1511
1490
1469
60
4,6
4,2
3,7
13,7
12,8
12,5
ПЦ500-ДО, добавка пемзы с размерами зерен 0<d<1,25 мм
1711
1684
1673
20
7,1
6,5
5,3
30,7
27,6
22,4
1630
1607
1534
40
7,4
6,6
6,1
20,8
18,9
15,6
1423
1392
1385
60
3,9
3,7
3,3
10,8
8,2
8,0
Из таблицы следует, что введение пемзового песка фракции d<0,16 мм до
30 % от массы портландцемента заметно повышает жаростойкие свойства цементного камня, при этом прочность на изгиб возрастает, а прочность на сжатие незначительно снижается. Это обусловлено пуццолановыми свойствами
мелкодисперсной фракции пемзового песка. Использование пемзового песка
более крупных фракций в большей степени снижает прочность на сжатие композита, но при этом существенно повышаются их жаростойкие свойства при
одновременном уменьшении средней плотности.
Таким образом, применение мелкодисперсных отходов пиления вулканического туфа и пемзы позволит уменьшить расход портландцемента и повысить
жаростойкие свойства цементного камня и бетонов на их основе, что важно для
их применения в огнезащитных бетонах.
58
Вместе с тем для рассева туфового песка и вулканической пемзы на
фракции требуется дополнительное оборудование, это приводит к дополнительным расходам, что целесообразно только при значительном улучшении
прочностных характеристик композита.
Из литературных источников следует, что для существенного улучшения
физико-механических свойств бетона, в том числе жаростойких, эффективно
использование дисперсное армирование волокнами.
Поэтому дальнейшие исследования были направлены на изучение влияния параметров армирования базальтовыми волокнами на свойства бетонной
матрицы с применением вулканической пемзы.
3.2. Влияние параметров армирования на свойства
жаростойкого композита с применением вулканической пемзы
Для изучения влияния параметров фибрового армирования были проведены предварительные эксперименты, в результате которых определено значение процента дисперсного армирования µ = 1,2 % по объему отрезками длиной
13 мм, при котором наблюдается максимальный рост прочности фибробетонного композита.
С учетом результатов предварительных экспериментов реализован ротатабельный план второго порядка типа правильного шестиугольника с центральными точками [129–132]. Геометрическая интерпретация такого плана
представлена на рис. 3.2.
59
Рис. 3.2. План эксперимента
Основные параметры фибрового армирования исследовались в качестве
варьируемых факторов:
- Х1 – процент армирования по объему
µv ;
- Х2 – отношение длины волокон к их диаметру l d (варьировалось путем изменения длины волокон l ).
В качестве параметров оптимизации рассматривались прочностные характеристики композита в возрасте 28 суток естественного твердения и нагрева
до температуры 105 оС и 800 оС:
- Y1 – предел прочности при сжатии Rсж, МПа;
- Y2 – предел прочности при изгибе Rизг, МПа.
Из рис. 3.1 следует, что план требует для фактора Х1 пяти уровней, а для
фактора Х2 – трех уровней варьирования переменных:
-
для Х1 – (–1; –0.5; 0; +0.5; +1);
-
для Х2 – (–0,87; 0; –0.87).
60
Таким образом, матрица эксперимента имеет следующий вид (табл. 3.4).
За основные уровни для факторов приняты значения этих величин, полученные
в результате предварительных экспериментов.
Таблица 3.4
Матрица эксперимента
N/N
Натуральные
переменные
Матрица эксперимента
х1
х2
Х1
Х2
Х12
Х22
Х1*Х2
1
0,5
1444
-1
0
+1
0
0
2
1,5
1444
+1
0
-1
0
0
3
1,25
2444
+0,5
+0,87
+0,25
+0,75
+0,43
4
1,25
444
+0,5
-0,87
+0,25
+0,75
-0,43
5
0,75
2444
-0,5
+0,87
+0,25
+0,75
-0,43
6
0,75
444
-0,5
-0,87
+0,25
+0,75
+0,43
7
1,0
1444
0
0
0
0
0
Соотношение компонентов в смеси и прочностные свойства бетонной
матрицы для армирования базальтовыми фибрами приведены в табл. 3.5.
Таблица 3.5
Соотношение компонентов в смеси и свойства бетонной матрицы
№
состава
1
1
Соотношение
компонентов в смеси,
мас. %
портландцемент
ПЦ500-ДО
2
60
предел прочности
при сжатии (МПа)
предел прочности
при изгибе (МПа)
температура нагрева, температура нагрева,
пемза
о
о
С
С
фракции
105
800
105
800
0–1,25 мм
3
4
5
6
7
40
20,8
15,6
7,4
6,1
Результаты экспериментов приведены в табл. 3.6, 3.7, 3.8 и 3.9.
61
Таблица 3.6
Результаты испытания образцов на сжатие в возрасте
28 суток естественного твердения и нагрева до температуры 105 оС
Значения параллельных измерений
Сред.
Коэф.
ДисперОшибка
функции отклика Y1, МПа
знач. Y1,
N/N
вариации,
2
Sj
сия Sj
%
y1
y2
y3
y4
y5
y6
МПа
1 25,67 25,96 25,55 25,70 25,78 25,74 25,73
0,02
0,01
0,14
2 24,81 24,79 24,73 24,73 24,66 24,98 24,78
0,01
0,00
0,11
3 25,36 25,11 25,48 25,49 25,23 24,47 25,19
0,15
0,02
0,38
4 24,35 24,56 24,22 23,95 24,10 23,98 24,19
0,05
0,01
0,23
5 26,43 26,50 26,31 26,25 26,31 26,44 26,37
0,01
0,00
0,10
6 24,73 24,79 25,10 24,98 24,79 24,60 24,83
0,03
0,01
0,18
7 27,13 27,01 27,20 27,07 26,88 26,94 27,04
0,01
0,00
0,12
Таблица 3.7
Результаты испытания образцов на изгиб в возрасте
28 суток естественного твердения и нагрева до температуры 105 оС
Значения параллельных измерений
Сред.
Коэф.
ДисперОшибка
функции
отклика
Y
,
МПа
знач.
Y
,
N/N
1
1
2 вари-ации,
Sj
сия Sj
%
МПа
y1
y2
y3
y4
y5
y6
1 12,24 12,37 11,98 12,37 12,05 11,98 12,17
0,03
0,02
0,19
2 12,88 13,19 13,20 12,75 12,87 13,07 12,99
0,03
0,01
0,19
3 12,62 12,75 12,75 12,50 12,56 12,62 12,63
0,01
0,01
0,10
4 12,24 12,49 11,98 12,11 12,24 12,37 12,24
0,03
0,01
0,18
5 12,37 12,50 12,56 12,24 12,30 12,37 12,39
0,01
0,01
0,12
6 12,05 12,18 12,31 11,92 11,86 11,98 12,05
0,03
0,01
0,17
7 13,32 13,45 13,20 13,31 13,36 13,26 13,31
0,01
0,01
0,09
62
Таблица 3.8
Результаты испытания образцов на сжатие в возрасте
28 суток естественного твердения и нагрева до температуры 800 оС
Значения параллельных измерений
Сред.
Коэф.
ДисперОшибка
функции
отклика
Y
,
МПа
знач. Y1,
N/N
1
2 вари-ации,
Sj
сия Sj
%
y1
y2
y3
y4
y5
y6
МПа
1 20,88 21,01 20,75 20,75 20,95 20,43 20,80
0,04
0,01
0,21
2 20,04 19,91 20,30 20,11 19,98 19,85 20,03
0,03
0,01
0,16
3 20,43 20,24 20,50 20,56 20,30 20,36 20,40
0,01
0,01
0,12
4 20,11 19,56 19,65 20,13 19,86 19,98 19,88
0,06
0,01
0,24
5 20,84 21,02 20,83 21,27 20,86 20,75 20,93
0,04
0,01
0,19
6 20,11 20,30 20,11 19,91 19,98 19,79 20,03
0,03
0,01
0,18
7 21,20 21,03 21,53 21,23 21,13 21,31 21,24
0,03
0,01
0,17
Таблица 3.9
Результаты испытания образцов на изгиб в возрасте
28 суток естественного твердения и нагрева до температуры 800 оС
Значения параллельных измерений
Сред.
Коэф.
ДисперОшибка
функции отклика Y1, МПа
знач. Y1,
N/N
2 вари-ации,
Sj
сия Sj
%
y1
y2
y3
y4
y5
y6
МПа
1 11,16 11,03 11,09 10,97 11,14 11,36 11,13
0,02
0,01
0,13
2 11,94 11,88 12,07 11,66 11,81 12,00 11,89
0,02
0,01
0,15
3 11,55 11,42 11,62 11,61 11,55 11,62 11,56
0,01
0,01
0,08
4 11,23 11,36 11,29 11,09 11,04 11,16 11,20
0,01
0,01
0,12
5 11,36 11,49 11,55 11,23 11,16 11,22 11,34
0,03
0,01
0,16
6 11,03 10,97 11,03 11,14 10,99 11,03 11,03
0,00
0,01
0,06
7 12,20 12,33 12,07 12,27 12,14 12,10 12,20
0,01
0,01
0,10
63
После проведения эксперимента и обработки результатов эксперимента
получены следующие уравнения регрессии композита в возрасте 28 суток естественного твердения и нагрева до температуры 105 оС в кодированном виде:
Y = 27,04 − 0,92 X + 0,73 X 2 − 1,32 X 2 − 2,08 X 2 − 0,32 X X ;
1 2
1
1
1
2
Y = 13,3 + 0,42 X + 0,21X 2 − 0,94 X 2 − 0,99 X 2 + 0,32 X X ;
2
1
1
2
1 2
По приведенным выше уравнениям построены поверхности отклика (рис.
3.3).
Рис. 3.3. Поверхности отклика. Здесь: Rсж – предел прочности при сжатии, МПа;
Rизг – предел прочности при изгибе, МПа; l/d – отношение длины волокон к их
диаметру; µ − процент армирования по объему
После проведения эксперимента и обработки результатов эксперимента
получены следующие уравнения регрессии композита в возрасте 28 суток естественного твердения и нагрева до температуры 800 оС в кодированном виде:
Y = 21,23 − 0,48 X + 0,4 X 2 − 0,58 X 2 − 1,04 X 2 − 0,22 X X ;
1
1
1
2
1 2
Y = 12,2 + 0,39 X + 0,19 X 2 − 0,88 X 2 − 0,93 X 2 + 0,04 X X ;
2
1
1
2
1 2
64
По приведенным выше уравнениям построены поверхности отклика (рис.
3.4).
Рис. 3.4. Поверхности отклика. Здесь: Rсж – предел прочности при сжатии, МПа;
Rизг – предел прочности при изгибе, МПа; l/d – отношение длины волокон к их
диаметру; µ − процент армирования по объему
Результаты исследований показали, что в области плана с µν = 0,85...1,15 %
и l d = 1444 отмечаются наибольшие значения предела прочности на сжатие и
изгиб. Увеличение процента армирования базальтовыми волокнами матрицы
приводит к уменьшению прочностных характеристик композита, что обусловлено ухудшением их структуры.
Эксперименты показали, что разработанные композиты имеют меньшую
усадку при воздействии температуры 800 оС по сравнению с исходной бетонной
матрицей, усадка снижается с 0,7 до 0,5 %. Кроме того, дисперсное армирование бетонной матрицы базальтовыми волокнами обеспечивает меньшее снижение прочностных характеристик при воздействии высоких температур, т.е.
лучшую сохранность композита.
65
3.3. Влияние соотношения компонентов на свойства жаростойкого
фибровермикулитобетонного композита с применением вулканических
горных пород
Для максимального снижения плотности и коэффициента теплопроводности в легких жаростойких и огнезащитных бетонах в качестве заполнителя
используют вспученный вермикулит и перлит.
Теплозащитные штукатурки и плиты на основе вспученного вермикулита, портландцемента и гипса относятся к наиболее эффективным средствам огнезащиты строительных конструкций [9, 56, 57, 60, 133]. Благодаря высокой
температуре плавления (1380 оС) и низкому коэффициенту теплопроводности
(0,04 – 0,06 Вт/(м*К), вспученный вермикулит нашел широкое применение в
жаростойких бетонах и для специальной теплоизоляции [2, 16, 134]. Цементные
вермикулитовые огнезащитные штукатурки широко применяют со средней
плотностью от 450 кг/м3 до 1200 кг/м3 и теплопроводностью 0,08–0,3 Вт/(м•К).
Как было отмечено выше, в жаростойкие бетоны на основе портландцемента вводят тонкомолотые добавки для устранения отрицательного влияния
вторичной гидратации оксида кальция на свойства бетона [135].
С целью снижения расхода портландцемента в вермикулитобетоне и повышения их жаростойких свойств исследовалось влияние замены части портландцемента
вулканическим
пеплом
Заюковского
месторождения.
Максимальный размер зерен пепла составлял 0,16 мм, количество – 30 % по
массе от портландцемента по результатам ранее проведенных исследований. В
качестве вяжущего вещества использовали портландцемент: ПЦ500-ДО производства ЗАО «Белгородский цемент».
Образцы размерами 4х4х16 см из вермикулитобетонной смеси формовали
на стандартной виброплощадке. Смеси готовились в высокоскоростных смесителях. Вначале готовилась смесь из воды, портландцемента и пепла, затем вводился вспученный вермикулит, затем проводилось повторное перемешивание
смеси до получения однородной массы. Образцы формовались из вермикулито66
бетонной смеси подвижностью 3-5 см, определяемая по погружению эталонного конуса. Образцы хранили в воздушно-сухих условиях в течение 28 сут. Затем их высушивали в сушильном шкафу при температуре 105 оС до постоянной
массы, после образцы нагревали в муфельной печи со скоростью подъема температуры 150 град.С/ч до 600, 800 оС, выдерживали при требуемой температуре
4 ч и остывали вместе с печью до комнатной температуры.
В таблице 3.10. приведены составы и свойства вермикулитобетонов с
применением вулканического пепла.
Таблица 3.10
Физико-механические свойства вермикулитобетонов
Свойства вермикулитобетона
предел прочности при
предел прочности при
Цемент :
3
изгибе
(МПа)
в
возрасте
сжатии
(МПа) в возрасте
средняя плотность, кг/м
№№ вермикул Добавка
28 сут
28 сут
составов ит по
пепла
объему
температура нагрева, оС температура нагрева, оС температура нагрева, оС
1
1
2
3
4
5
6
2
1:2
1:2
1:3
1:3
1:4
1:4
3
–
+
–
+
–
+
22
4
950
957
796
804
684
664
105
5
937
930
746
762
643
625
800
6
839
849
684
703
525
495
105
7
3,4
3,1
2,7
2,5
1,6
1,4
600
8
2,6
2,7
1,8
1,7
1,3
1,1
800
9
2,3
2,4
1,3
1,4
1,2
1,0
105
10
11,0
9,4
6,5
5,9
3,4
3,1
600
11
8,1
7,7
5,1
4,8
2,6
2,5
800
12
7,3
7,1
4,6
4,4
2,3
2,2
Результаты исследований показывают, что на среднюю плотность вермикулитобетона не влияет наличие вулканического пепла в составе. Введение
гидравлически активных мелкодисперсных частиц пепла размерами зерен 0–
0,16 мм до 30 % цемента заметно не снижает прочностные характеристики вермикулитобетона в возрасте 28 сут. Пределы прочности на изгиб и сжатие вермикулитобетонов без добавок и с добавкой пепла после нагрева образцов до
600 оС и 800 оС примерно одинаковы. Процент снижения прочности вермикулитобетонных образцов при нагреве до 600 оС и 800 оС с добавкой пепла меньше.
Разработанные вермикулитобетонные композиты имеют такие недостатки как хрупкость, относительно низкая прочность на изгиб и сжатие. Устране67
ние отмеченных недостатков возможно за счет дисперсного армирования бетонной матрицы. Свойства фиброармированных композитов исследовались с
применением ротатабельного плана второго порядка типа правильного шестиугольника.
