автореферат диссертации по строительству, 05.23.05, диссертация на тему:Конструкционно-теплоизоляционные легкие бетоны на основе вспученных гранулированных дацитов

ГОССТРОП СССР

ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ, ПРОЕШО-КОНСТРУКТОРСКИЙ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ БЕТСНА И ЖЕЛЕЗОБЕТОНА (НИМБ)

На правах рукописи

ГНАТУСЬ Николай Афанасьевич

УДК 666.973.2

КОНСТРУКЦИОННО-ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫЕ ЛЕГКИЕ БЕТОНЫ НА ОСНОВЕ ВСПУЧЕННЫХ ГРАНУЛИРОВАННЫХ ДАЦИГОВ

Специальность 05.23.05 т Строительные материалы и изделия

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва - 1991

Работа выполнена в ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательском, проектно-конструкторском и технологическом институте бетона и железобетона ШИИЖБ) Госстроя СССР, Специализированном строительном объединении "Запсибжилстрой" Минне^тегазстроя

Е.И.СЛЕПОЮТОВ

ВЕДУЩАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ - Сибирский научно-исследовательский

Защита состоится " 21 " ноября 1991 г. в 14 часов на заседании специализированного совета К.033,03.02 по защите диссертации и; соискание ученой степени кандидата технических наук в ордена Трудо! го Красного Знамени научно-исследовательском, проектно-конструктор-сном и технологическом инсти?уте бетона и железобетона Госстроя СС( по адресу: 109428, Москва, 2-я Институтская ул., д. 6.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института.

СССР

НАУЧНЫЙ РУКОВОДИТЕЛЬ - доктор технических наук,

профессор Й.Е.ПУТЛЯЕВ ОФИЦИАЛЬНЫЕ ОППОНЕНТЫ - доктор технических наук,

профессор В.В.ВОРОНИН кандидат технических наук, старший научный сотрудник

и проектный институт нефтегазопро-мыслового строительства "СибНИПИга: строй".

Автореферат разослан

Ученый секретарь специализированного совета кандидат технических наук

КОРОЛЕВА

- з -

ОЫЦАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Главнейшей проблемой современного строительства является ресурсосбережение. Наиболее эффективно эта проблема в легкобетонном строительстве решается путем снижения средней плотности конструкционно-теплоизоляционных легких бетонов, повышения теплозащитных свойств наружных стен зданий различного назначения с надежным обеспечением нормативного уровня их эксплуатации и экономного использования гидравлических вяжущих в капитальном строительстве.

Решению наиболее важных вопросов этой проблемы и посвящена настоящая работа.

Диссертационная работа выполнена в соответствии с планом научных исследований НИМБ Госстроя СССР, включенных в государственную научно-техническую программу "Стройпрогресс-2000".

Цель и задачи исследования. Целью диссертационной работы является исследование возможностей использования недефицитного местного сырья - вулканических пород (дацига) Полярного Урала Тюменского региона в качестве активных минеральных добавок (Мд) к цементу, создание из этих пород эффективных пористых заполнителей (дацизитов) и разработка на их основе конструкционно-теплоизоля- . ционных легких бетонов средней плотности 900-1000 кг/мэ и классов по прочности В3.5-В5 для изготовления однослойных ограждающих конструкций с улучшенными теплофизическими свойствами.

В соответствии с поставленной целью решались следующие задачи:

изучение свойств исходных сырьевых материалов; исследование возможности использования дацитов в качестве Мд для экономии цемента; разработка шихтовых составов для получения пористых заполнителей на основе дацитовых пород; разработка технологии производства пористых заполнителей из дацитовых пород; исследование

основных свойств дацизита; разработка составов легких бетонов на основе дацизита с использованием Мд; исследование свойств легкого бетона на основе дацизита (дацизитобетона) и установление рациональных областей его применения; определение технико-экономической эффективности применения дацизитобетона; разработка рекомендаций и организация внедрения в производство результатов исследований.

Научную новизну диссертационной работы составляют; новые сведения о комплексном использовании дацитовых пород и реализация их при создании нового вида легкого бетона; результаты исследований продуктов твердожидкостных разовых реакций, протекающих в композициях: дацит-глина, дацит-глина-отработанное моторное масло, дацит-буровой шлам-отработанное моторное масло, дацит-буровой шлам стеклопорошок; информация о разработке нового вида пористого заполнителя - дацизита; сведения о новых видах легкого бетона на основе дацизита.

Автор защищает: результаты исследований по замене части цемента активными Мд из основных дацитов; результаты технологических разработок по получению новых видов пористых заполнителей из дацитовых пород для конструкционно-теплоизоляционного бетона; заводскую технологии производства пористого заполнителя; исследования по оптимизации составов легкого бетона на основе дацизита; исследования физико-механических, физико-химических и физических свойств легких бетонов на основе дацизита; анализ технико-экономической эффективности производства пористого заполнителя и легкого бетона на его основе; технологию изготовления ограждающих конструкций из дацизитобетона.

