Ежемесячный специализированный журнал “Новый Уральский строитель”
Адрес редакции: 620075, Екатеринбург, ул. Бажова, 79. Телефон: (343) 287-31-50, (343) 287-34-60
Издание РООР “Союза строителей Урала”
 
Главная
В номере
 

Яндекс цитирования
Рассылка 'Строительный комплекс УрФО. Актуальные темы'



Сметный центр Союза строителей Урала


“Новый Уральский строитель” №11 (115) - 2011

Журнал № -

Стройиндустрия

Торфополистиролбетон для сейсмостойких конструкций

Владимир ВЕСЕЛОВ, начальник отдела № 13 ОАО «Уральский начальник отдела № 13 ОАО «Уральский научно-исследовательский институт архитектуры и строительства», к.т.н.

Владимир БЕЛЯКОВ,  старший преподаватель кафедры «Материаловедение в строительстве»  ФГАОУ ВПО«УрФУ имени первого Президента России Б.Н. Ельцина», к.т.н.


В последние годы в связи с участившимися землетрясениями в районе Дальнего Востока и Западной Сибири получили большую актуальность разработки новых материалов для строительства зданий, способных противостоять сейсмическим воздействиям, при этом сохраняя свои эксплуатационные качества. Нельзя забывать и о том, что на территории Среднего Урала также возможны землетрясения до 7 баллов по шкале Рихтера. На вышедшей в 1998 году карте общего сейсмического районирования территории России  Свердловская область выделена как район повышенной сейсмичности. Последствия землетрясений в регионе из-за его насыщенности промышленными и гражданскими объектами могут быть самыми разрушительными.
Кафедра «Материаловедение в строительстве» УрФУ при поддержке ОАО институт «УралНИИАС» проводит исследования свойств полистиролбетона c использованием в качестве заполнителя модифицированного торфа. Данный материал представляется перспективным для использования в ограждающих конструкциях жилых и промышленных зданий в сейсмических районах.