В таблице 3.11 приведены составы и физико-механические свойства исходной вермикулитобетонной матрицы.
Таблица 3.11
Составы и физико-механические свойства
исходной вермикулитобетонной матрицы
Соотношение компонентов в
смеси, мас. %
Цемент :
вермикулит по
объему
пепел
1
1:4
2
+
Средняя
плотность, ρ,
кг/м3
3
605
Предел прочности в
возрасте 28 сут при
температуре нагрева 600
о
С, МПа
на сжатие
на изгиб
4
2,2
5
1,4
Основные параметры фибрового армирования исследовались в качестве
варьируемых факторов: X 1 – процент армирования по объему µv , %; X 2 – отношение длины волокон к их диаметру l d .
В качестве параметров оптимизации рассматривались: Y1 – предел прочности при сжатии Rсж , МПа; Y2 – предел прочности при изгибе Rизг , МПа.
Матрица эксперимента имеет следующий вид (табл. 3.12).
68
Таблица 3.12
Матрица эксперимента
Натуральные
переменные
N/N
Матрица эксперимента
х1
х2
Х1
Х2
Х12
Х 22
Х1*Х2
1
0,3
1444
-1
0
+1
0
0
2
0,9
1444
+1
0
-1
0
0
3
0,75
2221
+0,5
+0,87
+0,25
+0,75
+0,43
4
0,75
667
+0,5
-0,87
+0,25
+0,75
-0,43
5
0,45
2221
-0,5
+0,87
+0,25
+0,75
-0,43
6
0,45
667
-0,5
-0,87
+0,25
+0,75
+0,43
7
0,6
1444
0
0
0
0
0
Результаты эксперимента приведены в табл. 3.13 и 3.14.
Таблица 3.13
Результаты испытания образцов на сжатие
N/N
1
2
3
4
5
6
7
Значения параллельных измерений
Сред.
Коэф.
ДисперОшибка
функции отклика Y1, МПа
знач. Y1,
2 вари-ации,
Sj
сия Sj
%
y1
y2
y3
y4
y5
y6
МПа
2,65 2,70 2,55 2,50 2,70 2,60
2,60
0,01
0,03
0,08
2,50 2,60 2,40 2,45 2,50 2,35
2,50
0,01
0,04
0,09
2,05 2,00 2,10 2,15 2,20 2,10
2,10
0,01
0,03
0,07
1,95 1,90 2,00 2,05 1,90 1,92
1,90
0,00
0,03
0,06
2,30 2,20 2,45 2,50 2,20 2,30
2,30
0,02
0,05
0,13
2,40 2,45 2,25 2,30 2,45 2,35
2,40
0,01
0,03
0,08
2,70 2,75 2,85 2,90 2,60 2,75
2,80
0,01
0,04
0,11
Таблица 3.14
Результаты испытания образцов на изгиб
N/N
1
2
3
4
5
6
7
Значения параллельных измерений
функции отклика Y1, МПа
y1
1,40
2,30
1,60
1,60
1,95
1,97
2,40
y2
1,30
2,10
1,50
1,65
2,10
1,90
2,50
y3
1,45
2,20
1,65
1,60
1,80
1,75
2,30
y4
1,30
2,25
1,70
1,70
1,75
2,00
2,35
y5
1,35
2,20
1,60
1,75
1,70
1,90
2,40
y6
1,38
2,25
1,50
1,50
1,90
1,90
2,40
Сред.
Коэф.
ДисперОшибка
знач. Y1,
2 вари-ации,
Sj
сия Sj
%
МПа
1,40
2,20
1,60
1,60
1,90
1,90
2,40
0,00
0,00
0,01
0,01
0,02
0,01
0,00
0,04
0,03
0,05
0,05
0,08
0,05
0,03
0,06
0,07
0,08
0,09
0,15
0,09
0,07
69
После проведения эксперимента и обработки результатов эксперимента
получены следующие уравнения регрессии композита в кодированном виде:
Y = 2,8 − 0,15 X + 0,03 X − 0,25 X 2 − 0,75 X 2 + 0,17 X X ;
1 2
1
1
2
1
2
Y = 2,4 + 0,17 X − 0,6 X 2 − 0,67 X 2 .
2
1
1
2
По приведенным выше уравнениям построены поверхности отклика (рис.
3.5).
Рис. 3.5. Поверхности отклика:
Rсж – предел прочности на сжатие, МПа; Rизг – предел прочности при изгибе, МПа; l d – отношение длины волокон к их диаметру; µv − процент армирования по объему
Результаты исследований показали, что в области плана с µ ≈ 0,45 − 0,75%
ν
и l d = 1444 отмечаются наибольшие значения предела прочности на сжатие, а
при значениях µ ≈ 0,6 − 0.75% и l d = 1444 – предела прочности на изгиб. Увелиν
чение процента армирования базальтовыми волокнами вермикулитобетонной
матрицы приводит к уменьшению прочностных характеристик композита, что
обусловлено ухудшением их структуры.
70
Таким образом, разработаны жаростойкие фибровермикулитобетонные
композиты, позволяющие сократить расход цемента, повысить их прочностные
и жаростойкие свойства.
Далее исследовались жаростойкие композиты с применением вспученного вермикулита и вулканической пемзы (табл. 3.15).
Таблица 3.15
Физико-механические свойства жаростойких композитов
с применением вулканической пемзы
Характеристики вермикулитобетонного композита
предел прочности при
предел прочности при
№№
3
средняя плотность, кг/м
изгибе (МПа) в возрас- сжатии (МПа) в возрасте
соте 28 сут
28 сут
ставо
о
о
температура нагрева, С температура нагрева, С температура нагрева, оС
в
105
600
800
105
600
800
105
600
800
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Цемент : вермикулит по объему – 1:3
1
720
715
710
1,6
1,3
1,0
2,9
2,2
2,1
Цемент : вермикулит по объему – 1:3 с добавкой пемзы фракции 0–0,16 мм
по массе от цемента
2
723
712
707
1,4
1,26
0,9
2,4
1,8
1,7
Цемент : пемза (фракции 0–1,25 мм) по объему – 1:3
3
1461
1436
1426
3,2
2,2
1,9
11,9
7,4
6,7
Цемент : пемза (фракции 0,16–0,315 мм)+вермикулит фракции 0,315–5 мм
вместо пемзы фракции 0,315–1,25 мм по объему – 1:3
4
1676
1657
1650
3,6
2,9
1,9
14,0
10,7
8,5
Цемент : пемза (фракции 0,16–0,63 мм)+вермикулит фракции 0,63–5 мм
вместо пемзы фракции 0,63–1,25 мм по объему – 1:3
5
1303
1288
1280
2,1
1,9
1,9
8,8
6,5
6,4
Результаты исследований показали, что замена части портландцемента
вулканической пемзой фракции 0–0,16 мм до 30 % по массе повышает жаростойкие свойства вермикулитобетона при незначительном снижении их прочностных свойств. Кроме того, замена части пемзового песка фракции 0,63–1,25
мм вспученным вермикулитом по объему позволяет повысить жаростойкие
свойства композита и снизить их среднюю плотность.
Таким образом, с применением вулканической пемзы можно получать
эффективные жаростойкие композиты различной плотности, с меньшим расходом портландцемента.
71
Вспученный вермикулит является дорогостоящим материалом, поэтому
рассматривалась возможность замены части вермикулита фракции 0,16–5 мм
вулканической пемзой (табл. 3.16).
Таблица 3.16
Физико-механические свойства вермикулитобетонных жаростойких
композитов с применением вулканической пемзы
Цемент :
вермикулит по
объему
Замена части
вермикулита
пемзой по объему
1
1:3
1:3
2
–
пемза фракции
0,16–0,315 мм
пемза фракции
0,16–0,63 мм
–
пемза фракции
0,16–0,63 мм
1:3
1:4
1:4
Характеристики вермикулитобетонного композита
предел прочности предел прочности
средняя плотпри изгибе (МПа) при сжатии (МПа)
ность, кг/м3
в возрасте 28 сут
в возрасте 28 сут
температура натемпература натемпература нагрева, оС
грева, оС
грева, оС
105
600 800 105
600 800
105 600 800
3
4
5
6
7
8
9
10
11
723
712 707 1,4
1,3
0,9
2,4
1,8
1,7
847
820 812 2,0
1,8
1,7
3,5
2,9
2,7
1068
684
855
105
4
643
832
103
1
525
828
2,4
2,1
2,0
3,6
3,2
3,1
1,6
1,9
1,3
1,5
1,2
1,3
3,4
3,5
2,6
2,8
2,3
2,6
Из таблицы 3.16 следует, что пемзой можно заменить часть дорогостоящего вермикулита без существенного увеличения средней плотности композита, при этом прочностные характеристики возрастают.
Разработанные вермикулитобетонные композиты имеют такие недостатки как хрупкость, относительно низкая прочность на изгиб и сжатие. Для получения
композитов
с
улучшенными
прочностными,
жаростойкими
и
огнезащитными характеристиками было исследовано влияние параметров фибрового армирования базальтовыми волокнами и воздухововлекающей добавки
СДО на свойства композитов (табл. 3.17). Процент армирования по объему, отношение длины базальтовых волокон к их диаметру и количество добавки СДО
принимались исходя из результатов ранее проведенных исследований фибровермикулитобетонных композитов с применением вулканического пепла [136].
72
Таблица 3.17
Физико-механические свойства фибровермикулитобетонных композитов
Характеристики фибровермикулитобетонного композита
Цемент :
вермикулит
по объему
1
1:3
1:3
1:4
1:4
средняя плотность, кг/м3
предел прочности
при изгибе (МПа)
в возрасте 28 сут
предел прочности
при сжатии (МПа)
в возрасте 28 сут
температура
нагрева, оС
105 600 800
5
6
7
847 820 812
температура нагрева, оС
105 600 800
8
9
10
2,0
1,8
1,7
температура нагрева, оС
105 600
800
11
12
13
3,5
2,9
2,7
0,6
805
780
772
3,4
3,2
3,1
4,5
3,8
3,6
–
–
855
832
828
1,9
1,5
1,3
3,5
2,8
2,6
0,3
0,6
812
792
786
3,3
3,1
3,0
4,4
3,7
3,5
Замена части
вермикулита
пемзой по
объему
СДО в
% от
массы
цемента
Процент армирования
волокнами по
объему
2
пемза фракции 0,16–
0,315 мм
пемза фракции 0,16–
0,315 мм
пемза фракции 0,16–
0,63 мм
пемза фракции 0,16–
0,63 мм
3
–
4
–
0,3
Из результатов исследований следует, что введение воздухововлекающей
добавки СДО позволяет снизить среднюю плотность композита на 30–40 кг/м3,
что повысит их огнезащитные свойства. Дисперсное армирование базальтовыми волокнами существенно повышает прочностные и жаростойкие характеристики композита.
Выводы по третьей главе
1. Предложены сырьевые смеси для изготовления жаростойких композитов на основе вулканического туфа и пемзы с максимальной температурой
применения 800 оС, обеспечивающие уменьшение удельного расхода портландцемента на 20-30 %.
2. Влияние зернового состава туфового песка и пемзы на характеристики
жаростойкого композита неоднозначно. Применение мелкодисперсных отходов
пиления вулканического туфа и пемзы позволяет уменьшить расход портландцемента, повысить прочность на изгиб и жаростойкие свойства цементного
камня и бетонов на их основе. Оптимальное сочетание в смеси мелких и круп-
73
ных фракций обеспечивает максимальный предел прочности на сжатие композита.
3. Дисперсное армирование базальтовыми волокнами жаростойкого композита на пемзе оказывает положительное влияние на прочностные характеристики при нагреве до температуры 105 оС и 800 оС. Наибольшие значения
прочности на изгиб и сжатие композита достигаются при проценте армирования µν = 0,85...1,15 % по объему и отношению длины волокон к диаметру
l
d
= 1444 .
4. Дисперсно-армированные композиты на пемзе имеют меньшую усадку
при воздействии температуры 800 оС по сравнению с исходной бетонной матрицей, усадка снижается с 0,7 до 0,5 %. Кроме того, армирование базальтовыми
волокнами матрицы обеспечивает меньшее снижение прочностных характеристик при воздействии высоких температур, т.е. лучшую сохранность композита.
5. Предложены жаростойкие фибровермикулитобетонные композиты с
максимальной температурой применения 800 оС с применением вулканического пепла и пемзы, снижающие расход портландцемента на 30 % и дорогостоящего вспученного вермикулита в 2,5 раза без потери прочности.
6. Введение добавки СДО 0,2–0,4 % от массы вяжущего в смесь улучшает
ее реологические характеристики, снижает среднюю плотность композита на
30–50 кг/м3.
7. Дисперсное армирование базальтовыми волокнами композита повышает жаростойкие и прочностные характеристики исходной вермикулитобетонной
матрицы с применением вулканического пепла и пемзы. При этом наибольшие
значения прочности на сжатие наблюдаются в области плана с µ ≈ 0,45 − 0,75% и
ν
l
d
= 1444 , а прочности на изгиб – µν ≈ 0,6 − 0.75% и l
d
= 1444 .
74
Глава 4. РАЗРАБОТКА ОГНЕЗАЩИТНЫХ ЦЕМЕНТНЫХ
ФИБРОВЕРМИКУЛИТОБЕТОННЫХ КОМПОЗИТОВ С
ПРИМЕНЕНИЕМ ВУЛКАНИЧЕСКИХ ГОРНЫХ ПОРОД
4.1. Влияние соотношения компонентов на свойства вермикулитобетонного
огнезащитного композита с применением вулканических горных пород
Ранее проведенные исследования показали, что для огнезащиты строительных конструкций эффективны вермикулитобетоны со средней плотностью
500 – 800 кг/м3 составов (вяжущее : вермикулит) 1 : 2, 1 : 3 и 1 : 4 по объему [1,
42, 66, 133]. Дальнейшее уменьшение средней плотности не приводит к повышению огнезащитных свойств и не достигается требуемая прочность вермикулитобетона [42].
Многочисленными исследованиями выявлено, что вермикулитобетоны на
цементных вяжущих обладают высокими огнезащитными и эксплуатационными свойствами, что позволяет использовать их в различных областях строительства [1, 9, 42, 64]. Недостатками этих составов являются высокий расход
портландцемента, относительно высокий коэффициент теплопроводности при
высоких температурах во время пожара.
Одним из материалов, являющихся эффективной заменой части портландцемента и заполнителя для огнезащитных составов, могут быть вулканические горные породы. Используемый заполнитель – вулканический пепел
является гидравлически активной тонкомолотой добавкой, то есть вступает в
реакцию гидратации с составляющими цемента. Поэтому сульфатные и щелочные активизаторы можно применять для усиления гидравлической активности
вулканического пепла.
В работе [103] выявлено, что в пенобетонах на вулканических горных породах портландцемент можно заменить известью на 50 % и гипсом на 2 %. Поэтому в
исследованиях
для
уменьшения
расхода
портландцемента
в
разрабатываемых огнезащитных композитах с применением вулканического
75
пепла в качестве возбудителей скрытой гидравлической активности использовались известь-кипелка и полуводный гипс.
Образцы размерами 4х4х16 см из вермикулитобетонной смеси формовали
на стандартной виброплощадке. Смеси готовились в высокоскоростных смесителях. Вначале готовилась смесь из воды, портландцемента и пепла, затем вводился вспученный вермикулит, затем проводилось повторное перемешивание
смеси до получения однородной массы. Образцы формовались из вермикулитобетонной смеси подвижностью 3-5 см, определяемая по погружению эталонного конуса. Образцы хранили в воздушно-сухих условиях в течение 28 сут.
Перед испытаниями образцы высушивались до постоянной массы при t = 105
о
C в сушильном шкафу.
