Содержание к диссертации
Введение
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
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 технико-экономическое 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
- Огнестойкость строительных конструкций и способы ее повышения
- Методика исследования
- Влияние параметров армирования на свойства жаростойкого композита с применением вулканической пемзы
- Экспериментально-теоретическое исследование огнезащитных свойств фибровермикулитобетонных композитов с применением вулканических горных пород
Введение к работе
Актуальность исследования. 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.
Обрушение строительных конструкций является главной причиной гибе
ли людей и ущерба от пожаров. Это связано с тем, что в современном строи
тельстве при возведении зданий и сооружений все шире используются тонко
стенные железобетонные конструкции из высокопрочного бетона.
Эффективным способом повышения предела огнестойкости строительных кон
струкций является нанесение теплозащитных покрытий с применением вспу
ченного вермикулита и перлита. Эффективность их применения для огнезащи
ты 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.
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 фиброармирован-ных композитов с применением эффективных заполнителей.
Степень разработанности темы исследования. Работа основана на результатах теоретических и экспериментальных исследований российских ученых в области жаростойких и огнезащитных бетонов: Абызова А.Н., Ахтямова Р.Я., Гончаровой М.А., Ждановой Н.П., Жукова В.В., Маиляна Д.Р., Мантурова З.А., Масленниковой М.Г., Мельникова Ф.И., Милованова А.Ф., Мурашева В.И., Некрасова К.Д., Несветаева Г.В., Перфилова В.А., Перцева В.Т., Самойленко В.Н., Тарасовой А.П., Тихонова Ю.М., Хаджишалапова Г.Н., Хежева Т.А. и др.
В работе использованы исследования российских ученых в области фибро-армированных композитов: Баженова Ю.М., Крылова Б.А., Королева К.М., Курбатова Л.Г., Лесовика В.С., Лобанова И.А., Малининой Л.А., Малышева В.Ф., Моргун Л.В., Морозова В.И., Муртазаева С.-А.Ю., Павлова А.П., Перфилова В.А.,
Петракова Б.И., Пухаренко Ю.В., Рабиновича Ф.Н., Родова Г.С., Романова В.П., Степановой Г.С., Талантовой К.В., Тетерина Ю.И., Хайдукова Г.К., Волкова М.А., Стерина В.С. и др.
Цель и задачи исследования
Цель исследования - развитие научных представлений о взаимосвязи структуры и свойств фибро-пемзо-туфо-пепло-цементных композитов и разработка эффективных жаростойких и огнезащитных материалов на их основе.
Объектом исследования являются фиброармированные жаростойкие и огнезащитные композиты.
Предметом исследования являются составы, свойства и технология фибро-армированных жаростойких и огнезащитных композитов.
Задачи исследования
выполнить обзор литературных данных по жаростойким бетонам, огнестойкости строительных конструкций и способам ее повышения;
обосновать эффективность применения вулканических горных пород и дисперсного армирования для получения жаростойких и огнезащитных композитов;
разработать составы жаростойких композитов с применением туфового песка, пемзы, пепла;
выявить влияние параметров дисперсного армирования на свойства фибробетонного жаростойкого композита;
определить влияния соотношения компонентов на свойства жаростойкого вермикулитобетонного композита с применением вулканических горных пород;
выявить влияние параметров армирования на свойства фибровермику-литобетонного жаростойкого композита;
- разработать составы вермикулитобетонного и фибровермикулитобе-
тонного огнезащитных композитов с применением вулканических горных по
род;
исследовать огнезащитные свойства разработанных композитов экспериментальными и расчетными методами;
выявить влияние технологических факторов на свойства фиброверми-кулитобетонного композита с применением вулканических горных пород;
разработать технологический регламент производства огнезащитных плит из фибровермикулитобетонного композита с применением вулканических горных пород, провести проверку разработанных предложений в промышленных условиях и выполнить технико-экономическое обоснование.
Методологической основой диссертационной работы стали исследования и разработки строительного материаловедения в области жаростойких и огнезащитных материалов, методы планирования эксперимента и статистической обработки результатов эксперимента, существующая нормативная база, разработки в области теории теплопроводности и прочности жаростойких и огнезащитных бетонов.
Область исследования соответствует требованиям паспорта научной спе-4
циальности ВАК: 05.23.05 – Строительные материалы и изделия, пункту 7 «Разработка составов и принципов производства эффективных строительных материалов с использованием местного сырья и отходов промышленности».