Практическое значение работы состоит в том, что разработаны предложения по применению активных Мд из дацитовых пород для экономии цемента; разработаны состав шихты и технология получения новых искусственных пористых заполнителей на основе дацитов

Полярного Урала и отходов нефтегазовой промышленности в различных районах Западной Сибири; разработаны и оптимизированы составы конструкционно-теплоизоляционных легких бетонов на основе даци-зита; исследованы физико-механические и физико-технические свойства дацизитобетоноэ и предложены их рациональные области применения; выполнен технико-экономический расчет по применению даци-зитобетона в строительстве и организовано его производственное внедрение. Разработаны "Рекомендации по технологии производства искусственных пористых заполнителей на основе вулканитов Полярного Урала Тюменского региона на Сургутском заводе стройматериалов", "Рекомендации по технологии производства конструкционно-теплоизоляционных легких бетонов на основе вспученных вулканитов (дацитов) Полярного Урала Тюменского региона на Сургутском заводе КПД".

Результаты исследований внедрены на Надымском заводе крупнопанельного домостроения, Сургутском заводе строительных материалов, Сургутском заводе крупнопанельного домостроения.

Экономический эффект составил: от применения дацитов на Надымском заводе крупнопанельного домостроения 393,7 тыс.руб. в год; от внедрения дацизита на Сургутском заводе строительных материалов 390,8 тыс.руб. в год; от внедрения новых видов нонструк- ■ ционно-теплоизоляционных легких бетонов и конструкций из них на Сургутском заводе крупнопанельного домостроения 597,4 тыс.руб. в год.

Апробация работы. Основные положения работы докладывались и получили одобрение на:

- всесоюзной конференции "Применение эффективных полимерце-ментных композиций и бетонов в строительстве", Тюмень, 14-16 марта 1990 г.

- всесоюзной конференции ло развитию производительных сил Сибири, капитальное строительство. Сургут, 17г19 апреля 1990 г.

- б -

Публикации. Основное содержание диссертации опубликовано в монографии, девяти печатных работах и трех авторских свидетельствах на изобретение. Отдельные результаты диссертации включены в отчеты по научно-исследовательским работам.

Объем работы. Диссертация изложена на 227 страницах машинописного текста и состоит из введения, 7 глав и общих выводов. В диссертацию включены 42 таблицы, 60 рисунков, 8 приложений и список литературы из 198 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В основу развития легких бетонов положены фундаментальные труды советских и зарубежных исследователей, особенно в области производства искусственных пористых заполнителей.

Развитие легкобетонного строительства обусловлено острой необходимостью повышения теплозащитных свойств наружных стен зданий различного назначения. Наиболее эффективным методом повышения теплозащитных свойств наружных ограждающих конструкций является применение легких бетонов с улучшенными теплофизичес-кимл свойствами. Исходя из современных нормативных значений сопротивления теплопередачи, средняя плотность конструкционно-теплоизоляционного легкого бетона (типа керамзитобетона) должна быть для классов по прочности В3,5-В5 не более 1000 кг/м3. При этом должны строго учитываться топливно-энергетические затраты на их изготовление и трудоемкость производства. Так как основной объем легких бетонов занимает пористый заполнитель, проблема теплозащитных свойств наружных ограждающих конструкций в большей степени решается на этапе разработок пористых заполнителей.

В работе были использованы следующие материалы: дацитовые вулканические породы месторождений Полярного Урала Тюменского региона (Тоупугол, Дорожное), портландцемента марки 400 сухоложского

и топкинского цементных заводов, глины Сургутского района, буровые (амбарные) шламы Федоровского месторождения Сургутского района, отработанное моторное масло автотранспортных предприятий и баз механизации г. Сургута.

В основу теоретических и экспериментальных разработок нового эффективного легкого бетона положена рабочая гипотеза, предполагающая, что химический и минералогический составы дацитов месторождения .Тоупугол Полярного Урала, благодаря высокому содержанию стеклофаэы, оксидов железа, алюминия, щелочных металлов, а также конституционной воды могут обеспечить при обжиге получение в двух-компонентном составе с глиной пористых заполнителей с низкими насыпной плотностью и теплопроводностью, а также' повышенной прочностью. Такие заполнители могут составить основную сырьевую базу производства легких бетонов в Западно-Сибирском нефтегазовом комплексе (ЗСНГК).

В соответствии с рабочей гипотезой был выполнен комплекс исследований, результаты которых положены в основу технологических разработок нового пористого заполнителя из дацитовых пород, названного автором дацизитом.

Для производства дацизита применялся порошковый способ подготовки сырья, выпуск которого был организован на модернизированной действующей технологической линии.

Дацизиты на основе дацитов Полярного Урала характеризуются замкнутой ячеистой структурой и др. положительными свойствами (табл.1).