Воздушную комовую известь предварительно дробили в щековой дро-
билке, затем тонко измельчали в шаровой мельнице. Исходя из результатов ранее проведенных исследований [68] соотношение известь : вулканический
пепел принималось равным 0,9.
В смесь добавлялась смола древесная омыленная для улучшения реологических свойств, снижения плотности композита и тем самым повышения их
огнезащитных свойств. Результаты исследований приведены в табл. 4.1.
76
Таблица 4.1
Соотношение компонентов в смеси и физико-механические свойства
вермикулитобетонных композитов
Соотношение компонентов в смеси, мас.
%
№№
цемент верми- пепел известь гипс
составов
кулит
1
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
2
71,9
50,3
22,5
22,5
22,5
22,5
62,1
43,5
19,6
19,6
19,6
19,6
56,2
39,3
17,9
17,9
17,9
17,9
3
29,1
29,1
28,3
28,3
28,3
28,3
37,9
37,9
38,1
38,1
38,1
38,1
43,8
43,8
44,3
44,3
44,3
44,3
4
–
21,4
25,8
25,8
25,8
25,8
–
18,4
21,9
21,9
21,9
21,9
–
16,7
19,2
19,2
19,2
19,2
5
–
–
22,5
22,5
22,5
22,5
–
–
19,6
19,6
19,6
19,6
–
–
17,9
17,9
17,9
17,9
Предел
прочности,
Количество
Средняя
МПа
СДО в % от
плотность
массы
на
на
3
ρ, кг/м
вяжущего
сжатие изгиб
6
–
–
0,9
0,9
0,9
0,9
–
–
0,8
0,8
0,8
0,8
–
–
0,7
0,7
0,7
0,7
7
–
–
–
0,1
0,2
0,3
–
–
–
0,1
0,2
0,3
–
–
–
0,1
0,2
0,3
8
750
762
750
720
710
710
595
600
590
570
560
540
500
510
500
480
470
460
9
6,2
5,9
6,0
6,2
6,15
6,0
2,9
2,7
2,8
2,9
2,8
2,7
1,8
1,7
1,7
1,8
1,7
1,6
10
2,7
2,5
2,4
2,6
2,5
2,4
1,6
1,5
1,4
1,35
1,3
1,2
0,65
0,6
0,65
0,7
0,6
0,5
Из табл. 4.1 следует, что предлагаемые составы при меньшем расходе
портландцемента и плотности имеют равную прочность на сжатие и изгиб к
контрольным составам, что обусловлено пористостью и гидравлической активностью вулканического пепла, а также воздухововлечением СДО. Использование негашеной извести и гипса в качестве возбудителя скрытой гидравлической
активности вулканического пепла позволил значительно сократить расход цемента без снижения прочности огнезащитного композита. Введение воздухововлекающей
добавки
СДО
0,1–0,3
%
от
массы
цемента
улучшает
реологические свойства вермикулитобетонной смеси, кроме того плотность
вермикулитобетонного композита уменьшается на 40–50 кг/м3.
77
Разработанные вермикулитобетонные композиты имеют такие недостатки как хрупкость, относительно низкая прочность на изгиб и сжатие. Устранение отмеченных недостатков возможно за счет дисперсного армирования
бетонной матрицы. Свойства фиброармированных композитов исследовались с
применением ротатабельного плана второго порядка типа правильного шестиугольника.
В таблице 4.2 приведены составы и физико-механические свойства исходной вермикулитобетонной матрицы.
Таблица 4.2
Соотношение компонентов в смеси и физико-механические свойства
вермикулитобетонного композита
Соотношение компонентов в смеси, мас.
Количество Средняя
%
плотСДО в % от
ность, ρ,
массы
верми3
цемент
пепел известь гипс вяжущего
кг/м
кулит
1
19,6
2
38,1
3
21,9
4
19,6
5
0,8
6
0,1
7
570
Предел
прочности,
МПа
на
на
сжатие изгиб
8
9
2,8
1,4
Основные параметры фибрового армирования исследовались в качестве
варьируемых факторов: X 1 – процент армирования по объему µv , %; X 2 – отношение длины волокон к их диаметру l d . Параметры оптимизации: Y1 – предел прочности при сжатии Rсж , МПа; Y2 – предел прочности при изгибе Rизг ,
МПа. Матрица эксперимента представлена в табл. 4.3.
78
Таблица 4.3
Матрица эксперимента
Натуральные
переменные
N/N
Матрица эксперимента
х1
х2
Х1
Х2
Х12
Х 22
Х1*Х2
1
0,3
1444
-1
0
+1
0
0
2
0,9
1444
+1
0
-1
0
0
3
0,75
2221
+0,5
+0,87
+0,25
+0,75
+0,43
4
0,75
667
+0,5
-0,87
+0,25
+0,75
-0,43
5
0,45
2221
-0,5
+0,87
+0,25
+0,75
-0,43
6
0,45
667
-0,5
-0,87
+0,25
+0,75
+0,43
7
0,6
1444
0
0
0
0
0
Результаты эксперимента приведены в табл. 4.4 и 4.5.
Таблица 4.4
Результаты испытания образцов на сжатие
N/N
1
2
3
4
5
6
7
Значения параллельных измерений
функции отклика Y1, МПа
y1
3,60
3,15
2,90
2,50
3,15
3,20
3,55
y2
3,55
3,25
2,70
2,70
3,05
3,20
3,70
y3
3,48
3,20
2,70
2,80
2,90
3,10
3,75
y4
3,65
3,10
2,80
2,40
2,95
3,15
3,60
y5
3,70
3,30
2,55
2,55
3,20
3,17
3,57
y6
3,62
3,40
2,85
2,75
2,80
2,95
3,60
Сред.
Коэф.
ДисперОшибка
знач. Y1,
вариации,
2
Sj
сия Sj
%
МПа
3,60
0,01
0,02
0,08
3,23
0,01
0,03
0,11
2,75
0,02
0,05
0,13
2,62
0,02
0,06
0,16
3,01
0,02
0,05
0,15
3,13
0,01
0,03
0,09
3,63
0,01
0,02
0,08
Таблица 4.5
Результаты испытания образцов на изгиб
N/N
1
2
3
4
5
6
7
Значения параллельных измерений
Сред.
Коэф.
ДисперОшибка
функции отклика Y1, МПа
знач. Y1,
вариации,
2
Sj
сия Sj
%
y1
y2
y3
y4
y5
y6
МПа
1,60 1,70 1,45 1,40 1,50 1,48
1,52
0,01
0,07
0,11
2,60 2,70 2,50 2,45 2,40 2,55
2,53
0,01
0,04
0,11
1,80 1,95 1,99 1,65 1,75 1,90
1,84
0,02
0,07
0,13
1,92 1,80 1,75 1,70 1,80 1,82
1,80
0,01
0,04
0,07
2,00 2,05 1,90 2,15 2,20 2,25
2,09
0,02
0,06
0,13
1,97 2,20 2,30 2,30 2,00 1,95
2,12
0,03
0,08
0,17
2,60 2,58 2,75 2,85 2,50 2,40
2,61
0,03
0,06
0,16
79
После проведения эксперимента и обработки результатов эксперимента
получены следующие уравнения регрессии композита в кодированном виде:
Y = 3,6 − 0,2 X − 0,3 X 2 − 0,9 X 2 + 0,12 X X ;
1
1
1
2
1 2
Y = 2,6 + 0,2 X − 0,65 X 2 − 0,65 X 2 .
2
1
1
2
По приведенным выше уравнениям построены поверхности отклика
(рис. 4.1).
Рис. 4.1. Поверхности отклика:
Rсж – предел прочности на сжатие, МПа; Rизг – предел прочности при изгибе, МПа; l d – отношение длины волокон к их диаметру; µv − процент армирования по объему
Результаты исследований показали, что в области плана с µ ≈ 0,35 − 0,65%
ν
и l d = 1444 отмечаются наибольшие значения предела прочности на сжатие, а
при значениях µ ≈ 0,6 − 0.85% и l d = 1444 – предела прочности на изгиб. Увелиν
чение процента армирования базальтовыми волокнами вермикулитобетонной
матрицы приводит к уменьшению прочностных характеристик композита, что
обусловлено ухудшением их структуры.
80
4.2. Экспериментально-теоретическое исследование огнезащитных
свойств фибровермикулитобетонных композитов с применением
вулканических горных пород
Известно, что армоцементные конструкции имеют низкий предел огнестойкости [42, 50, 137]. Огнезащитная эффективность разработанных композитов оценивалась испытанием двухслойных армоцементных образцов на
огнестойкость. Они формовались на стандартной виброплощадке. Защитный
слой тканой сетки фиксировали скрутками, оставленными при вязке пакета сеток, а также раскладкой до армирования подстилающего слоя мелкозернистой
бетонной смеси. Огнезащитный слой из композита формовали вибрационным
способом, твердение образцов происходило в воздушно-сухих условиях.
Экспериментальные исследования огнестойкости двухслойных армоцементных плит, проведенные в работе [42], на образцах размером 625×500 мм на
огневой печи и 190×190 мм на электрической печи в горизонтальном положении по «стандартному» температурному режиму пожара показали, что результаты испытаний расходятся не более чем на 5 %.
Поэтому испытание на
огнестойкость двухслойных армоцементных образцов размерами 190×190 мм
проводили в горизонтальном положении на электрической печи по температурному режиму «стандартного» пожара, регламентированному ГОСТ 30247.1–94.
Предел огнестойкости по несущей способности (R) армоцементных плит оценивали по прогреву тканой сетки в конструктивном слое (на границе слоев) до
300 оС. Предел огнестойкости по теплоизолирующей способности (I) определяли по повышению температуры на необогреваемой поверхности конструкции в
среднем более чем на 140 °С в сравнении с температурой конструкции до испытания. Влажность мелкозернистого бетона для конструктивного слоя составляла 3–4 % , а для вермикулитобетонного композита – 8–10 %. Нарушений
целостности двухслойных армоцементных элементов при проведении испытаний на огнестойкость не наблюдалось.
81
На рисунках 4.2 и 4.3 представлены результаты экспериментов на огнестойкость армоцементных образцов со слоем из вермикулитобетонного композита толщиной 25 мм.
а)
б)
Рис. 4.2. Экспериментальные кривые изменения температуры на необогреваемой поверхности (а) и на уровне тканой сетки (б) двухслойных армоцементных
образцов:
1, 4, 7 – цементный вермикулитобетон со средней плотностью 500 кг/м3, 595 кг/м3 и
740 кг/м3 соответственно;
2, 5, 8 – вермикулитобетонный композит со средней плотностью 480 кг/м3, 570 кг/м3 и
730 кг/м3 соответственно;
3, 6, 9 – фибровермикулитобетонный композит со средней плотностью 470 кг/м3, 560
кг/м3 и 720 кг/м3 соответственно
82
а)
б)
Рис. 4.3. Предел огнестойкости двухслойных армоцементных элементов
по теплоизолирующей способностью (а) и несущей способностью (б)
Обозначения 1–9 смотри рис. 4.2
Исследования показывают, что разработанные фибровермикулитобетонные композиты имеет более высокие огнезащитные свойства по сравнению с
цементными вермикулитобетонами. Это объясняется лучшей сохранностью огнезащитного слоя при воздействии высоких температур в результате фибрового
армирования. Также воздухововлекающая добавка СДО в результате дополнительной поризации фибровермикулитобетонного композита повышает их огне-
83
защитные свойства. Вермикулитобетонные композиты со средней плотностью
480-560 кг/м3 имеют наиболее высокие огнезащитные свойства.
В таблице 4.6 представлены результаты исследований на огнестойкость
армоцементных элементов толщиной 20 мм с огнезащитным слоем толщиной
20 мм на основе контрольных и предлагаемых составов вермикулитобетонных
композитов с применением вулканической пемзы.
Таблица 4.6
Результаты исследований на огнестойкость двухслойных
армоцементных элементов
№№
составов
Состав огнезащитного слоя
Цемент :
вермикулит
по объему
1
1
2
2
1:2
1:3
3
1:3
4
1:4
5
1:4
Замена
части вермикулита
пемзой по
объему
3
–
пемза
фракции
0,16–0,315
мм
пемза
фракции
0,16–0,315
мм
пемза
фракции
0,16–0,63
мм
пемза
фракции
0,16–0,63
мм
Средняя
плотность,
кг/м3
Предел огнестойкости плит,
мин
по несущей
по теплоизолиспособности рующей способ(R)
ности (E)
СДО в
% от
массы
цемента
Процент
армирования
волокнами
по объему
4
–
–
5
–
–
6
750
847
7
82
68
8
57
44
0,3
0,6
805
73
48
–
–
855
66
43
0,3
0,6
812
65
46
Разработанные вермикулитобетонные композиты с использованием вулканической пемзы, воздухововлекающей добавки СДО и базальтовых волокон
при большей плотности по сравнению с эталонным вермикулитобетоном имеют
более высокие огнезащитные свойства за счет лучшей сохранности огнезащитного слоя в результате дисперсного армирования базальтовыми волокнами и
дополнительной поризации СДО.
Исследование огнестойкости строительных конструкций экспериментальными методами требует дорогостоящее оборудование и является трудоем84
кой задачей. Поэтому актуальной задачей является разработка расчетных методов определения огнестойкости строительных конструкций.
Для расчета огнестойкости строительных конструкций в нашей стране
разработаны численные и аналитические методы. Наибольшее предпочтение
отдается численным методам ввиду их несложной реализации с помощью современной вычислительной техники. Большой вклад в развитие этих методов
внесли А.Ф. Милованов, И.Г. Романенков, А.И. Яковлев, Х.П. Культербаев,
Т.А. Хежев и др. [42, 138]. Начинают развиваться методы расчета температурных полей в условиях пожара с использованием теории возмущения по малому
параметру [139].
Т.А. Хежевым и Х.П. Культербаевым разработаны алгоритм и программное обеспечение для расчета предела огнестойкости многослойных строительных конструкций. Проведенные исследования огнестойкости двухслойных
армоцементных плит показали, что численный метод расчета предела огнестойкости обеспечивает приемлемое совпадение с экспериментальными данными
[140].
Алгоритм
расчета
предела
огнестойкости
строительных
конструкций с огнезащитным слоем сводится к решению теплофизической задачи. Распределение температуры t(x, τ) по толщине многослойной конструкции описывается уравнением Фурье
ρ ( x) c(t , x)
∂t 
∂t
∂ 
=  λ (t , x) 
∂τ ∂x 
∂x 
(4.1)
( x, τ ) ∈ Q ≡ {( x, τ ) : x ∈ (0, l ), τ ∈ (0, T )},
где x, τ – координаты в пространстве и времени; c(t, x), λ(t, x), ρ(x) – удельная теплоемкость, коэффициент теплопроводности и плотность материала; l – толщина
конструкции; T – некоторое конечное значение времени. Неоднослойность конструкции обуславливает зависимость c и λ от пространственной координаты x, кроме того, они являются еще функциями времени косвенно через t(x, τ). Плотность
вермикулитобетона принимается неизменной, так как во время пожара существенно не изменятся. Из-за многослойности конструкции плотность материала зависит от пространственной координаты.
85
Для решения вышеприведенной задачи в работе [42] использованы численные методы, нашедшие применение в различных областях науки и техники.
[141, 142].
Для решения теплофизической задачи огнестойкости двухслойной строительной конструкции из огнезащитного и армоцементного слоев к уравнению
(4.1) присоединяются начальные и граничные условия. Начальные условия заданы формулой
t ( x, 0) = ϕ ( x),
(4.2)
x∈[0, l ],
где ϕ(х) – функция распределения температуры по толщине конструкции. Через
наружные поверхности конструкции осуществляется теплообмен с окружающими средами, температуры которых: Tп(τ) – температура пожара, Tс(τ) – температура наружного воздуха, известны. Тогда граничные условия примут вид
[143]:
∂t (0,τ )
= α в (t ) [t (0,τ ) − Tп (τ ) ], τ > 0,
∂x
(4.3)
∂t (l ,τ )
= α а (t ) [t (l ,τ ) − Tc (τ ) ], τ > 0.