Научная новизна работы:
– 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 фибровер-микулитобетонные композиты с применением вулканических горных пород. Получены математические модели прочности композита в зависимости от параметров фибрового армирования, выявлена зависимость характеристик фиб-роармированного композита от технологии изготовления изделий.
– 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 (№ 2015115446).
Практическая ценность и реализация результатов исследований. Разработаны эффективные жаростойкие и огнезащитные композиты 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.
Получены и исследованы составы жаростойких и огнезащитных фибро-вермикулитобетонных 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.
Разработанные фибровермикулитобетонные композиты с применением вулканического пепла и пемзы прошли производственную апробацию при изготовлении плит в ООО «СТРОЙИНДУСТРИЯ». На изготовление фибровер-микулитобетонных 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 ВО «Кабардино-Балкарский государственный университет им. Х.М. Бербекова» в учебном процессе при подготовке бакалавров и магистров направления подготовки «Строительство».
Достоверность научной гипотезы, выводов и рекомендаций 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.
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 научно-технической 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 технологии 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 научных статьях объемом 5,28 п.л., соискателем лично – 3,17 п.л., из них 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.
Огнестойкость строительных конструкций и способы ее повышения
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 600-1100С можно получать на портландцементе с различными добавками. При добавлении тонкодисперсного кремнезема [5] можно повысить температуру применения до 1200-1300 С, а тонкомолотой силикат-глыбы – до 1300-1400 С.
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]. 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 водопо-глощении. 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 теп-лосмен при нагревании до 800 оС и охлаждении в воде, что соответствует алю-мосиликатным 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/(моС).
Методика исследования
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. 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, габбродо-лериты, 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 ма 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 кремне-земсодержащих 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.
Влияние параметров армирования на свойства жаростойкого композита с применением вулканической пемзы
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/(мК).
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 вермикулито 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.
Результаты исследований показывают, что на среднюю плотность верми-кулитобетона 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 вер-микулитобетона в возрасте 28 сут. Пределы прочности на изгиб и сжатие вер-микулитобетонов без добавок и с добавкой пепла после нагрева образцов до 600 оС и 800 оС примерно одинаковы. Процент снижения прочности вермику-литобетонных 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. Устране ние отмеченных недостатков возможно за счет дисперсного армирования бетонной матрицы. Свойства фиброармированных композитов исследовались с применением ротатабельного плана второго порядка типа правильного шестиугольника.
После проведения эксперимента и обработки результатов эксперимента получены следующие уравнения регрессии композита в кодированном виде: Y = 2,8-0,15 1 + 0,03 2 -0,25 1 2 -0,75 2 2 + 0,17 1 X ; 72 =2,4 + 0,17 1 -0,6 1 2 -0,67 2 2 . По приведенным выше уравнениям построены поверхности отклика (рис. 3.5). Рис. 3.5. Поверхности отклика: R - предел прочности на сжатие, МПа; R - предел прочности при из СЖ изг гибе, МПа; l/d - отношение длины волокон к их диаметру; /JV - процент армирования по объему Результаты исследований показали, что в области плана с #, «0,45-0,75% и у, = 1444 отмечаются наибольшие значения предела прочности на сжатие, а
при значениях цу « 0,6 - 0.75% и (/ = 1444 - предела прочности на изгиб. Увеличение процента армирования базальтовыми волокнами вермикулитобетонной матрицы приводит к уменьшению прочностных характеристик композита, что обусловлено ухудшением их структуры.
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).
Экспериментально-теоретическое исследование огнезащитных свойств фибровермикулитобетонных композитов с применением вулканических горных пород
Таким образом, разработанные фибровермикулитобетонные и фибровер-микулитопемзобетонные 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.
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 использовани 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 С ДО 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 /JV « 0,45 % и отношении длины волокон к диаметру l d = 1444. Таблица 4.7
Зависимость прочности цементного фибровермикулитобетонного композита от способа приготовления смеси и формования
Способприготовления Соотношение компонентов в смеси, мас. % Вода / вяжущее Предел прочности, МПа цемент вермикулит пепел,d 0,14мм известь гипс СДО на сжатие на изгиб
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 фибровер-микулитобетонных 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. 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 верми-кулитобетоного композита для изготовления изделий можно использовать методы литья, вибрирование, вибропрессование.