автореферат диссертации по строительству, 05.23.05, диссертация на тему:Конструкционно-теплоизоляционные легкие бетоны на стекловидных пористых заполнителях

На правах рукописи

□□3464846

Давидюк Алексей Николаевич

КОНСТРУКЦИОННО-ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫЕ ЛЕГКИЕ БЕТОНЫ НА СТЕКЛОВИДНЫХ ПОРИСТЫХ ЗАПОЛНИТЕЛЯХ

Специальность 05.23.05 - «Строительные материалы и изделия»

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

2 с [.::.? г.::з

Ростов - на - Дону, 2009

003464846

Работа выполнена в Научно-исследовательском институте бетона и железобетона (НИИЖБ), Федеральном государственном унитарном предприятии «Кон-структорско-технологическое бюро железобетона» (ФГУП «КТБ ЖБ»), кафедре технологии строительного производства Ростовского государственного строительного университета (РГСУ).

Научный консультант: доктор технических наук, профессор

Несветаев Григорий Васильевич. Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Ахматов Мусса Ахматович; доктор технических наук Звездов Андрей Иванович; доктор технических наук, профессор Перцев Виктор Тихонович. Ведущая организация: ФГУП «НИЦ «Строительство»

Защита диссертации состоится «26» мая 2009 г. в 1015 ч на заседании диссертационного совета ДМ 212.207.02 в Ростовском государственном строительном университете по адресу: 344022, г. Ростов - на - Дону, ул. Социалистическая, 162, РГСУ, главный корпус, ауд. 232. Факс 8 (863) 263 50 70.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Ростовского государственного строительного университета и на сайте ВАК. Автореферат разослан «19» февраля 2009 г.

Ученый секретарь диссертационного совета,

доктор технических наук, профессор

Л.В. Моргун

Актуальность проблемы. В России жилищный вопрос продолжает оставаться острой социальной проблемой. Как известно, жилищный фонд России оценивается примерно в 2,9 млрд. м2, или около 20 м2 на душу населения, в то время как этот показатель в Норвегии составляет 74 м2, в США - 70, в Германии - 50, во Франции - 43, в Чехии - 28, в Китае - 27. При этом порядка 92 млн. м2 (3,17%) в России - это аварийное и ветхое жилье. В ближайшие 15 лет в такое состояние может перейти еще примерно 300 млн. м2 (10,3%). В последнее время вводится примерно 35 млн. м2 жилья в год, при этом около 70 % россиян нуждаются в улучшении жилищных условий. Очевидно, что в такой ситуации вопрос о резком увеличении объемов жилищного строительства является актуальнейшей задачей, о чем, в частности, свидетельствует принятие Национального проекта «Доступное жилье - гражданам России». Задача удвоения объемов ежегодно вводимого жилья на ближайшие 10 лет предопределяет потребность в развитии технологий и создании новых конструктивных систем и материалов, в т.ч. для ограждающих конструкций. Принятое концептуальное направление постепенного перехода на преимущественный рост малоэтажной застройки при поставленных задачах к 2018 г. довести объем ввода жилья до 85 млн. м2 означает одно - в ближайшие годы необходимо максимально использовать возможности сложившейся структуры жилищного строительства при возведении социального жилья. Созданная в свое время мощная база индустриального домостроения (420 ДСК мощностью около 50 млн. м2) сегодня используется примерно на 20 %. Применение эффективных ограждающих конструкций для крупнопанельного домостроения может оказать существенный вклад в развитие этого сектора строительства социального жилья.