∂x
(4.4)
λв (t )
− λ а (t )
Здесь λв(t) = (t, 0), λа(t) = λ(t, l) – коэффициенты теплопроводности вермикулитобетона и армоцемента соответственно; α в – коэффициент теплопередачи от
нагреваемой среды (огневой камеры) к поверхности конструкции (вермикулитобетонному слою); α а – коэффициент теплопередачи от необогреваемой поверхности (армоцементного слоя) в окружающую среду. В такой модели Tс(τ) и
φ(x), как правило, в практических расчетах оказываются постоянными величинами.
Уравнение (4.1), начальные и граничные условия (4.2) – (4.4) образуют
задачу о распределении температуры по толщине конструкции. Коэффициенты,
входящие в уравнение и дополнительные условия, определяются по известным
формулам для двухслойной конструкции [42, 138, 144]:
λв (t ) = λ1 + k1t , cв (t ) = c1 + k 2 t , λа (t ) = λ2 + k 3t , c а (t ) = c 2 + k 4 t ,
(4.5)
86
5,77ε в
α в (t ) = 29 +
t (0,τ ) − Tп
 Tп + 273  4  t (0,τ ) + 273  4 
 −
 ,

100
 
 100  
5,77ε в
α а = 1,5 t (l ,τ ) − Tc +
t (l ,τ ) − Tc
 t (l ,τ ) + 273  4  Tc + 273  4 
 ,
 −

100

 100  

где λ1, λ2, c1, c2 – начальные характеристики коэффициентов теплопроводности
и теплоемкости соответственно вермикулитобетона и армоцемента; k1, k2, k3, k4
– коэффициенты, численные значения которых определяются из критерия
удовлетворительного совпадения экспериментальных и расчетных кривых прогрева плит; ε в , ε а – степени черноты соответственно вермикулитобетона и армоцемента.
Вследствие зависимости удельных теплоемкостей и коэффициентов теплопроводности от температуры уравнение (4.1) и граничные условия (4.3) –
(4.4) являются нелинейными. Поэтому для решения задачи (4.1) – (4.4) применяют численные методы. В работе [42] использована конечноразностная неявная двухслойная схема вычислений в сочетании с методом прогонки и
итерации. При этом производные, входящие в уравнение теплопроводности и
граничные условия, заменяются известными разностными соотношениями.
Затем решается система алгебраических уравнений с трехдиагональной
матрицей коэффициентов на каждом верхнем слое по времени. Нелинейность
алгебраических уравнений преодолевается с помощью метода итерации и прогонки [42, 145].
Нами разработано программное обеспечение теплотехнического расчета
предела огнестойкости армоцементных конструкций с огнезащитным слоем из
вермикулитобетонного композита. С использованием ПЭВМ проведены вычисления с погрешностью равной 0,001 и определены коэффициенты k1, k2, k3, k4
формул (4.5), обеспечивающих приемлемое совпадение теоретических и экспериментальных кривых, в результате которых получены выражения для коэффициентов
теплопроводности
и
теплоемкости
разработанных
вермикулитобетонных композитов:
армоцемента – λ (t ) = 0,83 − 0,0004t , c (t ) = 770 + 0,8t ;
а
а
87
цементного
вермикулитобетона
плотностью
500
кг/м3
–
λ (t ) = 0,09 + 0,000093t , c (t ) = 920 + 0,51t ;
о
о
цементного вермикулитобетонного композита плотностью 480 кг/м3 –
λо (t ) = 0,087 + 0,00008t , cо (t ) = 920 + 0,51t ;
цементного фибровермикулитобетонного композита плотностью 470
кг/м3 – λ (t ) = 0,086 + 0,00007t, c (t ) = 920 + 0,51t ;
о
о
цементного
вермикулитобетона
плотностью
595
кг/м3
–
λ (t ) = 0,11 + 0,000057t, c (t ) = 920 + 0,51t ;
о
о
цементного вермикулитобетонного композита плотностью 570 кг/м3 –
λо (t ) = 0,1 + 0,00006t , cо (t ) = 920 + 0,51t ;
цементного фибровермикулитобетонного композита плотностью 560
кг/м3 – λ (t ) = 0,099 + 0,00005t , c (t ) = 920 + 0,51t ;
о
о
цементного
вермикулитобетона
плотностью
740
кг/м3
–
λо (t ) = 0,14 + 0,00004t , cо (t ) = 920 + 0,61t ;
цементного
вермикулитотуфобетона
плотностью
730
кг/м3
–
λо (t ) = 0,125 + 0,00003t , cо (t ) = 920 + 0,61t ;
цементного фибровермикулитобетонного композита плотностью 720
кг/м3 – λ (t ) = 0,120 + 0,00003t, c (t ) = 920 + 0,61t .
о
о
На рисунке 4.4 представлены результаты расчета предела огнестойкости
армоцементных элементов в зависимости от толщины и состава вермикулитобетонного композита.
88
Рис. 4.4. Зависимость предела огнестойкости двухслойных армоцементных элементов по признаку потери теплоизолирующей способности (а) и потери несущей
способности (б) от толщины и состава огнезащитного слоя:
1, 2, 3 – фибровермикулитобетонный композит со средней плотностью
470 кг/м3, 560 кг/м3 и 720 кг/м3 соответственно
На рисунке 4.5 представлены результаты расчета предела огнестойкости
фибровермикулитобетонных плит по признаку потери теплоизолирующей способности.
Рис. 4.5. Зависимость предела огнестойкости фибровермикулитобетонных плит по
признаку потери теплоизолирующей способности от толщины и состава слоя:
1, 2, 3 – фибровермикулитобетонный композит со средней плотностью
470 кг/м3, 560 кг/м3 и 720 кг/м3 соответственно
89
С использованием ПЭВМ проведены вычисления с погрешностью равной
0,001 и определены коэффициенты k1, k2, k3, k4 формул (4.5), обеспечивающих
приемлемое совпадение теоретических и экспериментальных кривых, в результате которых получены выражения для коэффициентов теплопроводности и теплоемкости
разработанного
фибровермикулитопемзобетонного
композита
плотностью 810 кг/м3 (табл. 4.6, состав № 5):
λо (t ) = 0,180 + 0,00003t , cо (t ) = 920 + 0,63t ;
На рисунке 4.6 представлены результаты расчета предела огнестойкости
армоцементных элементов в зависимости от толщины и состава вермикулитобетонного композита.
Рис. 4.6. Зависимость предела огнестойкости двухслойных армоцементных элементов по признаку потери теплоизолирующей способности (а) и потери несущей
способности (б) от толщины фибровермикулитопемзобетонного слоя
На рисунке 4.7 представлены результаты расчета предела огнестойкости
фибровермикулитопемзобетонных плит по признаку потери теплоизолирующей
способности.
90
Рис. 4.7. Зависимость предела огнестойкости фибровермикулитопемзобетонных
плит по признаку потери теплоизолирующей способности от толщины слоя:
Таким образом, разработанные фибровермикулитобетонные и фибровермикулитопемзобетонные обладают высокими огнезащитными свойствами и
улучшенными прочностными характеристиками при меньшем расходе портландцемента. Используя полученные выражения для коэффициентов теплопроводности и теплоемкости огнезащитных композитов, можно рассчитывать
огнестойкость двухслойных конструкций численными методами с применением разработанного программного обеспечения.
4.3. Приготовление смеси и формование изделий из
фибровермикулитобетонного композита с применением
вулканических горных пород
При выборе способа приготовления фибровермикулитобетонной смеси
необходимо учитывать, что вспученный вермикулит является высокопористым
материалом, и процесс перемешивания вызывает поломку зерен вермикулита.
Исходя из ранее проведенных исследований, в экспериментах с использовани91
ем вспученного вермикулита был использован серийно выпускаемый турбулентный смеситель СБ–133.
Известно, что на характеристики вермикулитобетона существенное влияние оказывает способ приготовления смеси [9].
Были исследованы следующие способы приготовления смеси:
1) после подачи воды с добавкой СДО в смеситель одновременно загружается предварительно перемешанная всухую смесь портландцемента, гипса,
негашеной извести, пепла, базальтового волокна и вспученного вермикулита
(рис. 4.8,а);
2) после подачи воды с добавкой СДО в смеситель вначале загружается
предварительно перемешанная всухую смесь портландцемента, гипса, негашеной извести, пепла, предварительно готовят смесь, затем добавляется всухую
перемешанная смесь вспученного вермикулита и базальтового волокна и окончательно перемешивают (рис. 4.8,б);
3) после подачи воды с добавкой СДО в смеситель вначале загружается
предварительно перемешанная всухую смесь портландцемента, гипса, негашеной извести, пепла, предварительно готовят смесь, затем добавляется вспученный вермикулит и повторно перемешивают и после добавления базальтового
волокна окончательно перемешивают (рис. 4.8,в).
При формовании изделий с применением вспученного вермикулита используют методы литья, вибрирование, вибропрессование, прессование. Нами
рассматривались методы литья, вибрирования на виброплощадке (частота колебаний – 50 Гц, амплитуда колебаний – 0,5 мм) и вибрирования с инерционным пригрузом, являющийся разновидностью метода вибропрессования.
Величину пригруза при вибропрессовании смеси принимали равной 4 Па, исходя из этого, определяли водовяжущее отношение.
Влияние способа приготовления смеси и способа формования изделий на
прочность композита приведено в таблице 4.7 и рис. 4.9. Композиты имели
среднюю плотность 540–620 кг/м3 при проценте армирования волокнами по
объему µν ≈ 0,45 % и отношении длины волокон к диаметру l d = 1444 .
92
Таблица 4.7
Зависимость прочности цементного фибровермикулитобетонного
композита от способа приготовления смеси и формования
Предел прочности,
Соотношение компонентов в смеси, мас. %
Способ
МПа
Вода /
пепел,
приготов
вермина
вяжущее
d<0,14 известь гипс
СДО
на изгиб
ления цемент
кулит
сжатие
мм
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
метод литья
1
1,45
19,6
38,1
21,9
19,6
0,8
0,1
1,9
1,2
2
1,45
2,2
1,5
19,6
38,1
21,9
19,6
0,8
0,1
3
1,45
2,1
1,3
19,6
38,1
21,9
19,6
0,8
0,1
метод вибрирования
1
1,3
3,2
2,2
19,6
38,1
21,9
19,6
0,8
0,1
2
1,3
3,6
2,6
19,6
38,1
21,9
19,6
0,8
0,1
3
1,3
3,4
2,3
19,6
38,1
21,9
19,6
0,8
0,1
метод вибрирования с пригрузом
1
1,15
5,1
3,7
19,6
38,1
21,9
19,6
0,8
0,1
93
94
Рис. 4.8. Способы приготовления фибровермикулитобетонной смеси
95
Рис. 4.9. Зависимость прочности фибровермикулитобетонного
композита от способа формования
При первом способе приготовления смеси прочность композита снижается из-за того, что в поры вспученного вермикулита попадает часть портландцемента. Это приводит к тому, что прослойка цемента между зернами
вермикулита становится относительно тонкой. Для приготовления фибровермикулитобетонных смесей при формовании методом вибропрессования последовательность загрузки составляющих в смеситель осуществим исключительно
первым способом, так как при втором и третьем способах происходит комкование смеси.
Более равномерное распределение фибр в вермикулитобетонной смеси
обеспечивает второй способ приготовления. Кроме того, зерна вермикулита
лучше обволакиваются вяжущим, что способствует увеличению прочностных
характеристик композита благодаря «самовакуумированию».
Третий способ значительно удлиняет технологический процесс и снижает
равномерность распределения базальтовых волокон в смеси, что снижает качество композита.
96
Из таблицы 4.7 и рис. 4.9 следует, что использование вибрационного способа увеличивает прочность фибровермикулитобетонного композита в 1,35–1,4
раза по сравнению с литьевым. Метод вибропрессования по сравнению с методом вибрирования также повышает прочность композита, но при этом существенно усложняется процесс приготовления смеси и значительно повышается
средняя плотность фибровермикулитобетонного композита, что существенно
снижает их огнезащитные свойства.
Таким образом, внедрение разработанных фибровермикулитобетонных
композитов с использованием вулканического пепла позволит уменьшить расход цемента с одновременным улучшением физико-механических свойств.
Наиболее эффективным способом приготовления фибровермикулитобетонной
смеси является введение всухую перемешанную смесь вспученного вермикулита и базальтового волокна в заранее приготовленную смесь портландцемента,
гипса, негашеной извести, пепла и СДО. В зависимости от назначения вермикулитобетоного композита для изготовления изделий можно использовать методы литья, вибрирование, вибропрессование.
Выводы по четвертой главе
1. Разработаны эффективные фиброармированные огнезащитные композиты с применением вспученного вермикулита и вулканического пепла. Фибровермикулитобетонные композиты со средней плотностью 480-560 к/м3 имеют
более высокие огнезащитные свойства.
2. Использование негашеной извести и гипса в качестве возбудителя
скрытой гидравлической активности вулканического пепла позволяет существенно уменьшить расход цемента (до 50 %) без снижения прочностных характеристик
фибровермикулитобетонного
композита.
Введение
воздухововлекающей добавки СДО 0,1–0,3 % от массы цемента улучшает реологические свойства вермикулитобетонной смеси, кроме того плотность вермикулитобетонного композита уменьшается на 40–50 кг/м3.
97
3. Дисперсное армирование базальтовыми волокнами композита повышает огнезащитные и прочностные характеристики исходной матрицы. Выявлено,
что в области плана с µ ≈ 0,45 − 0,75% и l d = 1444 отмечаются наибольшие знаν
чения предела прочности на сжатие, а при значениях µ ≈ 0,6 − 0.75% и l d = 1444
ν
– предела прочности на изгиб.
4. Разработаны фибровермикулитобетонные композиты с использованием
вулканической пемзы, воздухововлекающей добавки СДО и базальтовых волокон с более высокими огнезащитными свойствами по сравнению с эталонным
вермикулитобетоном, обеспечивающие снижение расхода дорогостоящего
вспученного вермикулита.
5. Получены выражения коэффициентов теплопроводности и теплоемкости фибровермикулитобетонных композитов с использованием вулканической
пемзы и пепла для теплотехнического расчета предела огнестойкости строительных конструкций численными методами.
6. Для приготовления фибровермикулитобетонной смеси с применением
вулканических горных пород целесообразно использовать турбулентный смеситель. При формовании изделий методами литья и вибрирования рекомендуется после подачи воды с добавкой СДО в смеситель вначале загружать
предварительно перемешанную всухую смесь портландцемента, извести, гипса,
пепла, предварительно готовить смесь, затем добавлять всухую перемешанная
смесь вспученного вермикулита и базальтового волокна и окончательно перемешать.
7. Формование изделий из огнезащитного фибровермикулитобетонного
композита целесообразно осуществлять по литьевой или вибрационной технологии. Метод вибропрессования рекомендуется для изготовления изделий, к
которым предъявляются повышенные требования к прочности.
98
Глава 5. ПРОИЗВОДСТВЕННОЕ ВНЕДРЕНИЕ И ТЕХНИКОЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ
5.1. Производство и исследование свойств огнезащитных
плит из фибровермикулитобетонного композита
На производственной базе ООО «СТРОЙИНДУСТРИЯ» была изготовлена опытная партия огнезащитных плит размером 500×400×20–30 мм из фибровермикулитобетонных композитов с применением вулканических горных
пород по временной технологической схеме.