Таблица I

Основные физико-механические свойства дацизита

из пород Полярного Урала

Свойства .' Показатели

Зерновой состав, мм

5-10; 10-20

Продолжение табл.1

I___2

Строение гранул ячеистое

Насыпная плотность, кг/м3 350-450

Коэффициент вспучивания, Кв 3,5-4,2

Насыпная плотность в уплотненном вибрированном

состоянии, кг/м3 400-500

Прочность гравия при сдавливании в цилиндре, МПа 1,6-3,1

Водопоглощение гравия за I час, % по массе 3,8-6,0

Стойкость заполнителя против железистого

распада, потери масс, % 0,00

Морозостойкость, цикл более 50

Коэффициент теплопроводности (в засыпке).

Бт/(м.°С) 0,09-0,11

Исследования характеристик цементного камня на смешанных вяжущих показали, что наличие в дацитовой вулканогенной породе до 80 % низкотемпературной стеклофаэы обеспечивают ей высокую пуццо-ланическую активность.

Содержание в породе вс^до содержащего стекла увеличивает пластичность смешанного вяжущего и пластичность цементно-песчаных растворов на их основе. Оптимальное количество содержания дацитовой породы в смешанном вяжущем - 20 %.

Оптимизация составов конструкционно-теплоизоляционных легких бетонов с учетом требований по теплопроводности, морозостойкости и др. свойствами решалась с помощью методов математического планирования эксперимента. Матрица планирования и действительные (фактические) составы дацизитобетонов, полученные в результате реализации плана типа РП при К = 2, приведены в табл.2.

Для обработки экспериментальных данных, подсчета коэффициентов уравнений регрессии, 'статистического анализа полученных урав нений и определения значений выходных параметров составлена программа для ЭВМ на языке Ф0РГР.Ш-1У. Все расчеты выполнялись на

Матрица планирования, расчетные и фактические составы дацизитобетоноа

Жесткость бетонной смеси 11-20 о

Шифр : Ц К : Квадратичные : Расход материалов на I м3 бетонной смеси

эффекты : дробленого дациэитового : песка, л

и номер: состава. Х1 ! : Х§ [4 ; цемента, кг * дацизита, л ' воды, . л'

• : расч :факт : расч :факт : расч : факт : факт

Т1 Т2 Т3 Т4 +1 -I +1 +1 270 260 750 740 650 640 200

-I +1 +1 +1 170 160 1050 1020 400 зао 140

-I -I +1 +1 170 160 750 730 750 730 240

+1 +1 +1 +1 270 270 1050 1070 650 630 200

т5 0 0 0 0 220 220 900 840 550 540 215

т6 0 0 0 0 220 220 900 880 550 550 210

и Ь ть т9 тю тп Т12 0 -1,41 0 1,988 220 200 690 660 750 720 250

0 +1,41 0 1,988 220 210 ШО ИЗО 350 360 180

-1,41 0 1,988 0 150 150 900 910 600 610 215

+1,51 0 1,988 0 290 310 900 930 450 470 130

0 0 0 0 220 215 900 900 550 560 215

0 0 0 0 220 225 900 920 550 540 215

- 10 -

электронно-вычислительной машине ЕС-1060.

Эксперимент выполнен то приведенной матрице для дапизитобе-тона плотной структуры на песке, полученном дроблением крупных фракций данизита.

Для всех выходных параметров расчетное значение критерия Фишера ниже табличного, следовательно, полученные математические модели адекватно описывают изучаемые свойства.

В полученные уравнения введены коэффициенты при всех линейных и квадратичных членах. Подставляя в уравнения значения коэффициентов регрессии, полученных, например, при обработке экспериментальных данных водоцементного отношения затворения (В/Ц), средней плотности дацизитобетона после пропаривания ( рпп ) и предела прочности на сжатие через 12 ч после пропаривания ( Япп ), получены аналитические выражения зависимости данных технологических факторов от ра-схода портландцемента (Х^) и крупного заполнителя (.7-2) в кодированных переменных в виде полиномов второго порядка: В/Ц= 0,99-0,26 Хг0,16 Х2+0,02 Х^ -0,005 х| +0,09 Х^ , (I)

рпп= 1414-2 ХГ23 -33 х| +23 Х^ , • (2)

Япп=11+2,52 Х1-0,49 X? -1,13 х| +0,26 Х^ . (3)

На рис.1 и 2 приведены изолинии В/Ц; п и Кп дацизитобетона в зависимости от расхода портландцемента и крупного заполнителя - дацизита.

Как видно, значение водоцементного отношения в равноподвиж-ных легкобетонных смесях увеличивается с ростом расхода портландцемента и крупного заполнителя, в то время как влажность дацизитобетона после тепловой обработки снижается.