Ограждающие конструкции, как правило, полифункциональны, в связи с этим естественны противоречия при выборе материалов для реализации таких конструкций, поскольку универсального материала нет. И, хотя существует мнение об эффективности применения однослойных конструкций, учитывая вышеизложенное, следует сделать вывод о целесообразности использования в зависимости от климатических условий и слоистых конструкций с разделением

функциональных «обязанностей» каждого слоя и применением для него наиболее эффективного материала. В любом случае легкий бетон будет составляющим элементом ограждающей конструкции. В России имеется полувековой опыт эксплуатации зданий из керамзитобетона (в США и Канаде - более 70 лет). В настоящее время порядка 200 заводов по производству керамзита после реконструкции способны выпускать до 15 млн. м3 заполнителей в год. Однако, несмотря на обилие разработок в этом направлении, реальные достижения в производстве керамзитового гравия плотностью 300 - 400 кг/м3 и контрукцион-но-теплоизоляциионных керамзитобетонов плотностью до 800 кг/м3 на протяжении многих лет выглядят достаточно скромно. Перспективным для производства легких бетонов считается вспученный перлит. Но некоторые технологические проблемы, обусловленные высокой водопотребностью этого заполнителя и, главное, состояние сырьевой и производственной базы вспученного перлита, не позволяют прогнозировать широкое его применение в качестве заполнителей для бетонов в ближайшие годы. Таким образом, не снимая вопрос об актуальности исследований в области совершенствования технологии и увеличения объемов производства традиционных пористых заполнителей и бетонов со средней плотностью 500 - 800 кг/м3 на их основе, необходимо вести поиск альтернативных материалов и технологий. В связи с этим внимание исследователей давно акцентировано на возможности расширения сырьевой базы и производства новых пористых заполнителей, в частности, гравиеподобных, имеющих сплошную оболочку с закрытой пористостью, твердая фаза которых более чем на 90% находится в аморфизированном стекловидном состоянии (в дальнейшем - стекловидных). В основу работы положена гипотеза о том, что применение новых стекловидных пористых заполнителей с повышенными прочностными и теплозащитными свойствами в конгломератах на цементных вяжущих с учетом предлагаемых структурных и технологических факторов обеспечит получение эффективных легких конструкционно- теплоизоляционных бетонов с улучшенными показателями деформативно-прочностных и теплозащитных свойств в сравнении с известными легкими бетонами на обжига-

вых заполнителях, при этом решение предлагаемой критериальной системы уравнений теплофизической и гигрофизической эффективности материалов обеспечит принятие рациональных проектных решений ограждающих конструкций в различных климатических условиях.

Целью работы является обоснование критериев эффективности материалов для рациональных ограждающих конструкций в различных климатических условиях и разработка на основе развития научных представлений о формировании структуры и взаимосвязи свойств основ технологии эффективных конструкционно-теплоизоляционных легких бетонов на имеющих практически неограниченную сырьевую базу стекловидных пористых заполнителях с нормативным обеспечением совокупности необходимых для практического применения основных показателей назначения бетонов - конструкционных, теплофизиче-ских и гигрофизических.

Для достижения поставленной цели необходимо:

1. Установить общие закономерности влияния рецептурно - технологических факторов на коэффициенты теплофизической и гигрофизической эффективности материалов и классифицировать материалы по степени эффективности в зависимости от климатических условий строительства.

2. Разработать технологические основы легких бетонов на стекловидных пористых заполнителях, выявить основные закономерности «состав -технология - структура - свойства».

3. Изучить основные закономерности взаимосвязи основных свойств легких бетонов на стекловидных заполнителях и предложить нормативное обеспечение конструкционных, теплофизических и гигрофизических свойств бетонов на стекловидных заполнителях для практического применения. Научная новизна работы состоит в том, что:

- развиты научные представления о формировании структуры легких бетонов и взаимосвязи их основных свойств - конструкционных, теплофизических, гигрофизических, выявлено влияние стеклофазы в составе пористого заполнителя на совокупность свойств бетонов, разработаны основы технологии и

нормативное обеспечение для практического применения легких бетонов на стекловидных пористых заполнителях;

- впервые предложена классификация материалов по теплофизической и гигрофизической эффективности, разработаны основные положения выбора, сформулированы требования к величине коэффициентов эффективности бетонов для однослойной или рациональной многослойной ограждающей конструкции в зависимости от условий эксплуатации;

- изучено влияние основных факторов, определяющих теплопроводность бетонов на стекловидных заполнителях, установлены закономерности и предложена формула, определяющая коэффициент теплопроводности бетона в сухом состоянии в зависимости от коэффициентов теплопроводности и объемной концентрации матрицы и заполнителя, позволившая оценить вклад каждого элемента двухуровневой системы «матрица - заполнитель» в формировании коэффициента теплопроводности бетона.