Для
изготовления
огнезащитных
плит
применяли
фибровермикулитобетонные смеси с применением вулканических горных
пород, мас. %:
состав №1 плотностью 560 кг/м3: портландцемент – 18,7; вспученный
вермикулит Санкт-Петербургской слюдяной фабрики фракции 0,16–5 мм –
39,5; вулканический пепел фракции 0-0,16 мм Заюковского месторождения –
20,7; воздушная негашеная известь кальциевая порошкообразная – 18,7; гипсовое вяжущее – 0,8; смола древесная омыленная (СДО) – 0,3; базальтовые волокна производства ОАО «Ивотстекло» марки РНБ-9-1200-4с с соотношением
длины волокон к их диаметру l d = 1444 – 1,3;
состав №2 плотностью 812 кг/м3: портландцемент – 27,0; вспученный
вермикулит Санкт-Петербургской слюдяной фабрики фракции 0,16–5 мм – 9,9;
вулканический пепел фракции 0-0,16 мм Заюковского месторождения – 14,1;
пемзовый песок Псыхурейского месторождения фракции 0-2,5 мм с насыпной
плотностью 700 кг/м3 – 47,8; смола древесная омыленная (СДО) – 0,3; базальтовые волокна производства ОАО «Ивотстекло» марки РНБ-9-1200-4с с соотношением длины волокон к их диаметру l d = 1444 – 0,9.
На рис. 5.1 приведена предлагаемая технологическая схема производства
огнезащитных плит размерами 300×300×20–30 мм, 400×400×20–30 мм,
99
500×500×20–30 мм и 600×600×20–30 мм из фибровермикулитобетонных композитов с применением вулканических горных пород. Изготовление опытной партии
изделий
осуществлялось
в
соответствии
с
разработанным
«Технологическим регламентом на производство фибровермикулитобетонных
плит с применением вулканических горных пород».
Приготовление смеси, заливка форм осуществлялась по следующей схеме
(рис. 5.1). Перед началом работы заполняются расходные бункеры цемента (3),
вспученного вермикулита (2), вулканического пепла и пемзы (1), в расходный
бункер фибр (5) подаютсяфибры. При пуске установки в турбулентный смеситель (6) поступают цемент, вулканический пепел и пемза, отдозированные вода
с СДО (5), где предварительно готовят смесь.
Введение волокон и вспученного вермикулита происходит после получения раствора. В смесителе они равномерно распределяются по объему смеси
и одновременно подвергаются распушке. Готовая смесь по лотку подается в
бункер (7). Бункер тельфером перемещается на пост формования (8), где происходит заливка форм или формование на виброплощадке. После предварительной выдержки огнезащитные плиты проходят тепловую обработку (9). После
обработки и остывания плиты распалубливаются (10) и отправляются на склад
(12). Очищенные формы собираются, смазываются (11) и используются в следующем цикле.
Исследование свойств фибровермикулитобетонного композита огнезащитных плит, армированных базальтовыми волокнами, изготовленных на
предприятии ООО «СТРОЙИНДУСТРИЯ», показал, что этот материал может
быть эффективно использован в производстве огнезащитных плит.
100
Разработанные составы из фибровермикулитобетонных композитов с использованием вулканического пепла и пемзы применяются в ООО «Огнезащита» для огнезащиты строительных конструкций. Используемое соотношение
компонентов в фибровермикулитобетонной смеси с применением вулканических горных пород, мас. %:
состав №1 плотностью 560 кг/м3: портландцемент – 18,7; вспученный
вермикулит Санкт-Петербургской слюдяной фабрики фракции 0,16–5 мм –
39,5; вулканический пепел фракции 0-0,16 мм Заюковского месторождения –
20,7; воздушная негашеная известь кальциевая порошкообразная – 18,7; гипсовое вяжущее – 0,8; смола древесная омыленная (СДО) – 0,3; базальтовые волокна производства ОАО «Ивотстекло» марки РНБ-9-1200-4с с соотношением
длины волокон к их диаметру l d = 1444 – 1,3;
состав №2 плотностью 812 кг/м3: портландцемент – 27,0; вспученный
вермикулит Санкт-Петербургской слюдяной фабрики фракции 0,16–5 мм – 9,9;
вулканический пепел фракции 0-0,16 мм Заюковского месторождения – 14,1;
пемзовый песок Псыхурейского месторождения фракции 0-2,5 мм с насыпной
плотностью 700 кг/м3 – 47,8; смола древесная омыленная (СДО) – 0,3; базальтовые волокна производства ОАО «Ивотстекло» марки РНБ-9-1200-4с с соотношением длины волокон к их диаметру l d = 1444 – 0,9.
5.2. Технико-экономическая эффективность использования
огнезащитных фибровермикулитобетонных композитов
Выполняем экономическое сравнение 1 м2 огнезащитных плит толщиной
25 мм по стоимости материалов из цементных вермикулитобетонных композитов.
Стоимость
материалов
определяем
по
отпускной
цене
завода-
изготовителя, вулканического пепла и пемзы по отпускной цене карьера (табл.
4.1).
102
Таблица 4.1
Наименование материала, завод-изготовитель и стоимость материала
Наименование
материала
1
Портландцемент ПЦ-50ДО
Строительный гипс
Мука известняковая молотая, фракция 0–0,2 мм
Вспученный вермикулит
Вулканическая пемза
Вулканический пепел
Смола древесная омыленная (СДО)
Завод-изготовитель
2
ЗАО «Кавказцемент», г. Черкесск, Карачаево-Черкесская Республика
ОАО «Хабезский гипсовый завод», Карачаево-Черкесская Республика
ЗАО «Известняк», г. Усть-Джегута, Карачаево-Черкесская Республика
Санкт-Петербургская слюдяная фабрика»,
г. Колпино
Вулканическая пемза Псыхурейского месторождения, Кабардино-Балкарская Республика
Вулканический пепел Заюковского карьера, Кабардино-Балкарская Республика
ООО «Альянс-Строительные Технологии»,
Московская обл., г. Дзержинский
Стоимость 1 кг
материала, руб
3
3,0
2,1
2,4
33,3
0,13
0,11
60,0
Используя результаты экспериментальных исследований, определяем
расход материалов на 1 м3 различных видов композитов цементных вермикулитобетонов (табл. 4.2).
103
Таблица 4.2
Расход материалов на 1 м3 огнезащитного вермикулитобетонного
композита
№№
вариантов
Вид бетона
1
1
2
Цементный вермикулитобетон (эталон)
Цементный вермикулитобетон с применением
вулканического пепла
(предлагаемый)
Цементный вермикулитобетон с применением
вулканического пепла и пемзы
(предлагаемый)
2
3
Средняя
плотность ρ,
кг/м3
Расход материала, кг
це- гипс
мент
известь
пепел
пемза
3
595
4
324
5
–
6
–
7
–
8
–
вермикулит
9
192
СДО
570
99
4
99
109
–
192
0,6
812
209
-
-
109
376
77
0,6
10
–
Определяем стоимость материалов на 1 м2 огнезащитных плит толщиной
25 мм (табл. 4.3).
104
Таблица 4.3
2
Технико-экономическое сравнение 1 м огнезащитных плит по стоимости
материалов
№№
вари
анто
в
Вид бетона
1
1
2
Цементный
вермикулитобетон (эталон)
Цементный
вермикулитобетон с применением
вулканического пепла (предлагаемый)
Цементный
вермикулитобетон с применением
вулканического пепла и пемзы
(предлагаемый)
2
3
Средняя
плотность
ρ,
кг/м3
3
595
Расход материала, кг
цемент
гипс
известь
пепел
пемза
4
8,1
5
–
6
–
7
–
570
2,5
0,1
2,5
812
5,2
–
–
Стоимость материала, руб
СДО
цемент
гипс
известь
пепел
пемза
8
–
вермикулит
9
4,8
10
–
11
24,3
12
–
13
–
14
–
2,7
–
4,8
0,015
7,5
0,21
6,0
2,7
9,4
1,9
0,015
15,6
–
–
Стоимость
1 м2
СДО
15
–
вермикулит
16
160,0
17
–
18
184,3
0,30
–
160,0
0,9
174,9
0,30
1,2
63,27
0,9
81,3
105
Разработанные цементные фибровермикулитобетонные композиты с
применением вулканического пепла и пемзы дешевле эталонных цементных
вермикулитобетонов на 9 руб. 40 коп и 103 руб соответственно на 1 м2 огнезащитных плит по стоимости материалов при одинаковой толщине. Необходимо
отметить, что фибровермикулитобетонные композиты с применением вулканического пепла при этом имеют более высокие огнезащитные свойства. Фибровермикулитобетонные композиты с применением вулканической пемзы имеют
более высокую среднюю плотность и более низкие огнезащитные свойства. Для
обеспечения одинаковой огнезащиты толщину плит с применением вулканической пемзы необходимо увеличивать с 25 мм до 35 мм, при этом стоимость 1 м2
повышается на 32 руб. 50 коп, обеспечивая при этом экономический эффект 70
руб. 50 коп на 1 м2 огнезащиты.
Выводы по пятой главе
1. Исследование свойств фибровермикулитобетонного композита, армированного базальтовыми волокнами, и результаты работ, проведенных на предприятии ООО «СТРОЙИНДУСТРИЯ», показывают, что этот материал может
быть эффективно использован в производстве огнезащитных плит.
2. Разработана технологическая схема и технологический регламент на
изготовление огнезащитных фибровермикулитобетонных плит с применением
вулканических горных пород.
3. Экономические расчеты показали, что разработанные цементные фибровермикулитобетонные композиты с применением вулканического пепла и
пемзы дешевле эталонных цементных вермикулитобетонов на 9 руб. 40 коп и
103 руб соответственно на 1 м2 огнезащитных плит по стоимости материалов
при одинаковой толщине.
4. Огнезащитные плиты и штукатурки из фибровермикулитобетонных
композитов с применением вулканического пепла и пемзы внедрены в ООО
«Огнезащита» для огнезащиты строительных конструкций.
106
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ
1.
Развиты научные представления о взаимосвязи структуры и свойств
фибро-пемзо-туфо-пепло-портландцементных бетонов и разработаны составы с
пониженным до 30 % расходом цемента для изготовления жаростойких композитов на основе вулканического туфа, пемзы и пепла с максимальной температурой применения 800 оС.
2.
Выявлено, что применение мелкодисперсных отходов пиления вул-
канического туфа и пемзы позволяет уменьшить расход портландцемента, повысить прочность на изгиб и жаростойкие свойства цементного камня и
бетонов на их основе, при этом введение воздухововлекающей добавки СДО в
количестве 0,1–0,3 % от массы цемента улучшает реологические свойства вермикулитобетонной смеси и обеспечивает снижение плотности вермикулитобетонного композита до 50 кг/м3.
3.
Определены параметры дисперсного армирования базальтовыми
волокнами жаростойкого композита: при проценте армирования по объему
µν ≈ 0,35 − 0,65% и l d = 1444 отмечаются наибольшие значения предела прочно-
сти на сжатие, а при значениях µ ≈ 0,6 − 0.85% и l d = 1444 – предела прочности
ν
на изгиб.
4.
Разработаны составы с применением вулканического пепла и пемзы
жаростойких фибровермикулитобетонных композитов с температурой применения 800 оС, обеспечивающих снижение усадки с 0,7 до 0,5% и меньшее снижение прочностных характеристик при воздействии высоких температур, т.е.
лучшую сохранность композита.
5.
Разработаны эффективные фиброармированные базальтовыми во-
локнами огнезащитные композиты с применением вспученного вермикулита и
вулканического пепла со средней плотностью 480-560 кг/м3, в которых использование негашеной извести и гипса в качестве возбудителя скрытой гидравли-
107
ческой активности вулканического пепла позволяет до 50% сократить расход
портландцемента без снижения прочности огнезащитного композита.
6.
Разработаны фибровермикулитобетонные композиты с понижен-
ным расходом дорогостоящего вспученного вермикулита за счет использования
вулканической пемзы, воздухововлекающей добавки СДО и базальтовых волокон, обладающие более высокими огнезащитными свойствами по сравнению с
эталонным вермикулитобетоном.
7.
Выявлены зависимости и получены количественные значения ко-
эффициентов теплопроводности и теплоемкости фибровермикулитобетонных
композитов с использованием вулканической пемзы и пепла для теплотехнического расчета предела огнестойкости строительных конструкций.
8.
Определены основные параметры технологического процесса по-
этапного приготовления фибровермикулитобетонной смеси с применением
вулканических горных пород, предопределяющие после подачи воды затворения с добавкой СДО загружать в смеситель предварительно перемешанную
всухую смесь портландцемент + гипс + негашеная известь + пепел, далее вводить всухую перемешанную смесь вспученного вермикулита и базальтового
волокна.
9.
Формование изделий из огнезащитного фибровермикулитобетонно-
го композита целесообразно осуществлять по литьевой или вибрационной технологии, а при повышенных
требованиях по прочности – методом
вибропрессования.
10.
Результаты исследований прошли промышленную проверку при из-
готовлении огнезащитных плит из фибровермикулитобетонного композита в
ООО «СТРОЙИНДУСТРИЯ». Разработана технологическая схема и технологический регламент на изготовление огнезащитных фибровермикулитобетонных плит с применением вулканических горных пород. Огнезащитные плиты и
штукатурки из фибровермикулитобетонных композитов с применением вулканического пепла и пемзы внедрены в ООО «Огнезащита» для огнезащиты
строительных конструкций. Применение фибровермикулитобетонных компози108
тов снижает стоимость 1 м2 огнезащиты на 9 руб. 40 коп–70 руб. 50 коп по
сравнению с вермикулитобетонными.
Рекомендации. Разработанные в диссертационной работе жаростойкие и
огнезащитные фиброармированные композиты могут быть применены при изготовлении одно – и многослойных изделий и конструкций в заводских условиях, для нанесения на конструкции в условиях строительной площадки.
Перспективы дальнейшей разработки темы. Дальнейшее развитие темы может быть связано с исследованиями: создание композитов с применением
различных фибр, вяжущих и заполнителей; разработка технологии изготовления однослойных и многослойных изделий и конструкций.
109
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
1. Руководство по выполнению огнезащитных и теплоизоляционных
штукатурок механизированным способом [Текст]. – М. : Стройиздат, 1977. –
46 с.
2. Некрасов, К. Д. Легкие жаростойкие бетоны на пористых заполнителях
[Текст] / К. Д. Некрасов, М. Г. Масленникова. – М. : Стройиздат, 1982. – 152 с.
3. Майзель, И. А. Жароупорный теплоизоляционный перлитобетон
[Текст] / И. А. Майзель, М. Ф. Сухарев. – М. : Стройиздат, 1965. – 127 с.
4. Некрасов, К. Д. Жаростойкий бетон на портландцементе [Текст] /
К. Д. Некрасов, А. П. Тарасова. – М. : Стройиздат, 1969. – 192 с.
5. Магомедов, А. Д. Жаростойкий шлакопемзобетон на портландцементе
и шлакопортландцементе [Текст] / А. Д.
Магомедов // Инф. листок
№ 19-014-02 / Росинформресурс. Министерство науки и технологий. 20.02.2002.
6. Хаджишалапов, Г. Н. Технологические факторы легких жаростойких
бетонов при применении в шахте ядерных реакторов нового поколения [Текст]
: дисс. … д-ра техн. наук / Г. Н. Хаджишалапов. – Ростов-на-Дону, 2006. –
377 с.
7. Справочное пособие по технологии изготовления жаростойких бетонов
к СНиП 3.09.01-85 и СНиП 3.03.01-87 [Текст]. – М. : Стройиздат, 1991. – 96 с.
8. Еременко, В. В. Керамзит специального назначения с улучшенными
термическими и пиропластическими свойствами [Текст] / В. В.Еременко, М. Г.
Масленникова, М. К. Кабанова // Промышленность керамических стеновых материалов и пористых заполнителей. – Куйбышев: НИИКерамзит, 1972,- вып.3, –
С. 34-36.
9. Дубенецкий, К. Н. Вермикулит [Текст] / К. Н. Дубенецкий, А. П. Пожнин.
– Л. : Стройиздат, 1971. – 175 с.