Анализ данных зависимости средней плотности и марочной прочности дацизитобетона от расхода портландцемента и крупного заполнителя свидетельствует о той, что для получения конструкционно-теплоизоляционного дацизитобетона плотной структуры минимальной

РисЛ. Влияние расхода цемента и крупного заполнителя на водоцементное отношение легкобетонной смеси и влажность после пропаривания дацизито-бетона при жесткости бетонной смеси 10-15 с:

--водоцементное отношение;

----влажность бетона после

пропаривания

Рис.2. Влияние расхода цемента и крупного заполнителя на прочность и среднюю плотность дацизитобетона:

-- предел прочности на

сжатие 28 сут нормального твердения, МПа;

----средняя плотность в

высушенном до постоянной массы состоянии, кг/м3

¿г бэо

215 гю 290

Расход цемента,кг/м3 средней плотности необходимо стремиться к максимальном? насыщению бетона крупным заполнителем. Для разработки научно-обоснованной нормы расхода цемента в конструкционно-теплоизоляционном дацизи-тобетоне плотной структуры выполнен комплекс работ по оценке влияния расхода цемента на морозостойкость и защитные свойства бетона по отношению к арматуре.

Для оценки влияния расхода портландцемента и крупного заполнителя на среднюп плотность в высушенном до постоянной массы (О ) и предела прочности на сжатие в 28-суточном возрасте пос-

п о /о/ \

ле пропаривания ( К ^ ) вычислялось отношение В^ В0Ш, которое

характеризует влияние на данные показатели изменения каждого фактора от нулевого уровня до уровня "+I" (в терминах факторного анализа).

Ка основании выполненных работ можно констатировать, что на данизяте насыпной плотности 450 и дробленом дацизитовом песке марки 1000 можно получать дацизитобетон плотной структуры класса (марки) В3.5-В5 (М50-М75) средней плотностью II00-II50 кг/м3 при расходе крупного заполнителя не менее 1050 л на I м3 бетона.

Для получения конструкционно-теплоизоляционного дашзито-бетона марки по средней плотности Д900-1000 необходимо иметь крупный заполнитель марки по насыпной плотности 300-350 кг/м3 и мелкий заполнитель марки по насыпной плотности не более 800.

В работе показано, что наиболее эффективным способом уменьшения средней плотности дацизитобетона является поризашя растворной части бетона. В качестве порообразователя в работе использовались: древесный пеноизвестковый пенообразователь и газообра-зователь - алюминиевая пудра марки ПАП-I. Пенообразователь представляет собой смесь 10-працентного раствора СДО и 7-проценткого раствора извести в соотношении 1:1 (по объему).

На рис.3 приведены зависимости средней плотности и прочности на сжатие поризованного дацизитобетона от расхода цемента. . • Анализ полученных экспериментальных данных свидетельствует о том,• что горизация растворной части в дацизитобетоне позволяет существенно снизить среднюю плотность бетона по сравнению с бетоном . плотной структуры. Так, на дацизите насыпной плотностью 450 получен беспесчаный дацизитобетон класса (марки) В3,5-Е5 (М50-Ы75) средней плотностью 850-950 кг/м3 при расходе портландцемента 270-320 кг/м3.

Составы бетона, использованные для исследования физико-механических и физико-химических свойств, приведены.в табл.3.

Составы и свойства дациэитобетона, используемые для экспериментальных исследований

Вид бетона

Расход материалов на I м3

Шифр : состава

:даци-це- .зит мент,'фрак-кг :ции .5-20 'мм, л

:даци- :химдо-.зито- .бавка в 'вый "пересче-:дробле:те на .ный .сухое ве •песок,'щество, ¡л : кг

Плотность, :Влаж-кг/м3_.ность

:Прочность на ■сжатие, МПа

свеже-уложенной бетонной смеси

бетона :через :через

в -вГн Л":12 4 .28 сут

хом • ' 'после 'нормаль-:пропари:ного .вания .тверде-: ;ния

состо-. янии

по

массе

Дацизито- Д-14 £20 1080 490 - 200 1430 1300 8,1 18,1 18,1

бетон Д-15 150 1050 460 - 150 ' 1280 1160 10,3 6,8 8,0

плотной Д-16 190 1050 450 - 150 1300 ' 1180 9,2 9,6 10,8

структуры Д-1? 250 1050 440 - 200 1390 1230 10,6 13,4 1Б,5

Дацизито- ДГ-12 240 1000 200 0,7? 150 1020 910 9,8 3,3 4,1

гаэобетон ДГ-13 290 1000 200 0,63 155 1100 990 8,1 5,0 6,3

ДГ-14 340 1000 ,,.200 0,52 165 1180 1060 7,4 6,4 8,8

Дациэито- ЛД-12 260 1100 ' - 4,2 180 1000 680 10,3 2,2 3,7

пенобетон ДП-13 290 1100 - 3,5 170 1030 900 10,1 4,1 5,0

да-14 340 1100 - 2,8 160 1060 980 9,7 5,6 7,8

I

1-1

оз

»

-

гг«> 2.-1100

ас Ей

О & 1000

с о а 1:

К =£

22 8оа.