Практическая значимость работы:

- определены основные положения технологии легких конструкционно -теплоизоляционных бетонов плотностью 600 - 800 кг/м3 классов В 3,5 - В 7,5 на стекловидных пористых заполнителях, включающие в себя подбор состава, технологию приготовления бетонной смеси, обоснование режимов и способов ТВО. Определен минимальный расход цемента по условию защиты арматуры от коррозии;

- установлены основные закономерности изменения основных физико-механических свойств легких бетонов на стекловидных заполнителях от изменения рецептурно-технологических факторов;

- предложено нормирование для инженерной практики призменной прочности, начального модуля упругости, «предельной» сжимаемости, предела прочности при растяжении, меры ползучести, деформаций усадки, сцепления арматуры с бетоном, сорбционной влажности, коэффициента паропроницаемо-сти, коэффициента теплопроводности с учетом режима эксплуатации.

Реализация результатов исследований. Результаты исследований включены в нормативные документы: ТУ 48 - 0401 - 107/0 - 92 «Панели наружные азеритобетонные для жилых зданий», ТУ 110 - 029 - 90 «Гравий и песок витро-зитовые», ТУ 31 - 0871 - 65/0 —91 «Азеритобетон для наружных ограждающих конструкций зданий и сооружений», ТУ 01116372021 - 90 «Пеностеклограну-лятобетон конструкционно-теплоизоляционный для наружных ограждающих конструкций зданий и сооружений».

Производственное внедрение осуществлено при разработке технологических регламентов и:

- производстве опытной партии стеновых панелей типа НС-2-6 и 2НС-2-4 жилых домов серии III - 121 из легкого бетона на вспученном витрозитовом гравии (ВВГ) в условиях г. Воскресенска на КПД-2 Воскресенского домостроительного комбината;

- разработке заводской технологии стеновых панелей серии 111 - 112Н из легкого бетона на основе вспученного туфоаргиллитового гравия (ВТГ) на ЗКПД -2 в условиях г. Норильска. За период с 1990 г. экономический эффект от применения стеновых панелей из бетонов на стекловидных пористых заполнителях в Норильском промышленном районе составил не менее 50 млн. руб. (в ценах 2008 г.).

- изготовлении в условиях ЖБК-7 СПО Армстройиндустрии опытной партии стеновых панелей из бетона на пеностеклогрануляте (ПСГ), разработанных в ПЭКТИ (Ереван).

Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались и обсуждались на:

- международных научных конференциях: 1991 г. (Москва); 1992 г. (Кавказ - 92);

- Международном форуме AF ES - 2007 «Перспективные задачи инженерной науки», 2007 г. (Халкидики, Греция);

- Международном конгрессе «Наука и инновации в строительстве», 2008г. (Воронеж);

- Всероссийской научно-практической конференции «Применение современных технологий и оборудования при строительстве и восстановлении объектов», 2008 г. (Балашиха);

- республиканских научно-технических конференциях: 1986 г. (Москва); 1987 г. (Ашхабад); 1989 г. (Фрунзе).

На защиту выносится:

- совокупность теоретических положений, определяющих возможность выбора эффективных материалов для рациональных однослойных и трехслойных ограждающих конструкций для принятия принципиального конструктивного решения, на основе сопоставления коэффициентов теплофизической и гигрофизической эффективности и предложенной классификации эффективности легких бетонов и теплоизоляционных материалов;

- классификация по теплофизической и гигрофизической эффективности легких конструкционно-теплоизоляционных бетонов и теплоизоляционных материалов с учетом климатических условий строительства;

- развитие научных представлений о количественной оценке теплофизической эффективности материалов, формировании структуры и взаимосвязи свойств легких бетонов на стекловидных пористых заполнителях;

- целесообразность оценки коэффициента гигрофизической эффективности материала и установленные закономерности его изменения от основных ре-цептурно-технологических факторов;

- методологические аспекты изучения взаимосвязи «состав — технология -структура - свойства» легких бетонов на пористых заполнителях;

- общие закономерности влияния рецептурно-технологических факторов на основные физико - механические, тепло и гигрофизические свойства легких бетонов на стекловидных пористых заполнителях;

- результаты комплексных исследований основных свойств и предложения по нормированию основных показателей назначения конструкционно-теплоизоляционных бетонов средней плотностью 600 - 800 кг/м3 классов В 3,5 - В 7,5 на стекловидных пористых заполнителях - ПСГ, ВТГ, ВВГ.