10. Крашенинников, О. Н. Научные основы получения плотных, пористых
заполнителей и бетонов различного функционального назначения из природного и техногенного сырья Кольского полуострова [Текст] : дисс. …
д-ра техн. наук / О. Н. Крашенинников. – Апатиты, 2006. – 317 с.
110
11. Белоусов, О. В. Жаростойкие бетоны, уплотненные невибрационными
способами [Текст] : автореф. дисс. … канд. техн. наук / О. В. Белоусов. – М.,
1969. – 24 с.
12. Никольский, Г. Г. Вермикулит и его применение в строительстве
[Текст] / Г. Г. Никольский, А. П. Пожнин // Всесоюзное объединение «Знание».
Серия строительная промышленность. – М., 1959. – Вып. 13. – 19 с.
13. Зубарев, Н. Н. Вермикулит – новый вид теплоизоляции
[Текст] /
Н. Н. Зубарев // Труды БИМС. – 1939. – № 146. – С. 16–34.
14. Шиманко, А. И. Термоизоляционные изделия из обожженного вермикулита [Текст] / А. И. Шиманко // Минеральное сырье. – 1936. – № 11. –
С. 26–35.
15. Краюхин, В. И. Исследование влияния добавок и вида заполнителей на
свойства легкого жаростойкого бетона // Науч.-исслед. ин-т бетона и железобетона [Текст] : автореф. дис. … канд. техн. наук / В. И. Краюхин. – М., 1975. – 20
с.
16. Денисов, А. С. Теплоизоляционные жаростойкие торкрет-массы на
основе вермикулита [Текст] / А. С. Денисов, В. А. Швыряев. – М. : Стройиздат,
1973. – 104 с.
17. Майзель, И. А. Жароупорный теплоизоляционный перлитобетон
[Текст] / И. А. Майзель, М. Ф. Сухарев. – М. : Стройиздат, 1965. – 127 с.
18. Горлов, Ю. П. Жаростойкие бетоны на основе композиций из природных и техногенных стекол [Текст] / Ю. П. Горлов, А. П. Меркин [и др.]. – М. :
Стройиздат, 1986. – 144 с.
19. Некрасов, К.Д. Жароупорный перлитобетон [Текст] / К. Д. Некрасов,
М. Г. Масленникова // Бетон и железобетон. – 1962. – № 8. – С. 24–26.
20. Жуков, А. П. Материалы и изделия на основе вспученного перлита
[Текст] / А. П. Жуков, И. Я. Байвель, О. П. Кашперовская [и др.]. – М. : Стройиздат, 1972. – 159 с.
111
21. Горлов, Ю. П. Жаростойкие бетоны на основе композиций из природных
и техногенных стекол [Текст] / Ю. П. Горлов, А. П. Меркин [и др.]. – М. : Стройиздат, 1986. – 144 с.
22. Гончарова, М. А. Структурообразование и технология композитов общестроительного и специального назначения на основе малоиспользуемых отходов металлургии [Текст] : автореф. дисс. … докт. техн. наук / М. А.
Гончарова. – Воронеж, 2012. – 39 с.
23. Дергунов Н. Н. Жаростойкие композиционные материалы на основе
отходов металлургической промышленности [Текст] : автореф. дисс. … канд.
техн. наук / Н. Н. Дергунов. – Воронеж, 2013. – 24 с.
24. Некрасов, К. Д. Жароупорные бетоны [Текст] / К. Д. Некрасов, М. Я.
Кривицкий, С. К. Лисиенко // Жаростойкие бетоны. М.: Стройиздат, 1964. – С.
24-26.
25. Эпштейн, С. А. Жароупорный шлакопемзобетон на портландцементе
[Текст] / С. А. Эпштейн // Жаростойкий бетон и железобетон в строительстве.
Изд-во литературы по строительству. Москва, 1966. – С. 116-121.
26. Мириев, И. М. Исследование физико-механических свойств легкого
заполнителя, полученного на базе вулканического пепла [Текст] / И. М. Мириев, Л. Г. Гусейнова // Сб. докладов 7-й Объединенной сессии научн.-исслед. институтов Закавказских республик по строительству. – Баку, 1971.
27. Перфилов, В. А. Легкий жаростойкий фибробетон [Текст] / В. А. Перфилов, У. В. Алаторцева, А. А. Тюрин // Известия вузов. Строительство. – 2008.
– № 9. – С. 23–25.
28. Некрасов, К. Д. Жароупорный газобетон [Текст] / К. Д. Некрасов,
М. Я. Кривицкий, С. К. Лисиенко // Жароупорные бетоны : сб. тр. НИИЖБ. –
М.: Стройиздат, 1964. – С. 18-34.
29. Клинов, О. А. Жаростойкий газобетон на основе алюмосиликофосфатного связующего с добавкой огнеупорного волокна [Текст] : дисс. … канд.
техн. наук / О. А. Клинов. – Челябинск, 2008. – 144 с.
112
30. Болотникова, О. В. Жаростойкие ячеистые теплоизоляционные бетоны
на минеральном вяжущем [Текст] : автореф. дисс. … канд. техн. наук / О. В.
Болотникова. – Пенза, 2006. – 23 с.
31. Чужбинкина, И. Е. Разработка жаростойкого неавтоклавного дисперсно армированного ячеистого бетона [Текст] : автореф. дисс. … канд. техн. наук
/ И. Е. Чужбинкина. – Иваново, 2009. – 21 с.
32. Клинов, О. А. Жаростойкий газобетон на основе алюмисиликофосфатного связующего с добавкой огнеупорного волокна [Текст] : автореф. дисс. …
канд. техн. наук / О. А. Клинов. – Челябинск, 2008. – 24 с.
33. Минасян, Г. С. Географическое размещение, особенности добычи и обогащения, перспективы развития производства природных пористых заполнителей [Текст] / Г. С. Минасян, П. Л. Еременок, А. З. Татишвили, Е. П. Холошин //
Перспективы развития производства и применения легких бетонов и конструкций из них. – М., 1978. – С. 142–147.
34. Ахматов, М. А. Эффективность применения легких бетонов, изделий и
конструкций из них [Текст] / М. А. Ахматов // Бетон и железобетон. – 1998. – №
4. – С. 9–13.
35. Вавренюк, С. В. Вулканические породы Дальнего Востока как сырье
для производства природных пористых заполнителей в бетоны [Текст] / С. В.
Вавренюк, Г. А. Кораблева // Технологии бетонов. – 2009. – № 5. –
С. 16–17.
36. Ахматов, М. А. Применение отходов камнепиления туфкарьеров и
рыхлых пористых пород в качестве заполнителей легких бетонов и конструкций из них [Текст] / М. А. Ахматов. – Нальчик, 1981. – 128 с.
37. Масуренков, Ю. П. Кайнозойский вулканизм Эльбрусской вулканической области [Текст] / Ю. П. Масуренков // Тр. ин-та геологии руд. месторождений, петрографии, минералогии и геохимии. – Вып. 51 – М. : АН СССР, 1961.
– 132 с.
113
38. Тагамлик, В. И. Нальчикский вулканический пепел и его применение в
строительстве [Текст] / В. И. Тагамлик // Строительные материалы. – 1931. – №
5. – С. 83–97.
39. Ахматов, М. А. Пористые заполнители из отходов добычи туфа [Текст]
/ М. А. Ахматов // Строительные материалы. – 1978. – № 3. – С. 10–11.
40. Ахматов, М. А. Эффективность применения местных строительных
материалов и бетона [Текст] / М. А. Ахматов. – Нальчик: Эльбрус, 1986. –
160 с.
41. Симонов, М. З. Исследование некоторых особенностей бетона и железобетона на пористых заполнителях [Текст] : автореф. дисс. … канд. техн. наук
/ М. З. Симонов. – Ереван, 1953. – 62 с.
42. Хежев, Т. А. Технология армоцементных конструкций высокой огнестойкости с теплозащитным слоем из эффективного легкого бетона [Текст] : дисс.
… д-ра техн. наук / Т. А. Хежев. – Ростов-на-Дону, 2007. – 304 с.
43. Ахвердов, И. Н. Легкий бетон [Текст] / И. Н. Ахвердов, Н. С. Годзиев,
Н. М. Овадовский. – М. : Госстройиздат, 1955. – 100 с.
44. Гранник, Ю. Г. Проектирование и строительство высотных зданий
[Текст] / Ю. Г. Гранник [Электронный ресурс]. – Режим доступа :
http://www.uralstroyportal.ru/articles/article 898.html.
45. Еремина, Т. Ю. Пожарная опасность высотных зданий: эвакуация и
защита людей от продуктов горения [Текст] / Т. Ю. Еремина, И. А. Егоров //
Пожарная безопасность. – 2014. – № 2. – C. 141–146.
46. Пушенко, А. С. Высокопрочный бетон в условиях воздействия высоких температур при пожаре [Текст] : дисс. … канд. техн. наук / А. С. Пушенко.
– Ростов-на-Дону, 2008. – 216 с.
47. Пожарная безопасность зданий и сооружений [Текст]. СНиП 21-01-97. –
М., 1997. – 15 с.
48. Некрасов, К. Д. Тяжелый бетон в условиях повышенных температур
[Текст] / К. Д. Некрасов, В. В. Жуков, В. Ф. Гуляева. – М. : Стройиздат, 1972. –
128 с.
114
49. Paschen, H. Bemessung fur angemessene Feuerwiederstandsdauer [Text] / H.
Paschen. – Betonwerk+Fertigteil-Technik. Heft 5/1974. Bd 40. – № 5. – S. 334–342.
50. Бушев, З. П. Огнестойкость зданий [Текст] / З. П. Бушев, В. А. Пчелинцев, B. C. Федоренко, А. И. Яковлев. – М. : Стройиздат, 1970. – 260 с.
51. Панарин, С. Н. Огнестойкость армоцемента с огнезащитным слоем на
основе вспученного вермикулита [Текст] / С. Н. Панарин, Т. А. Хежев,
В. И. Сомов // Пути повышения огнестойкости строительных материалов и конструкций : материалы семинара МДНТП им. Ф. Э. Дзержинского. – М., 1982. –
С. 98–101.
52. Некрасов, К. Д. Рекомендации по защите бетонных и железобетонных
конструкций от хрупкого разрушения при пожаре [Текст] / К. Д. Некрасов, В.
В. Жуков, В. Ф. Гуляева. – М. : Стройиздат, 1981. – 21 с.
53. Жаворонков, П. З. Подвесные потолки как средство повышения пределов огнестойкости покрытий и перекрытий [Текст] / П. З. Жаворонков // Пути
повышения огнестойкости строительных материалов и конструкций : материалы семинара МДНТП им. Ф.Э. Дзержинского. – М., 1982. – С. 76–81.
54. Руководство по нанесению огнезащитного вспучивающегося покрытия ВПМ-2 [Текст]. – М.: ВНИИПО МВД СССР, 1969. – 7 с.
55. Романенков, И. Г. Огнезащита строительных конструкций [Текст] / И.
Г. Романенков, Ф. А. Левитес. – М. : Стройиздат, 1991. – 320 с.
56. Страхов, В. Л. Огнезащита строительных конструкций: современные
средства и методы оптимального проектирования [Текст] / В. Л. Страхов,
А. Н. Гаращенко // Строительные материалы. – 2002. – № 6. – С. 2–5.
57. Страхов, В. Л. Огнезащита строительных конструкций [Текст] /
В. Л. Страхов, А. М. Крутов, И. Ф. Давыдкин / под ред. Ю. А. Кошмарова. – М.
: ТИМР, 2000. – 433 с.
58. Алибаев, К. Ф. Покрытия «Экран» [Текст] / К. Ф. Алибаев, С. К. Касымбеков // Пожарное дело. – 1976. – № 7. – С. 29.
59. Инструкция по составам, изготовлению и технологии устройства вспучивающихся огнестойких покрытий на основе вермикулита для огнезащиты
115
строительных металлических конструкций [Текст]. – Челябинск : УралНИИСтромпроект, 1978. – 21 с.
60. Ахтямов, Р. Я. «Вермивол» – новое огнезащитное покрытие на основе
вспученного вермикулита [Текст] / Р. Я. Ахтямов // Строительные материалы. –
2002. – № 6. – С. 6–7.
61. Thermax Brandschutzplatte. Firma Isovolta. Information Osterreichische
Isolierstoffwerke Aktiengeslischaft [Text]. – 1977.
62. Попов, П. И. Экспериментальные исследования огнестойкости армоцементного волнистого свода [Текст] / П. И. Попов, Т. В. Чекель // Армоцементные конструкции в строительстве. – Л., 1963. – С. 143–156.
63. Махалов, И. С. Огнезащиту стальных строительных конструкций – на
новый технический уровень [Текст] / И. С. Махалов, B. C. Сорин // Промышленное строительство. – М., 1980. – № 3. – С. 28–30.
64. Дубенецкий, К. Н. Новый изоляционный материал [Текст] / К. Н. Дубенецкий, А. П. Пожнин, Ю. М. Тихонов // Пожарное дело. – 1967. – № 6. –
С. 30–31.
65. Хлевчук, В. Р. Огнезащита металлических конструкций зданий [Текст]
/ В. Р. Хлевчук, Е. T. Артыкпаев. – М. : Стройиздат, 1973. – 97 с.
66. Руководство по составам и применению теплоизоляционных и огнестойких перлитовых штукатурок [Текст]. – М. : Стройиздат, 1975. – 15 с.
67. Тихонов, Ю. М. Исследование вермикулита и растворов на его основе
с целью применения их в конструкциях стен и полов зданий [Текст] /
Ю. М. Тихонов : дисс. … канд. техн. наук. – Л. : Ленингр. инженер.-строит. инт, 1972. – 196 с.
68. Хежев, Х. А. Фиброгипсобетонные композиты с применением вулканических горных пород [Текст] / Х. А. Хежев : дисс. … канд. техн. наук. –
СПб., 2013. – 160 с.
69. Загоруйко, Т. В. Бетон повышенной термостойкости для огнестойких
железобетонных изделий [Текст] / Т. В. Загоруйко : дисс. … канд. техн. наук. –
Воронеж, 2015. – 163 с.
116
70. Гугучкина, М. Ю. Огне- и теплозащитные сухие строительные смеси и
изделия на гипсовом вяжущем [Текст] / М. Ю. Гугучкина : автореф. дисс. …
канд. техн. наук. – СПб., 2013. – 23 с.
71. Панарин, С. Н. Пути повышения предела огнестойкости тонкостенных
армоцементных конструкций со слоем вермикулитобетона [Текст] / С. Н. Панарин, Т. А. Хежев, В. В. Жуков, В. В. Соломонов // Промышленное строительство. – 1986. – С. 44 – 46.
72. Панарин, С. Н. Армоцементные конструкции повышенной огнестойкости [Текст] / С. Н. Панарин, Т. А. Хежев : наглядное пособие. – Л. : ЛДНТП,
1982. – 23 с.
73.
Гедеонов, П. П. Цементно-вермикулитовые штукатурные растворы
для жилых и общественных зданий [Текст] / П. П. Гедеонов, B. C. Спирина //
Строительные материалы на основе вермикулита, шлаков и зол : сб. трудов
УралНИИСтромпроект. – Челябинск, 1975. – С. 24 – 30.
74. Соломатов, В. И. Развитие полиструктурной теории композиционных
строительных материалов [Текст] / В. И. Соломатов // Известия вузов. Строительство и архитектура. – 1985. – № 8. – С. 58–64.
75. Соломатов, В. И. Элементы общей теории композиционных строительных материалов [Текст] / В. И. Соломатов // Известия вузов. Строительство
и архитектура. – 1980. – № 8. – С. 61–70.
76. Рабинович, Ф. Н. Композиты на основе дисперсно армированных бетонов [Текст] / Ф. Н. Рабинович // Вопросы теории и проектирования, технология, конструкции : монография. – 3-е изд., перераб. и доп. – М. : АСВ, 2004. –
560 с.