-ггтГ

Ш- ф ш №

б

,28

яг гва ге5 зга хзб -зво зк ц Расход цемента, кг

§9

I

Ш

7¡•■¿г

фи

П5 гва 2В5 зга зз5 зги „ „ , расход цемента, кг

Рис.3. Зависимость средней плотности (а) и прочности при

сжатии' (б) поризованного дашзитобетона' от расхода цемента: I - дацизитобетон с поризованной растворной частью; 2 - дацизито-бетон плотной структуры

Прочностные характеристики дацизитобетонов и их различные зависимости приведены в табл.4 и на рис.4. Как видно.из рис. 4, коэффициент призменной прочности (К п п) для дацизитобетона разл! ной структуры близок к нормируемым значениям К п<п для керамзитос тона или превышает их. Полученные результаты позволяют сделать, предварительный вывод о возможности нормирования К п п для даииз! тобетона по СНиП 2.03.01-84..

Прочность дацизитобетонов плотной структуры при осевом рао тяжении (см. рис. 4) равна нормируемым значениям ИВ1 для легких бетонов или несколько превышает их- Прочность при растяжении дацизитобетонов поризованной структуры имеет большой разброс в пок зателях К В1 . Вместе с тем эта величина в ряде случаев до 20 ниже нормируемых значений для легких бетонов плотной структуры, но выше нормируемых показателей для поризованных легких бетонов. Различие в прочности при растяжении для дацизитобетонов. поризова ной структуры может быть объяснено повышенной усадкой таких бето нов, приводящей к значительным собственным напряжениям.

x auJiriuu

Прочностные характеристики образцов из дацизитобетонов при кратковременном загружении

Шифр состава (табл. 3) Номинальные класс. : марка (марка) : бетона бетона .по сред-по проч- 'ней плотности на :ности3, сжатие, . кг/м МПа : Прочность на осевое сжатие, МПа о :Проч- : в _.нпсть : R 'на осе: . RBt - к :вое • R " Vn -растя-* "к 'жение,: : МПа . •• "V ;' Коэффи циент Пуассона при Модуль упругости Мпа при Коэффициент пластичности при

кубиков ая приз-менная 6>0,3»Re 6-0.S*RB ¿-0.5'R ' 6 8: г»з

Д-15

A-I6

Д-17

ДГ-12

дг-13

ДГ-14

ДП-12 ДО-13

№1-14

В5

(75) В7,5 (100) BIO (150) В2,5 (35) В3,5 (50) В5 (75) В2,5 (35) В3,5 (50) В5 (75)

1100 1200 1200 900 1000 1100 900 900

1000

8,0 6,7 0,84 0,62 0,076 0,25 8490 7800 0,07 0,14

10,8 8,9 0,82 0,88 0,081- 0,22 9840 9480 0,05 0,12

15,5 13,5 0,87 1,28 0,082 0,21 10560 9450 0,06 0,14

4,1 3,6 0,68 0,31 0,076 0,19 2890 2600 0,05 0,14

6,3 5,4 0,86 0,58 0,092 0,21 4850 4450 0,05 0,18

8,8 7,4' 0,84 0,75 0,085 0,22 7630 7290 0,04 0,18

3,7 2,9 0,78 0,23 0,062 0,23 2490 2340 0,05 0,15

5,0 3,9 0,78 0,38 0,076 0,18 3860 3650 0,04 0,16

7,8 6,8 0,87 0,56 0,072 0,24 5140 4980 0,06 0,16

tn I

а К

Кв-Ь.МПа

э о о « о л

а а

1'

1 о

1 "о з а с 3 ---

О

У г в 5

ю 13

Рис.4. Зависимость относительной прочности на сжатие (а), относительной прочности на растяжение (б) и прочности на осевое растяжение (в) конструкционно-теплоизоляционных дацизитобетонов от их кубиковой прочности: 1,2 - соответственно по рекомендациям СНиП 2.03.01-84. 3 - по СНиП 2.03.01-84 для поризованного легкого бетона; опытные

данные по д'ацизитобето'ну, дацизитогазобетону и дацизитопенобетону

В то же время наши исследования свидетельствуют о том, что прочность на осевое растяжение поризованных дацизитобетонов может приниматься по СНиП 2.03.01-84 с коэффициентом 0,85 вместо нормируемого коэффициента 0,7. Средняя величина растяжимости для дацизитобетонов плотной структуры прочностью 8-15,5 МПа составляет 0,27-0,47 тл/м, для дацизитогазобетона прочностью 4,1-8,8 МПа она-находится в пределах 0,51-0,85 мм/м, а для дацизитопенобетона прочностью 3,7-7,8 ЫПа - соответственно от 0,39 до 0,62 мм/м, табл.5. В целом предельная растяжимость поризованных дацизитобетонов в 1,7-2,1 раза выше, чем у дацизитобетонов плотной структуры тех же марок.

Среднее значение предельной сжимаемости дацизитобетона плотной структуры прочностью 8-15,5 ЫПа составляет 0,87-1,42 мм/м, а у дацизитобетона поризованной структуры прочностью 3,7-8,8 МПа -1,31-2,10 мм/м. При равных условиях предельная сжимаемость дацизитобетонов плотной структуры меньше, чем поризованных.