Вклад автора в разработку проблемы. Автором осуществлены: научное обоснование работы, предложения новых критериев оценки качества материалов, разработка методик и программ экспериментальных исследований, анализ и обобщение результатов, получение новых и уточнение известных зависимостей, участие в разработке нормативных документов, организация и участие в производственном внедрении. В работах, выполненных в соавторстве, автором сделан основной вклад, выражающийся в формулировании целей и задач исследований, теоретической и методологической разработке основных положений, обобщении и анализе результатов.

Публикации. Основное содержание диссертационной работы изложено в монографии (8 пл.), 13 статьях в журналах (3,9 п.л.), в т.ч. 9 (3,2 п.л.) - в ведущих рецензируемых журналах из перечня ВАКа, 7 (1,4 п.л.) - в материалах научных конференций, 6 (18,8 п.л.) научных трудах в различных изданиях, 1 авторском свидетельстве.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, семи глав, общих выводов, списка литературы из 353 наименований и приложений. Изложена на 381 странице, включая 135 рисунков, 74 таблицы.

Автор выражает глубокую признательность профессору, доктору технических наук Г.В. Несветаеву, профессору, доктору технических наук В.Г. Гагарину за помощь в работе над диссертацией, кандидатам технических наук М.Р. Арутюнян, И.В. Забродину, С.П. Мироненко за помощь в экспериментальных исследованиях и производственном внедрении.

Основное содержание работы

Во введении обоснованы актуальность проблемы, сформулированы цель и задачи исследований, научная гипотеза, обозначены научная новизна и практическая значимость работы, перечислены основные выносимые на защиту положения и результаты.

В первой главе приведен анализ состояния вопроса. Проблемой разработки эффективных ограждающих конструкций и исследованиями темпера-турно-влажностных режимов в процессе эксплуатации занимались A.A. Ахун-

дов, B.B. Бабков, М.Я. Бикбау, В.Г. Гагарин, C.B. Корниенко, Е.А. Король, Е.А. Митина, Ю.Д. Нациевский, A.A. Пак, Г.П. Сахаров, А.Е. Семечкин, A.C. Сем-ченков, C.B. Федосов, Е.М. Чернышов, Ю.В. Чиненков и др. Для ограждающих конструкций социального жилья и высотных зданий целесообразно использовать навесные стеновые панели плотностью 380 - 420 кг/м2 или самонесущие плотностью до 500 кг/м2, выполняемые, в зависимости от климатических условий, одно- или трехслойными с применением эффективных минеральных или полимерных утеплителей. Конструкции могут изготавливаться со связями или без них. Для производства изделий необходимы конструкционно - теплоизоляционные бетоны классов В 3,5 - В 7,5 при средней плотности 500 - 800 кг/м3 на пористых заполнителях, технология, структура и свойства которых исследованы в работах Ю.М. Баженова, Н.П. Блещика, Г.А. Бужевича, А.И. Ваганова, С.Н. Гамаюнова, О.Л. Дворкина, В.Г. Довжика, В.А. Дорфа, В.Т. Ерофеева, А.И. Звездова, И.А. Иванова, A.A. Кетова, П.Г. Комохова, H.A. Корнева, Ю.Д. Нациевского, В.В. Опекумова, Л.П. Орентлихер, В.П. Петрова, JI.H. Попова, H.A. Попова, В.И. Савина, М.З. Симонова, В.И. Соломатова, Н.Я. Спивака, М.Ч. Тамова, В.Н. Ярмаковского и др. Актуальной проблемой является расширение сырьевой базы пористых заполнителей для таких бетонов, повышение их прочности, атмосферостойкости, снижение теплопроводности.