77. Юрьев, А. Г. Волокнистые композиты в строительных конструкциях
[Текст] / А. Г. Юрьев, Л. А. Панченко, Р. В. Лесовик : монография. – Белгород :
БГТУ, 2006. – 90 с.
78. Волков, И. В. Проблемы применения фибробетона в отечественном
строительстве [Текст] / И. В. Волков // Строительные материалы. – 2004. –
№ 6. – С. 12–13.
117
79. Синица, М. С. Исследование влияния армирования на свойства пенобетона [Текст] / М. С. Синица // Приложение к журналу «Строительные материалы, оборудование, технологии XXI века». – 2003. – № 9. – С. 8–9.
80. Рабинович, Ф. Н. Дисперсно армированные бетоны [Текст] / Ф. Н. Рабинович. – М.: Стройиздат, 1989. – 174 с.
81. Харчевников, В. И. Основы структурообразования стекловолокнистых
полимербетонов [Текст] / В. И. Харчевников // Известия вузов. Строительство и
архитектура. – 1987. – № 11. – С. 62–66.
82. Некрасов, В. П. Метод косвенного вооружения бетона. Новый железобетон [Текст] / В. П. Некрасов. – М. : Транспечать, 1925. – 255 с.
83. ВСН 56-97. Проектирование и основные положения технологий производства фибробетонных конструкций [Текст]. – М., 1997. – 177 с.
84. Гулимова, Е. В. Исследование коррозионной стойкости арматуры в
сталефибробетоне [Текст] / Е. В. Гулимова : автореф. дисс. … канд. техн. наук.
– Л. : Ленингр. инженер.-строит. ин-т, 1980. – 23 с.
85. Крылов, Б. А. Фибробетон и перспективы его применения в строительстве [Текст] / Б. А. Крылов // Фибробетон и его применение в строительстве. –
М., 1979. – С. 4–11.
86. Лобанов, И. А. Дисперсно-армированные бетоны, область их применения, пути качественного улучшения свойств [Текст] / И. А. Лобанов // Производство строительных изделий и конструкций : сб. тр. Ленингр. инженер.строит. ин-та. – Л., 1976. – № 114. – С. 5–22.
87. Лобанов, И. А. Особенности подбора состава стале-фибробетона
[Текст] / И. А. Лобанов, К. В. Талантова // Производство строительных изделий
и конструкций : сб. тр. Ленингр. инженер.-строит. ин-та,– Л., 1976. –
№ 114. – С. 22–32.
88. Лобанов, И. А. О влиянии технологических параметров изготовления
сталефибро-бетона на его свойства [Текст] / И. А. Лобанов, А. В. Копацкий, К.
В. Талантова, В. Ф. Малышев // Производство строительных изделий и конструкций : сб. тр. Ленингр. инженер.-строит. ин-та. – Л., 1976. – № 114. –С. 32–42.
118
89. Панарин, С. Н. Армоцементные конструкции массового применения
[Текст] / С. Н. Панарин, Б. А. Миронков. – Л. : Ленингр. дом науч.-техн. пропаганды, 1975. – 32 с.
90. Пухаренко, Ю. В. Научные и практические основы формирования
структуры и свойств фибробетонов [Текст] : автореф. дисс. … д-ра техн. наук /
Ю. В. Пухаренко. – СПб. : Санкт-Петербургский гос. архит.-строит. ун-т, 2005.
– 42 с.
91. Пухаренко, Ю. В. Принципы формирования структуры и прогнозирование прочности фибробетонов [Текст] / Ю. В. Пухаренко // Вестник гражданских инженеров (научно-технический журнал). – СПб. : СПбГАСУ, 2005. – № 1.
– С. 54–62.
92. Пухаренко, Ю. В. Реставрация и строительство: потенциал фиброармированных материалов и изделий [Текст] / Ю. В. Пухаренко // Электронный научный журнал «Современные проблемы науки и образования». – 2012. – № 4.
[Электронный ресурс]. – Режим доступа : www.science-education.ru/104-6582.
93. Рабинович, Ф. Н. Эффективность применения стале-фибробетона в
промышленном строительстве [Текст] / Ф. Н. Рабинович, Г. А. Шикунов //
Применение фибробетона в строительстве. – Л., 1985. – С. 9–15.
94. СП 52-104-2006. Сталефибробетонные конструкции [Текст]. – М.,
2007. – 56 с.
95. Тупицина, В. Н. К механизму разрушения бетона и фибробетона при
многократном воздействии замораживания [Текст] / В. Н. Тупицина // Исследование и расчет экспериментальных конструкций из фибробетона. – Л., 1976. –
С. 102–106.
96. Багров, Б. О. Дисперсно-армированный ячеистый бетон на шлакощелочном вяжущем [Текст] / Б. О. Багров, Н. Т. Гуменюк, Т. Д. Васильева // Ячеистый бетон и ограждающие конструкции из него. – М., 1985. – С. 15–18.
97. Беркович, Т. М. Основы технологии асбестоцемента [Текст] /
Т. М. Беркович. – М. : Стройиздат, 1979. – 233 с.
119
98. Моргун, Л. В. Эффективность применения фибропенобетона в современном строительстве [Текст] / Л. В. Моргун // Строительные материалы. – 2002.
– № 3. – С. 16–17.
99. Рабинович, Ф. Н. Бетоны, дисперсно-армированные волокнами [Текст]
/ Ф. Н. Рабинович. – М., 1976. – 73 с.
100. Крылов, Б. А. Фибробетон и его свойства [Текст] / Б. А. Крылов //
Стр-во и архитектура. Сер. «Строит. материалы, изделия и конструкции» : обзор. информ. : зарубеж. опыт. Вып. 4. – М., 1979. – 45 с.
101. Холистер, Г. С. Материалы, упрочненные волокнами [Текст] /
Г. С. Холистер, К. Томас / пер. с англ. Б. А. Клыкиной; под ред. В. С. Ивановой.
– М. : Металлургия, 1969. – 153 с.
102. Makitani, E. A studi on bond strength in steel fibre reinforced concrete
[Text] / E. Makitani, S. Sekiya, I. Hagiwara // Rev. 33rd Gren. Meet. Cem. Assoc. –
Tokyo, 1979. Sinepses, Tokyo, 1979. – P. 190–192.
103. Хашукаев, М. Н. Технология и свойства ячеистых фибробетонов на
основе вулканических горных пород [Текст] / М. Н. Хашукаев : дисс. … канд.
техн. наук. – СПб. : Санкт-Петербургский гос. архит.-строит. ун-т, 2002. – 127 с.
104. Лобанов, И. А. Ударостойкость фибробетонов, армированных низкомодульными синтетическими волокнами [Текст] / И. А. Лобанов, Ю. В. Пухаренко, Ю. А. Гурашкин // Технология и долговечность дисперсно-армированных бетонов. – Л., 1984. – С. 86–93.
105. Wallace, N. Glass reinforced concrete – a new composite for construction
[Тext] / N. Wallace // Construction Specifier. – 1977. – № 3. – P. 259–261.
106. Беркович, Т. М. Структура и прочность дисперсно-армированных
волокнистых композиций с цементной матрицей [Текст] / Т. М. Беркович // Механика и технология композиционных материалов : материалы нац. конф. –
София, 1977. – С. 782.
107. Швидко, Я. И. Исследование прочностных и деформативных
свойств дисперсно-армированных полимербетонов [Текст] / Я. И. Швидко //
120
Дисперсно-армированные бетоны и конструкции из них : тез. докл. и сообщ.
Латв. респ. совещ. – Рига, 1975. – С. 102–106.
108. Developments in fibre-reinforced concrete [Тext] // Consult. Eng. (Gr.
Brit.). – 1978. – № 3. – P. 321.
109. Kapuna, A. Perspektywy modyfikacji wkasnesci asbestocementu wicrnami szklanymi oras zintetycznymi [Тext] / A. Kapuna // Przoglad Budowiany. – 1972.
– № 2. – Р. 41–43.
110. Рабинович, Ф. Н. Эффективность применения стале-фибробетона в
промышленном строительстве [Текст] / Ф. Н. Рабинович, Г. А. Шикунов //
Применение фибробетона в строительстве. – Л., 1985. – С. 9–15.
111. Стерин, В. С. Приготовление сталефибробетонных смесей [Текст] / В.
С. Стерин // Применение фибробетона в строительстве : материалы краткосроч.
семинара, 4–5 июля 1985 г. – Л., 1985. – С. 27–31.
112. Albenque, M. Hin neues keramisches Material – Schaumton [Тext] / M.
Albenque // Stogel-industrie. – 1972. – № 10. – Р. 452.
113. Нарышкина, М. Б. Стеновые материалы на основе композиционного
гипсового вяжущего повышенной водостойкости [Текст] : дисс. … канд. техн.
наук / М. Б. Нарышкина. – Белгород : Белгород. гос. технол. ун-т
им. В.Г. Шухова, 2010. – 188 с.
114. Махова, М. Ф. Базальтоволокнистые материалы [Текст] / М. Ф. Махова
// Обзор ВНИИЭСМ. – М., 1989. – 72 с.
115. Волков, И. В. Фибробетон : Состояние и перспективы применения
[Текст] / И. В. Волков // Промышленное и гражданское строительство. – 2002. –
№ 9. – С. 37–38.
116. Бучкин, А. В. Мелкозернистый бетон высокой коррозионной стойкости, армированный тонким базальтовым волокном [Текст] : дисс. … канд.
техн. наук / А. В. Бучкин. – М., 2011. – 130 с.
117. Махова, М. Ф. Дисперсное армирование портландцемента базальтовыми волокнами [Текст] / М. Ф. Махова, Н. П. Гребенюк // Цемент. – 1980. – № 2.
– С. 6–19.
121
118. Боровских, И. В. Высокопрочный тонкозернистый базальтофибробетон [Текст] : автореф. дисс. … канд. техн. наук / И. В. Боровских. – Казань,
2009. – 21 с.
119. Степанова, В. Ф. Цементные композиции, армированные базальтовым волокном [Текст] / В. Ф. Степанова, А. В. Бучкин // Технологии бетонов. –
2007. – № 5. – С. 28–29.
120. Боровских, И. В. Изменение длины базальтовых волокон при получении композиционного вяжущего для высокопрочных базальтофибробетонов
[Текст] / И. В. Боровских, В. Г. Хозин // Известия КазГАСУ. – 2009. –№ 2. – С.
234–238.
121. Боровских, И. В. Исследование влияния способов введения базальтового короткорубленного волокна на прочностные характеристики мелкозернистого бетона [Текст] / И. В. Боровских, В. Г. Хозин // Строительный
комплекс России : наука, образование, практика : материалы Международной
научно- практической конференции. – Улан-Удэ : ВСГТУ, 2008. – С. 27–31.
122. Бабаев, В. Б. Базальтовое волокно как компонент для микроармирования цементных композитов [Текст] / В. Б. Бабаев, В. В. Строкова, В. В. Нелюбова
// Вестник Белгородского государственного технологического университета им.
В.Г. Шухова. – 2012. – № 4. – С. 58–61.
123. Розина, В. Е. Мелкозернистый базальтофибробетон с нанокремнеземом [Текст] : дисс. … канд. техн. наук / В. Е. Розина. – Улан-Удэ, 2015. – 146 с.
124. Хлыстов, А. И. Повышение эффективности и улучшение качества
футеровочных конструкций из жаростойкого бетона [Текст] / А. И. Хлыстов, А.
В. Божко, С. В. Соколова, Р. Т. Риязов // Огнеупоры и техническая керамика. –
2004. – № 3. – С. 26–31.
125. Адлер, Ю. П. Планирование эксперимента при поиске оптимальных
условий [Текст] / Ю. П. Адлер, Е. В. Маркова, Ю. В. Грановский. – М. : Наука,
1976. – 280 с.
122
126. Ахназарова, С. Л. Методы оптимизации эксперимента в химической
технологии [Текст] / С. Л. Ахназарова, В. В. Кафаров. – М. : Высш. шк., 1985. –
327 с.
127. Крыжановский, И. И. Методика планирования эксперимента при
решении типовой задачи о выборе химических добавок к бетону [Текст] /
И. И. Крыжановский, О. И. Свидерская // Математические методы в исследованиях технологии бетона : тр. Всесоюз. науч.-исслед. ин-та водоснабжения, канализации, гидротехн. сооружений и инженер. гидрогеологии. – Вып. 5. –
Харьков, 1971. – С. 102–114.
128. Лысенков, А. Н. О некоторых планах второго порядка и их использовании при исследовании многофакторных объектов [Текст] / А. Н. Лысенков
// Проблемы планирования эксперимента. – М., 1969. – С. 63–69.
129. Карпов, В. В. Математическая обработка эксперимента и его планирование [Текст] : учеб. пособие / В. В. Карпов, А. В. Коробейников, В. Ф. Малышев, В. А. Фролькис. – М. : АСВ; СПб. : С.-Петерб. гос. архитектур.-строит. унт, 1998. – 100 с.
130. Налимов, В. В. Статистические методы планирования экстремальных экспериментов [Текст] / В. В. Налимов, Н. А. Чернова. – М. : Наука, 1965. –
340 с.
131. Баженов, Ю. М. Технология бетона [Текст] / Ю. М. Баженов. – М. :
Высш. шк., 1978. – 455 с.
132. Иванов, И. А. Легкие бетоны с применением зол электростанций
[Текст] / И. А. Иванов. – 2-е изд., перераб. и доп. – М. : Стройиздат, 1986. –
136 с.
133. Тихонов, Ю. М. Аэрированные легкие и тепло-огнезащитные бетоны
и растворы с применением вспученного вермикулита и перлита и изделия на их
основе [Текст] : автореф. дисс. … д-ра техн. наук / Ю. М. Тихонов. – СПб. :
Санкт-Петербургский гос. архит.-строит. ун-т, 2005. – 40 с.
134. Масленникова, М. Г. Легкие жароупорные бетоны на портландцементе и жидком стекле с керамзитовым и вермикулитовым заполнителями
123
[Текст] : автореф. дисс. … канд. техн. наук / М. Г. Масленникова. – М. : Науч.исслед. ин-т бетона и железобетона, 1953. – 20 с.
135. Инструкция по технологии изготовления жаростойких бетонов. СН
159–79 [Текст]. – М. : Стройиздат, 1979. – 40 с.
136. Жуков, А. З. Жаростойкие фибровермикулитобетонные композиты с
применением вулканического пепла [Текст] / А. З. Жуков, Г. Н. Хаджишалапов,
Т. А. Хежев, Х. А. Хежев // Вестник Дагестанского государственного технического
университета. – Махачкала : ДГТУ, 2014. – Т. 35, № 4. – С. 109–114.
137. Митрофанов, Е. Н. Армоцемент [Текст] / Е. Н. Митрофанов. – Л.,
1973. – 208 с.
138. Яковлев, А. И. Расчет огнестойкости строительных конструкций
[Текст] / А. И. Яковлев. – М. : Стройиздат, 1888. – 142 с.
139. Макагонов, В. А. Совершенствование методов расчета огнестойкости строительных конструкций [Текст] / В. А. Макагонов, С. А. Эсаулов // Пути
повышения огнестойкости строительных материалов и конструкций : материалы семинара МДНТП им. Ф.Э. Дзержинского. – М., 1982. – С. 60–63.
140. Хежев, Т. А. Теплотехнический расчет огнестойкости многослойных
строительных конструкций [Текст] / Т. А. Хежев, Х. П. Культербаев // Вестник
Кабардино-Балкарского гос. ун-та. Сер. «Технические науки». – Вып. 4. –
Нальчик : КБГУ, 2000. – С. 9–11.
141. Калиткин, Н. Н. Численные методы [Текст] / Н. Н. Калиткин. – М. :
Наука, 1978. – 512 с.
142. Самарский, А. А. Устойчивость разностных схем [Текст] / А. А. Самарский, А. В. Гулин. – М. : Наука, 1973. – 416 с.