К

Деформативные характеристики конструкционно-теплоизоляционных дацизитобетонов

Предельная сжимаемость

Предельная растяжимость

Шифр состава б" чж,мм/м 8"г

(табл. 3) :упругая : пластическая : полная : упругая : пластическая :полная

Д-15 0,78 0,09 0,87 0;21 0,06 0,27

Д-16 0,Ы 0,14 . 0,95 0,26 0,07 0,33

Д-17 ■1,19 0,23 1,42 0,36' 0,11 0,47

ДГ-12 1,32 0,21 1,53 0,42 0,09 0,51

ДГ-13 1,56 0,21 1,77 0,51 0,11 0,62

ДГ-14 1,82 0,28 2,10 0,67 0,18 0,85

ДП-12 • 1,18 0,13 1,31 0,33 0,06 0,39

ДП-13 1,49 0,24 1,73 0,32 0,08 0,40

ДП-14 1,76 0,26 2,02 0,51 0,11 0,62

Опытные средние значения начального модуля упругости исследуемых бетонов (см. табл. 4) сопоставлены с нормируемой СНиП 2.03.01-84 величиной для легкого бетона.

Отмечается, что для рассматриваемых видов бетона в интервале величин рот 2 до 3 средние опытные данные отличаются от нормируемых величин незначительно, а в интервале от I до 2 - ниже нормируемых до 20 %. Это позволило принять, что начальный модуль упругости дацизитобетонов средней плотностью 900-1100 кг/и3 (до накопления опытных данных) может определяться по нормам с коэффициентом 0,85.

Результаты исследований относительных деформаций усадки ( £ас ) и ползучести ( ) дацизитобетонов приведены в табл.6.

Относительные деформации ползучести определены в соответствии с [ОСТ 24544-Ы.

- IS -

Ползучесть и усадка дацизигобетонов

Шифр состава (табл. 3)

Расход цемента,

кг/м3

Относительные :Относительные деформации усадки:деформации пол-

продолжительность испытаний в сут

£

•зс, •мм/м

:зучести при

:продол-.житель-'ность :испыга-.ний, сут

Мера ползучести

С =

6

мм/м

Д-15 150 250 0,32 215 0,27 0,011

Д-16 190 250 0,32 215 0,26 0,008

Д-17 250 250 0,35 215 0,24 0,005

ДГ-12 240 200 0,41 170 0,38 0,035

ДГ-13 290 200 0,44 170 0,35 0,019

ДГ-14 340 200 0,39 170 0,32 0,012

ДП-12 260 200 0,48 170 0,42 0,039

ДП-13 290 200 0,45 170 0,46 0,031

. ДП-14 340 200 0,46 17 О 0,48 0,021

Сопоставление экспериментальных данных с величинами, рекомендуемыми нормами для легкого бетона, показало', что усадка пропаренных образцов из дацизитобетона плотной структуры в возрасте 250 сут ниже нормируемой. Усадка образцов из дацизитобетонов по-ризованной структуры в этом же возрасте выше нормируемой.

Нормируемые деформации ползучести приняты как соответствую щие величине сжимающих напряжений в арматуре, возникающих вследствие ползучести легкого бетона (потери от ползучести) и определяемых в зависимости от уровня обжатия и условий твердения по формуле п.9 табл. 6 СНиП 2.03.01-84.

Оценка экспериментальных результатов по ползучести рассма: риваемых видов легкого бетона в возрасте 250 сут путем сопоставления их с данными норм показало, что ползучесть дацизитобетоно] плотной структуры соответствует нормируемым величинам, а поризо'

данных - превышает их.

- 19 -

Va*

Прочность сцепления стержневой арматуры класса А-Ш с дацизи-тобетоном плотной структуры выше, чем с керамзитобетоном. Прочность сцепления такой же арматуры с поризоввнным дацизитобетоном близка или ниже опытных' данных для керамзитобетона. Это можно объяснить тем, что прочность растворной части дацизитобетонов плотной структуры выше, чем у бетонов по риза ванной структуры.

Анализ экспериментальных данных и технико-экономические расчеты позволили рекомендовать разработанный новый конструкционно-теплоизоляционный бетон средней плотностью 900-1000 кг/и3 для изготовления однослойных ограждающих конструкций. Изготовление таких конструкций налажено на Сургутском заводе, крупнопанельного домостроения. Бетоны эти по сравнению с лераиэигобетоном одинаковой средней плотности характеризуются пониженной теплопроводностью. В качестве пористого заполнителя в таком бетоне использован даци-зит насыпной плотности 350-450 кг/м3, выпускаемый Сургутским заводом строительных материалов. В качестве вяжущего применен портландцемент марки 400 Сухоложского цементного завода. Стеновые панели из новых легких бетонов изготовляли на полуконвейерных технологических линиях.

Легкий бетон плотной структуры в панелях имел следующие характеристики через 4 ч после тепловой обработки; средняя плотность - 1000 кг/м3, прочность при сжатии - 6,50 МПа, влажность бетона-6,1 %. Средняя плотность легкого поризованного бетона составляла 900 кг/ы3, прочность при сжатии - 5,84 МПа, влажность - 6,6 %.