Ранее проведенные исследования [1] показывают, что конструкционно-теплоизоляционный полистиролбетон в диапазоне плотностей 600-1200 кг/м3 и класса В5,0 – B12,5 востребован при проектировании строительных конструкций для стен зданий в районах России с сейсмическими зонами 8–9 баллов, так как удовлетворяет требованиям СНиП II-7-81 «Сейсмика» (раздел: здания с несущими стенами из кирпича или каменной кладки) п. 3.38. К городам, расположенным в этих сейсмических зонах, относятся, например, Улан-Удэ, Иркутск и города Камчатского края и Амурской области. Использование в составе данного материала торфа вместо природного песка и шлаков приведет к его удешевлению и улучшит теплоизоляционные характеристики.
Другие виды легких бетонов – керамзитобетон, газобетон и пенобетон, по своей природе являются хрупкими и не обладают таким деформационными свойствами, как пластичность или повышенное растяжение на изгиб. Данным свойством обладает полистиролбетон на заполнителе из торфа, поэтому его применение целесообразно для строительных конструкций зданий в сейсмически опасных зонах. Сейсмостойкость зданий со стенами из полистиролбетона – до 9 баллов по шкале Рихтера.
Для улучшения физико-механических показателей материала в качестве добавок модификаторов для торфа нами опробованы местные заполнители техногенного происхождения (золы уноса Рефтинской ГРЭС, тонкодисперсный шлам доменных газоочисток ОАО «Металлургического завода им. А.К. Серова» и пенополистирол марки «Альфапор» производства компании «Сибур-Химпром»). Применение данных материалов [2, 3] значительно улучшит эксплуатационные свойства и снизит стоимость легкого бетона, являясь в настоящее время экологически и экономически эффективным.
В качестве заполнителя бетона в составе цементной матрицы использовался торф мелкой фракции, предварительно модифицированный агрегатами наночастиц на основе золы, шлама и поверхностно-активными веществами (лигносульфанатом и полинафталинметиленсульфонатом). Использование новых видов ПАВ позволяет улучшить смачиваемость водой частиц торфа и гранул пенополистирола, что уменьшает водоцементное соотношение и улучшает прочность материала. Модификация торфа производилась мокрым помолом в мельнице барабанного типа совместно с поверхностно активными добавками в количестве 5–10% по массе.
Торфяной органический заполнитель является одним из наиболее эффективных теплоизоляционных материалов. Низкий коэффициент теплопроводности торфа λ0 = 0,06 Вт/(м∙К) обусловлен его волокнистой структурой. Средняя насыпная плотность торфа составляет 0,3 г/см3. Торф является сложной полидисперсной многокомпонентной системой; его физические свойства зависят от свойств отдельных частей, соотношений между ними, степени разложения или дисперсности твёрдой части, оцениваемой удельной поверхностью или содержанием фракций размером менее 250 мкм. Для торфа характерны высокая пористость, до 96—97%, и высокий коэффициент сжимаемости при компрессионных испытаниях. Текстура торфа – однородная, иногда слоистая; структура – обычно волокнистая или пластичная. Отмечается плохая смачиваемость торфа водой.
За базовую при подборе составов торфополистирольного бетона была принята композиция, приведенная в авторском свидетельстве СССР № 1244122, содержащая в качестве связующего портландцемент, верховой торф и его производные, древесные отходы и воду в качестве жидкости затворения при следующих соотношениях ингредиентов, в % по массе:
– портландцемент 33-38;
– древесные отходы торфяных
   месторождений 20-25;
– верховой торф 4-12; торфяная
   вытяжка 1-3;
– вода 22-42.
Максимальная прочность композиции составляет 6,41 МПа, коэффициент теплопроводности в сухом состоянии 0,12 Вт/м•К.
Выбор наиболее рациональных составов методом абсолютных объемов определялся с применением современных статистических методов. При подборе составов использовался низинный торф, диспергированный в воде из месторождения Таборинского района Свердловской области, который имеет высокие адгезионные свойства. Массовая доля портландцемента в процессе проведения эксперимента снижалась до 15%, а содержание торфяной составляющей, модифицированной наночастицами тонкодисперсного шлама, золы растворов карбонатов, бикарбонатов, полифосфатов, увеличивалось до 55%.
Химический состав шлама с 40%-ным  содержанием агрегатов наночастиц размером от 10 до 20 мкм из доменных газоочисток принимался по данным центральной аналитической лаборатории ОАО «Металлургического завода им. А.К. Серова» (см. таблицу 1). Перед испытаниями шлам предварительно высушивался в сушильном шкафу при температуре около 1000С. Установлено, что шлам возможен для использования в тяжелых бетонах на основе торфа, для применения в составе полистиролбетона шлам нецелесообразен.
Свойства золы для использования в качестве заполнителя в составе торфополистиролбетона регламентированы ГОСТом 25818-91 «Золы-уноса тепловых электростанций для бетонов. Технические условия». Химический состав золы приведен в таблице 2.
Зола Рефтинской ГРЭС представляет собой мелкодисперсный однородный продукт, который получается при сжигании экибастузских углей и улавливается специальными электрофильтрами. Аморфная (стекловидная) фаза золы Рефтинской ГРЭС составляет 70%, кристаллическая фаза представлена в основном кварцем, полевым шпатом и муллитом. Эффективность золы как кремнеземистого компонента определяется ее фазовым составом и гидравлической активностью, благодаря чему улучшается структура изделий, в которых применяется добавка золы, их прочность и долговечность. Частицы золы имеют сферическую форму и гладкую остеклованную поверхность.
Удельная поверхность золы Рефтинской ГРЭС составляет 280–350 м2/кг (используется зола, уловленная электрофильтрами). Её средняя плотность находится в пределах 1900-2000 кг/м3, насыпная – 700-720 кг/м3. В отличие от многих зол, продукт сжигания экибастузских углей имеет пониженное значение удельной эффективной активности ЕРН – 66,58 Бк/кг, что дает основание говорить о достаточной степени экологичности продукта.
В качестве вяжущих материалов в составе торфополистиролбетонной смеси применялись цементы марок ЦЕМ II/А-Ш 32,5Б и ПЦ 500 Д0-Н производства ОАО «Сухоложскцемент» и ЗАО «Невьянский цементник».
В настоящее время в лаборатории кафедры «Материаловедение в строительстве» проводятся исследования физико-механических свойств бетонных смесей на основе торфа и пенополистирола и проводится отработка их технологических параметров. Испытаны серии образцов кубов, балочек и плит из модифицированного торфоцементного бетона. По своим свойствам торф, модифицированный агрегатами наночастиц, в полной мере может отвечать требованиям, предъявляемым к заполнителям для легких бетонов, а по ряду специфических свойств даже превзойти их.
Торфополистиролбетон в диапазоне плотностей от 600 до 1000 кг/м3 имеет коэффициент теплопроводности λ от 0,16 до 0,22 Вт/м2*К и прочность на сжатие от 3,0 до 8,0 МПа.
Испытания морозостойкости образцов из полистиролбетона на основе модифицированного торфа показали, что они без значительной потери массы и прочности (в пределах 5%) выдерживают не менее 50-100 циклов попеременного замораживания и оттаивания. Макроструктура торфоцементного бетона с добавлением пенополистирола показана на рисунке 1.