143. Тихонов, А. Н. Уравнения математической физики [Текст] / А. Н. Тихонов, А. А. Самарский. – М. : Наука, 1971. – 736 с.
144. Романенков И. Г. Огнестойкость строительных конструкций из эффективных материалов [Текст] / И. Г. Романенков, В. Н. Зигерн-Корн. – М. :
Стройиздат, 1984. – 240 с.
124
145. Самарский, А. А. Введение в теорию разностных схем [Текст] /
А. А. Самарский. – М. : Наука, 1971. – 552 с.
125
Приложение 1
126
Назначение технологического регламента и общая
характеристика производства
Регламент
устанавливает
технологические
параметры
плит
из
фибровермикулитобетонного композита с применением вулканического пепла
и пемзы и требования к ним, содержит требования к исходным сырьевым
материалам, их подготовке, составам фибровермикулитобетонных смесей и
режимам их приготовления, формованию изделий и их твердению.
В основу разработки технологического регламента легли результаты НИР
по оптимизации составов и технологии изготовления фибровермикулитобетонных изделий, выполненной кафедрой строительного производства КБГУ.
Регламент
разработан
для
производства
огнезащитных
плит
из
фибровермикулитобетонного композита с применением вулканического пепла
и пемзы для огнезащиты строительных конструкций.
Изготовление
осуществляется
изделий
по
из
фибровермикулитобетонного
агрегатно-поточной
технологии
композита
литьевым
или
вибрационным способом с последующей тепловой обработкой в пропарочной
камере или нормального твердения в воздушно-сухих условиях.
1.
Характеристика изделий
Плиты фибровермикулитобетонные для огнезащиты строительных конструкций имеют размеры: 300×300×20–30 мм; 400×400×20–30 мм; 500×500×20–
30 мм; 600×600×20–30 мм.
Плиты из фибровермикулитобетонного композита с применением
вулканического пепла и пемзы предназначены для огнезащиты строительных
конструкций и устройства огнезащитных перегородок в зданиях различного
назначения с сухим, нормальным и влажным режимом помещений по СНиП 2302-2003.
Лицевые поверхности плит должны быть ровными, гладкими и не иметь
жировых и других пятен.
127
Значения
отклонений
геометрических
параметров
и
показателей
внешнего вида не должны превышать предельных, указанных в таблице 1.
Таблица 1
Отклонения от линейных размеров
Предельные отклонения, мм
по высоте
±2
по длине и ширине
±3
от прямоугольной формы (разность
3
длины диагоналей)
искривления ребер и граней
2
Плиты фибровермикулитобетонные для огнезащиты строительных конструкций должны отвечать следующим требованиям:
состав № 1 с применением вулканического пепла:
1. Средняя плотность (кг/м3) в высушенном
до постоянной массы состоянии, не более………………………….....600
2. Предел прочности образцов-балочек при сжатии (МПа)
в возрасте 28 сут. воздушно-сухого твердения, не менее…………......3,3
3. Предел прочности образцов-балочек при изгибе (МПа)
в возрасте 28 сут. воздушно-сухого твердения, не менее……………..2,4
4. Отпускная влажность по массе, %, не более………………….….…..10
5. Коэффициент теплопроводности, Вт/(м К), не более……………...0,12;
состав № 2 с применением вулканического пепла и пемзы:
1. Средняя плотность (кг/м3) в высушенном
до постоянной массы состоянии, не более………………………….....840
2. Предел прочности образцов-балочек при сжатии (МПа)
в возрасте 28 сут. воздушно-сухого твердения, не менее…………......4,0
3. Предел прочности образцов-балочек при изгибе (МПа)
в возрасте 28 сут. воздушно-сухого твердения, не менее……………..3,0
4. Отпускная влажность по массе, %, не более………………….….…....9
128
5. Коэффициент теплопроводности, Вт/(м К), не более……………....0,20.
2. Характеристика исходных материалов
Для изготовления огнезащитных плит из фибровермикулитобетонного
композита с применением вулканического пепла и пемзы применяют
следующие материалы:
– портландцемент ПЦ500-ДО по ГОСТ 10178-85;
– гипсовое вяжущее не ниже марки Г-4 по ГОСТ 125-79;
– воздушная негашеная известь кальциевая по ГОСТ 9179–77;
– вспученный вермикулит фракции 0,16–5 мм по ГОСТ 12865-67;
– вулканический пепел фракции 0-0,16 мм Заюковского месторождения;
– пемзовый песок Псыхурейского месторождения фракции 0,16-0,63 мм;
– базальтовое волокно по ТУ 5952-030-00204949-95;
– смола древесная омыленная (СДО);
– водопроводная вода, соответствующая требованиям ГОСТ 23732–79.
3. Состав фибровермикулитобетонной смеси
Состав смеси для получения 1 м3 фибровермикулитобетонного композита
с применением вулканического пепла со средней плотностью 570–590 кг/м3, кг:
– портландцемент………………………………………..……… 99
– гипс ………………………………………………………...…... 4;
– негашеная известь ………………………………………....…. 99;
– вспученный вермикулит фракции 0,16–5 мм ….……….…. 192;
– вулканический пепел фракции 0-0,16 мм …………….…… 109;
– базальтовые волокна ( l = 1444) …………………………... 7,4;
d
– смола древесная омыленная…………………………………. 1,7.
Состав смеси для получения 1 м3 фибровермикулитобетонного композита
с применением вулканического пепла и пемзы со средней плотностью 810–830
кг/м3, кг:
– портландцемент………………………………………..……… 209
129
– вспученный вермикулит фракции 0,63–5 мм ….……….…. 77;
– вулканический пепел фракции 0-0,16 мм …………….…… 109;
– пемзовый песок фракции 0,16-0,63 мм……………………... 376
– базальтовые волокна ( l = 1444) …………………………... 7,4;
d
– смола древесная омыленная………………………………… 2,4.
4. Технологическая схема производства фибровермикулитобетонных изделий
Технологический
процесс
фибровермикулитобетонного
производства
композита
огнезащитных
включает
следующие
плит
из
этапы
и
операции:
Цемент,
Вспученный
Пепел, пемза
гипс, известь вермикулит
Дозирование
(весовой дозатор)
Вода
Дозирование
(объемный дозатор)
Фибра
Дозирование (весовой
дозатор)
Приготовление фибровермикулитобетонной
смеси (турбулентный смеситель)
Транспортирование смеси
Подготовка форм, заливка смеси,
формование
Тепловая обработка
130
5. Технологический процесс изготовления огнезащитных плит из
фибровермикулитобетонного композита с применением вулканического
пепла и пемзы
6.1. Подготовка исходных материалов
Цемент, гипс и негашеная известь, удовлетворяющие п. 3 регламента, не
требуют перед применением специальной подготовки.
Вспученный вермикулит, вулканический пепел и пемза перед подачей в
дозирующее устройство смесительной установки следует просеивать через
соответствующие сита для получения требуемых фракций.
Базальтовые волокна поставляются от завода-изготовителя необходимой
длины.
6.2. Приготовление фибровермикулитобетонной смеси
Все составляющие смеси дозируются с точностью, %:
-
цемент (по массе) ……………………………..± 1;
-
гипс (по массе) ………………………………..± 1;
-
негашеная известь (по массе) …………….…..± 1;
-
вспученный вермикулит (по массе) …….……± 2;
-
вулканический пепел (по массе) …….….……± 2;
-
вулканическая пемза (по массе) …….…….…± 2;
-
смола древесная омыленная (по массе) …..…± 1;
-
вода (по объему) ……….……………………...± 1;
-
фибра (по массе) ………….…………………...± 1.
Приготовление фибровермикулитобетонной смеси осуществляется в
турбулентном смесителе, обеспечивающем требуемую однородность смеси и
распушку волокон.
131
Фибровермикулитобетонная
смесь
приготавливается
следующим
образом: в работающий смеситель загружают отдозированные портландцемент,
гипс, негашеная известь, пепел, пемза и перемешивают до получения
однородной сухой смеси, после добавляют воду с СДО и продолжают
перемешивание до получения однородной массы, затем добавляется в смесь
вспученный вермикулит и базальтовое волокно и окончательно перемешивают.
Время приготовления смеси находится в пределах 2-4 мин.
После каждого цикла приготовления смеси необходимо очищать
запорные детали, течки и внутреннюю часть смесителя водопроводной водой.
Подача смеси к месту укладки должна производиться непосредственно из
смесителя или с минимальным количеством перегрузок по кратчайшему пути.
Рационально
устанавливать
смеситель
непосредственно
над
постом
формования изделий. Высота свободного падения смеси при перегрузках не
должна превышать 1 м.
6.3. Формование изделий
Процессу
формования
предшествует
этап
подготовки
форм,
предусматривающий:
- устранение обнаруженных дефектов;
- очистку и смазку поверхностей, соприкасающихся с бетонной смесью;
- сборку форм и, при необходимости, герметизацию стыков.
Формование изделий осуществляется литьевым или вибрационным
способом. Для этого подготовленные формы устанавливаются в строго
горизонтальном положении на формовочном посту. При необходимости
устанавливаются упоры против сдвижки форм относительно основания.
6.4. Твердение изделий
Изделия извлекают из форм вручную или механизированным способом с
применением специальных устройств при достижении требуемой прочности.
132
После формования и предварительной выдержки изделия подвергаются
тепловой обработке в пропарочных камерах при температуре изотермического
прогрева 80 0С. Предельная скорость подъема и снижения температуры должна
быть не более 30 0С/ч. Рекомендуется следующий режим тепловой обработки:
общая продолжительность 13…14 часов, в том числе: подъем температуры 3
часа, изотермический прогрев 8 часов, снижение температуры 3 часа. Перед
проведением тепловой обработки изделия необходимо выдерживать для набора
бетоном пластической прочности, равной 0,035…0,5 МПа.
Твердение фибровермикулитобетонных изделий может осуществляться в
естественных условиях при температуре окружающего воздуха не ниже +15 оС
в пакетах или штабелях, защищенных навесом или в закрытом помещении. Зазор между плитами должен быть не менее 5 см.
6. Ведомость технологического оборудования
№№
Наименование оборудования
Завод-Изготовитель
Марка,
тип
1
Смеситель
ООО «Стройтехплюс»
ГС-250
2
Металлопластиковая форма
ООО «Стройтехплюс»
ФПП 7/667
3
Дозатор цемента, гипса, из-
ООО «Стройтехплюс»
ДЦ-200
вести, сыпучих материалов,
волокна
4
Дозатор воды
ООО «Стройтехплюс»
ДВ-180
5
Вибростол формовочный
ООО «Стройтехплюс»
ВС-1500Ф
Для изготовления огнезащитных плит из фибровермикулитобетонного
композита можно использовать технологическое оборудование российского и
иностранного производства.
133
7. Контроль производства и управление
Контроль качества производства изделий должен осуществляться путем
входного, операционного контроля всех производственных процессов и приемочного контроля качества изделий при отпуске их потребителю в соответствии с действующей нормативно-технической документацией (табл. 2).
Таблица 2
Наименование
операции
1
Хранение и
подготовка исходных материалов
Контролируемый Частота
параметр
контроля
2
Нормы и
Метод испытехнологи- тания и средческие покаства
затели
контроля
4
5
3
Входной контроль
активность порт- 1 раз в
марка не
ландцемента
месяц
ниже
ПЦ500-ДО
активность гипса 1 раз в
марка не
месяц
ниже Г–4
негашеная воздля каж- кальциевая
душная известь
дой пар- не ниже 3
сорта
тии
насыпная плотдля каж- не более 150
ность вспученно- дой пар- кг/м3
го вермикулита
тии
насыпная плотдля каж- не более
ность вулканиче- дой пар- 1200 кг/м3
ского пепла
тии
влажность пепла 1 раз в
не нормирусмену
ется
насыпная плотность вулканической пемзы
влажность пемзы
для каждой партии
1 раз в
смену
длина волокна
для каж-
по ГОСТ
10178-85
По ГОСТ
23789–79
по ГОСТ
9179–77
весы, сосуд
объемом 1 л
весы, сосуд
объемом 1 л
весовой метод, весы,
сушильный
шкаф
не более 700 весы, сосуд
кг/м3
объемом 1 л
не нормируется
11–15 мм
весовой метод, весы,
сушильный
шкаф
линейка
134
дой партии
температура воды 1 раз в
не более +25 термометр
о
смену
С
Операционный контроль
соотношение
1 раз в
рабочий со- проверка
Приготовление компонентов
смену
став смеси
правильности
фибровермидозирования
кулитобетонсредняя плоткаждый расчетный
весовой меной смеси
ность
цикл
показатель
тод, весы, сосуд объемом
1л
размеры форм
1 раз в
отклонение рулетка
смену
размеров не
более установленных
Формование
НД
положение осно- каждая
отклонения уровень
вания формы от- форма
не допусканосительно
ются
горизонта
естественное
1 раз в
температура термометр
твердение
смену
не ниже +15
о
Твердение изС
делий
тепловая обра1 раз в
температура термометр
ботка
смену
в соответствии с заданным
режимом
Приемочный контроль
средняя плотдля каж- не более 600 сушильный
ность в сухом со- дой пар- кг/м3 для со- шкаф, весы,
стоянии
тии
става №1 и
линейка
не более 820
кг/м3 для состава №2
предел прочности для каж- не менее 2,4 пресс
при изгибе
дой пар- МПа для сотии
става №1 и
не менее 3,0
Приемка готоМПа для совой продукции
става №2
предел прочности для каж- не менее 3,3 пресс
на сжатие
дой пар- МПа для со135
тии
отпускная влажность
показатели внешнего вида
для каждой партии
для каждой партии
става №1 и
не менее 4,0
МПа для состава №2
не более
10 %
отклонение
размеров от
формы и
размеров,
качество поверхности в
соответствии с НТД
сушильный
шкаф, весы
внешний осмотр, линейка, угольник
8. Хранение, складирование и транспортирование продукции
Хранение плит должно осуществляться в помещениях с сухим и
нормальным влажностным режимом с соблюдением требований охраны труда
и сохранности продукции.
Плиты должны быть уложены на поддоны по ГОСТ 9078-84 и упакованы
в полиэтиленовую пленку по ГОСТ 10354-82. Упаковка плит должна
обеспечивать сохранность их при хранении, транспортировании и при
проведении погрузо-разгрузочных работ. Допускается по согласованию с
потребителем применять пакетирование или упаковочные материалы других
видов, обеспечивающих сохранность плит при погрузо-разгрузочных работах,
транспортировании и хранении, при этом ответственность за надежность
упаковки несет потребитель. По согласованию с потребителем допускается
транспортировать плиты в непакетированном виде при укладывании их на
ребро, длинной стороной по направлению движения, вплотную друг к другу с
расклиниванием.
При погрузке, разгрузке, транспортировании и хранении должны применяться меры, исключающие возможность их повреждения и увлажнения.
136
Плиты транспортируются всеми видами транспорта с соблюдением Правил перевозок грузов, установленных для транспорта данного вида, и требований другой документации, утвержденной в установленном порядке.
9. Использование некондиционной продукции
Некондиционная продукция используется предприятием в собственных
целях или перерабатывается в крошку для использования в качестве засыпок.
Утилизация отходов производится в соответствии с требованиями
СанПин 2.1.7.1322-03 по договору с организациями, имеющими лицензию по
обращению
с
промышленными
отходами,
в
места,
согласованные
с
Роспотребнадзором.
10. Охрана окружающей среды
Производство
фибровермикулитобетонных
изделий
является
безотходным, не загрязняющим окружающую среду, является экологически
безопасным.
Охрана окружающей среды обеспечивается контролем за соблюдением
допустимых выбросов в атмосферу по ГОСТ 17.2.3.02-78 и предельно допустимых концентраций по ГОСТ 12.1.005-88.
137
Приложение 2
138
Приложение 3
139