Во второй главе описаны методология, материалы и методика экспериментальных исследований. Бетон является сложной многокомпонентной системой, формирование свойств которой определяется рецептурными, технологическими и эксплуатационными факторами и продолжается длительное время. Поскольку бетон является капиллярно-пористым телом, то при его изучении целесообразно использовать принцип, основанный на выявлении общих закономерностей «состав - технология - структура - свойства». Для легких бетонов на пористых заполнителях задача усложняется еще тем, что пористость таких бетонов представлена двумя системами: поры заполнителя и поры цементного камня (матрицы). В связи с этим в работе при исследовании свойств бетона реализован подход, основанный на выявлении общих закономерностей «свой-

ство - пористость (плотность)» с последующей детализацией их с учетом влияния рецептурно-технологических факторов на основную (генеральную) зависимость. При экспериментальных исследованиях использованы разнообразные материалы. Методики применялись стандартные, исследовательские (НИИЖБ) и специально разработанные.

В третьей главе сформулированы критерии рациональности многослойной ограждающей конструкции, предопределяющие обеспечение требуемого уровня термического сопротивления, допустимого уровня амплитуды температуры и защиту от влагонакопления, позволяющие осуществлять выбор эффективных материалов по величине коэффициентов теплотехнической и впервые предложенного коэффициента гигрофизической эффективности для принятия принципиального конструктивного решения посредством решения уравнений (1), определяющих условие средней массивности конструкции (первое уравнение), необходимое термическое сопротивление слоев (второе уравнение), условие защиты от влагонакопления

где х - толщина утеплителя, м;

6; - толщина слоя ¡-го материала в многослойной конструкции, м; 5 - общая толщина многослойной ограждающей конструкции, задаваемая фактическим парком форм или опалубочной системой, м;

КФ;У, К^б - соответственно коэффициенты влагозащитной эффективности утеплителя и бетона;

[Я]] - требуемое для данного климатического района термическое сопротивление I - го слоя материала в ограждающей конструкции; Со — удельная теплоемкость бетона, кДж/кг °С (0,8 - 0,88);

{Х + КТК^^-КТК.-р,

(1)

Л0 <

КТК, - интегральный коэффициент теплотехнического качества 1 - го материала, определяющий зависимость коэффициента теплопроводности сухого материала от его плотности;

КТКду; - коэффициент теплотехнического качества 1 - го материала, учитывающий увеличение коэффициента теплопроводности при повышении влажности материала на 1% с учетом средней плотности материала; \У| - влажность 1 - го материала в зависимости от режима эксплуатации, %.

Гигрофизический критерий представлен в виде коэффициента влагозащитной (в дальнейшем — гигрофизической) эффективности материала

К.= X' (2)

где ц — коэффициент паропроницаемости, мг/м-ч-Па; X - коэффициент теплопроводности, Вт/м °С.

Для определения коэффициента теплопроводности легких бетонов в инженерной практике известная в теории обобщенной проводимости формула В.И. Оделевского трансформирована к виду

Ле=Ас—, (3)

е с 8010-р 4 У

где р - средняя плотность бетона, кг/м3;

Я-б - коэффициент теплопроводности бетона;

%с - коэффициент теплопроводности скелета,

что позволяет определять коэффициент теплопроводности бетона в сухом состоянии по величине средней плотности с учетом свойств материала, образующего структуру («скелет») бетона.

Для определения коэффициента теплопроводности бетона в сухом состоянии Хе в зависимости от коэффициентов теплопроводности и объемной концентрации матрицы и заполнителя впервые предложено использовать модифицированную модель Хирча, полученную ранее для оценки модуля упругости бетона. Полученная в диссертации модель (ф.4) позволяет оценить «вклад»

каждого элемента двухуровневой системы «матрица - заполнитель» в формирование коэффициента теплопроводности системы (бетона):

где ?iE, Х3, Хцк - соответственно коэффициенты теплопроводности бетона, заполнителя, цементного камня;

VqK, V3 - соответственно объемная концентрация цементного камня и заполнителя.