Рисунок 1. Макроструктура торфоцементного бетона с пенополистиролом
Влажностное состояние ограждающих конструкций зданий в значительной степени влияет на их теплозащитные качества и долговечность. Особенно это относится к утеплителям с ярко выраженной сорбционной способностью.
Для установления параметров, характеризующих скорость высыхания образцов торфополистиролбетона, были исследованы их десорбционные свойства. Наибольшее расхождение между изотермами сорбции и десорбции, равное 7,5%, зафиксировано при φ = 75%. Эти свойства материала будут положительно сказываться на процессе удаления влаги из конструкции стены в летний период эксплуатации здания.

Испытания физико-механических свойств торфополистиролбетона, проведенные на базе сертифицированной лаборатории Испытательного центра ОАО институт «УралНИИАС», подтвердили, что для различных видов полистиролбетона при разрушении характерны пластические деформации. Данный характер разрушения обусловлен большой деформативностью гранул полистирола, релаксирующих напряжения, создаваемые в материале при его нагружении, так называемым демпфирующим эффектом. При нагружении образцов-призм до некоторой величины σе – предела упругости, материал находился в упругом состоянии, а зависимость напряжения σ от деформации является линейной, после этого предела материал переходит в пластическое состояние, а та же зависимость отображается пологой кривой. Как известно из работы А.А. Аракеляна [4], работа бетона под нагрузкой складывается из двух составляющих: работы растворной матрицы и работы зерен заполнителя, различных в зависимости от соотношения их объемов в материале. Таким образом, в торфополистиролбетоне на начальном этапе нагружения работает растворная матрица совместно с зернами жесткого заполнителя – торфа, а по преодолении предела упругости, когда происходит всплеск роста остаточных деформаций, в работу материала включается основной заполнитель – гранулы полистирола. Затем напряжение вновь монотонно возрастает до некоторой величины σ0 – предела прочности, составляющего для материала около 0,55 от значения предела прочности, после чего происходит разрушение.
Испытание прочности на сжатие образца торфополистиролбетона на прессе и характер трещинообразования материала под нагрузкой показаны на рисунке 2.
 
Экспериментально установлено, что явление пластических деформаций более явно проявляется при испытаниях под действием нагрузки у образцов конструкционно-теплоизоляционного торфополистиролбетона в диапазоне значений плотности от 600 до 800 кг/м3 и прочностей на сжатие до значений, соответствующих классам В3,5 – В5. Что касается торфополистиролбетона более высоких плотностей, то данный эффект проявляется в меньшей мере, в связи с более низким содержанием гранул вспененного полистирола в объеме образца.
Применение торфополистиролбетона с заполнителем в виде модифицированного торфа в ограждающих строительных конструкциях позволит возводить жилые, общественные и производственные здания с достаточным уровнем надежности при восприятии сейсмических воздействий.

Список литературы

1. Беляков В.А. Прочностные, деформационные и эксплуатационные свойства полистиролбетона для строительных конструкций и изделий: Автореферат канд. техн. наук – Уфа, 2010. - 24 с.
2. Анализ конструктивных решений узла утепления цоколя с применением экструзионного пенополистирола «ЭКСТРОЛ» / В.В. Веселов, М.В. Зобова // Строительные материалы, оборудование, технологии XXI века, 2007, №10.- с.32-35.
3. К вопросу о плотности экструзионного пенополистирола / В.В. Веселов, М.В. Зобова // Строительные материалы, оборудование, технологии XXI века, 2007, №12.- с.20-21.
4. Аракелян А.А. Прочностные и деформативные свойства легких бетонов в зависимости от свойств заполнителей Автореферат дис. канд. техн. наук – М., 1986. - 24 с.

При копировании или цитировании материалов обязательна ссылка на журнал "Новый Уральский строитель" http://nus-ural.ru
 

www.gkx.ru
“Жилищно-коммунальный комплекс Урала” www.gkx.ru
СМЕТА
РАССЫЛКА
Рассылки Subscribe.Ru

Строительный комплекс УрФО. Актуальные темы




Почтовая рассылка:
Строительный комплекс УрФО. Актуальные темы
РЕКЛАМА
СтройУрал_RU Российский союз строителей
Картонные коробки на заказ! Гарантия качества! Быстрые сроки! Доставка
mahapack.ru

  Copyright © “Новый уральский строитель”, 2003-2008
Copyright © ООО ИД “Уралстройсоюз”, 2003-2008
  Разработка сайта Интернет-агентство "Уральская галактика"