Замена керамзита дацизитом позволила снизить среднюю плотность конструкционно-теплоизоляционного бетона на 200 кг/м3. Это позволило уменьшить толщину панелей до 20 % (без. ухудшения теплозащитных свойств); снизить энергоемкость производства на I ы2 конструкций на 4,4 кг условного топлива, а приведенные затраты-на 1,73 руб/м2.

-

Рациональными областями применения новых видов легких бетонов на основе дацизита являются: жилищное, соцкультбьгговое, промышленное и др. виды строительства. Они найдут широкое применение в индустриальном строительстве.

основные вывода

1. Теоретически обоснована и практически подтверждена возможность получения нового вида гравиеподобдаго пористого заполнителя - дацизита из стекловидных вулканических пород (дацитов) Полярного Урала Тюменского региона. Подтверждена рабочая гипотеза, сущностью которой является то, что дациты, характеризующиеся высоким содержанием стеклофазы, оксидов железа и щелочных металлов, а также химически связанной воды, обеспечат в двухкомпонентном составе с глиной или другими корректирующими добавками пироплас-тическую массу, вспучивающуюся при температуре обжига П00-1200°С

2. Дацизит отличается улучшенными физико-механическими и теплофизическими свойствами по сравнению с керамзитовым-гравием. Установлено, что средняя насыпная плотность дацизита составляет 350-450 кг/ы3, прочность при сдавливании в цилиндре - 1,8-3,1 МПа водопоглощение - 3,8-6 %, морозостойкость - более 50 циклов, коэф фициент теплопроводности (в засыпке) - 0,09-0,11 Вт/(м»°С).

3. Подобраны состав шихт для получения дацизита, включающий 60-80. % дацитовой породы, 15-38 % глины, 1,5-2 % отработанного масла или 15 % бурового шлама.. Определены продукты реакций компонентов шихты при ее обжиге, а также фазовые й структурные особенности при получении пористого заполнителя..

4. Методом- вероятностно-статистической обработки экспериментальных данных получены двухфакторные модели, выражающие зависимости водоцементного отношения, средней плотности, прочности на сжатие и влажности после тепловой обработки конструкционно-

теплоизоляционного дациэитобетона плотной структуры от расхода цемента и крупного заполнителя.

Реализация спланированных экспериментов и анализ полученных на их основе математических моделей средней плотности и прочности позволила определить оптимальные составы дациэитобетона плотной структуры.

5. На дацизите насыпной плотностью 450 кг/и3 получены конструкционно-теплоизоляционные бетоны классов (марок) по прочности на сжатие В3,5-В7,5 (М50-М100) со следующими значениями средней плотности, кг/и3: 1100-1200 - в бетонах плотной структуры; 10001100 - при поризации растворной части бетона алюминиевой пудрой; 900-1000 - при поризации растворной части бетона вязкой пеной.

6. Изучены прочностные характеристики дациэитобетона. Показано, что кубиковая прочность дациэитобетона при средней плотности 900-1200 кг/ы3 составляет от 3,7 до 15,5 Ша. Коэффициент призмен-ной прочности дациэитобетона различной структуры соответствует нормируемым значениям и находится на уровне коэффициента призменной прочности для керамзитобетона. Прочность дацизитобетонов плотной структуры при осевом растяжении находится на уровне нормируемых значений и составляет, в зависимости от средней плотности, от

0,23 до 1,28 МПа. Прочность поризованных дацизитобетонов на осе- . вое растяжение может приниматься по СНиП 2.03.01-84 с коэффициен-' том 0,85 вместо нормируемого 0,7.

7. Исследованы деформативные свойства дацизитобетонов. Установлено, что предельная сжимаемость их плотной структуры в 1,52 раза больше предельной сжимаемости равнопрочных тяжелых бетонов и находится в пределах 0,87-1,42 мм/м. Предельная сжимаемость поризованных дацизитобетонов составляет 1,31-2,10 мм/м. Модуль упругости дацизитобетонов при прочности на сжатие 3,7-15,5 Ша находится в пределах 2490-10560 Ша, а коэффициент Пуассона -0,18-0,25.

- 22 -

Усадка и ползучесть дацизитобетона плотной структуры блиэк нормируемой для керамзитобетона, а усадка и ползучесть дацизито-пенобетона превышает последние. Эти характеристики при проектиро вании могут быть приняты по СНиП 2.03.01-84 как для легкого бето на на пористом песке со следующими коррективами: для дацизитогаз бетона и дацизитопенобетона при определении потерь от усадки и ползучести необходимо учитывать повышавщий коэффициент 1.2.

8. Исследовано влияние расхода цемента и способа поризации на показатели пористости, водопоглощения и морозостойкости конст рукционно-теплоизоляционных дацизитобетонов. Установлено, что по ризация растворной части дацизитобетона газо- или пенообразующим добавками является эффективным способом улучшения теплофизически свойств и повышения морозостойкости бетона.

9. Ускоренными и длительными коррозионными испытаниями показано, что конструкционно-теплоизоляционный дацизитобетон плотной структуры на дробленом дацизитовои песке способен пассивировать сталь в своем исходном состоянии. рН жидкой фазы бетона находится в пределах 11,84-11,96, что соответствует условиям соз дания пассивной пленки на поверхности арматуры. Пассивное состоя ние арматуры в дацкзитобетоне плотной структуры обеспечивается при расходе цемента не менее 250 кг/м3.

10. Изготовлена промышленная установка по производству гра нулированного пористого заполнителя из дацитовых пород Полярного Урала производительностью 300 тыс.м3/год, состоящая из сушильног барабана размером 1,5x14 и, помольной установки МС размером 2,6x13 м, четырех тарельчатых грануляторов К8-220/4,'двух вра-щаюцихся печей обжига переменного сечения размером 2,5x20+3x20 1 и двух слоевых холодильников. В основу промышленного произведет! нового пористого заполнителя положен порошковый способ переработки шихты.

11. На Сургутском заводе крупнопанельного домостроения ос-

воено производство наружных однослойных стеновых панелей из даци-зитобетона. Показано," что при производстве однослойных стеновых панелей на полуконвейерной линии с термообработкой в среде сгорания природного газа отпускная влажность изделий снижается на 3-5 %, теплопроводность дацизитобетона в изделиях - до 20 %. Средняя плотность бетона уменьшается до 200 кг/м3.

12. Выполнен технико-экономический расчет. Установлено, что вследствие пониженной теплопроводности разработанного нового вида легкого бетона толщина наружной стеновой конструкции (при сохранении термического сопротивления) может быть уменьшена до 20 %. При этом энергоемкость I м2 конструкции снижается на 4,4 кг. ус. топл., а приведенные затраты - на 1,73 руб.

Основные положения диссертации опубликованы в работах:

1. Гнатусь H.A. Вулканические породы в качестве минеральных добавок в цементах и бетонах //Строительство трубопроводов. 1990. * I - С.24-26.

2. Гнатусь H.A. Искусственные пористые заполнители для легких бетонов и вяжущие на основе вулканитов Тюменского Урала //Сб. тез..докл. на Всес. конф.."Применение эффективных полиыерцементных композиций и бетонов в строительстве" /Госстрой СССР, ТюмНСИ, ССО. Запсибжилстрой, Тюменское областное правление НТО. - Тюмень: 1990.-. С. 68-71. ... ....

3. Гнатусь H.A. Использование вулканических стекол Тюменского региона для производства пористых заполнителей //Сб. Строительный комплекс Сибири на новом этапе развития. Капитальное строительство. Всес. конф. по развитию производительных сил Сибири, 17-20 апреля 1990г. - Новосибирск: Изд-во СО АН СССР ИЭиОПП, 1990. - C.II3-II6. .

4. Гнатусь H.A. Новое сырье для легких бетонов //Строительство трубопроводов. 1990. № 7 - С.25-28.

5. Гнатусь H.A., Григорчук Д.И., Огороднов Б.Е. и др. Реко-

мендации по технологии производства искусственных пористых заполнителей на основе вулканитов Полярного Урала Тюменского региона на Сургутском заводе стройматериалов /МНГС, СибНИПИг аз строй, ССО 'Запсибхилстрой. - ti.: 1990. - 8 с.

6. Путляев И.Е., Савин В.И., Гнатусь H.A. и др. Рекомендации по технологии производства конструкционно-теплоизоляционных легких бетонов на основе вспученных гранулированных вулканитов Полярного Урала Тюменского региона на Сургутском заводе крупнопанельного домостроения /МНГС, ШВДБ. - М.: 1990. - 16 с.

7. Гнатусь H.A. Улучшение свойств пористых заполнителей и легких бетонов //Строительство трубопроводов. 1991. № I. - С.27-2

8. Гнатусь H.A. Новые легкие бетоны и конструкции .;

на их основе //Строительство трубопроводов. 1991. W 7 - С. 33-35.

■ 9. Гнатусь H.A., Гнатусь А.Н. Конструкционно-теплоизоляционные бетоны на искусственных пористых заполнителях из минерального сырья Тюменского региона //Сб. докл. на конф. "Полимеры и цементы в строительстве"; Под ред. Б.С.Черкинского, Л.Я.Лаврега /ССО Зап-сибжилстрой, ТюмИСИ, дом науки и техники обл. правления СНИО СССР. - Тюмень: 1990 - С.230-243.

10. Гнатусь H.A. Дацизитобетон.; Под ред. И.Е.Путляева. -М.: Недра, 1991. -125 с.

11. Положительное решение по заявке на изобретение №4879850/ 33 (071362).

12. Положительное решение по заявке на изобретение №4658749/ 23-33 (014326).

13. Положительное решение по заявке на изобретение №4838619/ 03 (065276).