Сравнение ф. (4) с известными зависимостями, предложенными Релеем и Harmathy, показало ее преимущество для широкой группы бетонов с маркой по плотности 500 - 900 и хорошее соответствие зависимости, описываемой ф. (3) (табл.1). Анализ ф. (4) позволил сделать вывод о том, что ключевым моментом в снижении теплопроводности легкого бетона следует считать снижение теплопроводности пористого заполнителя. В этом плане использование стекловидных заполнителей дает неоспоримые преимущества перед традиционными обжиговыми заполнителями (рис. 1).

2

(4)

(

)

ТО X

0,4

К: = 0,0006х-0,0105

Рис. 1. Зависимость коэффициента теплопроводности зерна пористого заполнителя от средней насыпной плотности:

К - керамзит по данным

В.Г. Довжика;

К - 2 - керамзит по данным В.П.

♦ К Петрова;

1ЗМ у _ пер _ по формуле

*Ш2\ X = 0,0006р-0,05;

ЗМ - зольная микросфера по дан-

ным Е.В. Мальцева и др.;

50 250 450 650

средняя насыпная плотность

заполнителя, кг/куб.м

ЗМ-2 - зольная микросфера по данным А.Ф. Бернацкого

Таблица 1

Расчетные и фактические значения коэффициентов теплопроводности

бетона на ПСГ

Средняя v3 Коэффициент теплопроводности, Вт/м°С

плотность цементного бетона

бетона, камня фактиче- по формуле*

кг/м3 (заполнителя) ский з** Harmathy Релей 4

800 0,82 0,28 (0,16) 0,19 0.189 0,074 0,179 0,177

-0,5 -61,0 -5,8 -6,8

0,41 0,091 0.197 0.192

-52,1 3,7 1,1

900 0,78 0,28 (0,16) 0,22 0,215 0,091 0,183 0,181

-2,3 -58,6 -16,8 -17,7

0,112 0,206 0,199

0,41 -49,1 -6,4 -9,5

625' 0,82 0,41 (0,089) 0,122 0.144 0,074 0,134 0,121

18,0 -39,3 9,8 -0,8

550' 0,84 0,41 (0,078) 0,104 0.125 0,063 0,119 0,106

20,5 -39,4 14,4 1,9

600' 0,82 0,41 (0,125) 0,16 0,138 0,083 0.166 0.158

-13,9 -48,1 3,8 -1,3

5003 0,82 0,41 (0,085) 0,126 0,113 0.073 0,13 0,117

-10,3 -42,0 3,2 -7,1

* - в числителе — относительная погрешность, %; ** - при значении Ас = 1,7

Вт/м°С; 1 - по данным В.П. Петрова; 2 - по данным Е.В. Мальцева и др.; 3 - по данным Д.Р. Садыкова, Б.К. Демидовича.

При решении уравнений (1) возможна оптимизация ограждающей конструкции в том числе по экономическим параметрам. Решение второго уравнения из (1) относительно КТК позволяет определить требования по максимальному значению этой величины в зависимости от требуемой величины термического сопротивления, т.е. от климатических условий. Решение первого уравнения из (1) позволит точнее определить целесообразную область применения тех или иных материалов с учетом массивности конструкции, т.е. обеспечения комфортных условий в помещении по амплитуде колебания температуры. Результат решения первого и второго уравнений из (1) позволяет оценить для конкретных условий, какой из факторов, термическое сопротивление или массивность, для данного материала будут определяющими в данном конструктивном

решении. Это позволит принимать решение по оптимизации параметров конструкции, например, изменение соотношения толщин слоев, замена утеплителя на более (менее) эффективный и т.д. Третье уравнение из (1) позволяет сделать окончательный вывод о применении того или иного материала с учетом обеспечения защиты ограждающей конструкции от влагонакопления. На рис. 2 представлена зависимость минимальной требуемой величины КТК бетонов высокой теплотехнической эффективности, т.е. обеспечивающих не менее 50% требуемого термического сопротивления многослойной конструкции, от величины нормируемого значения термического сопротивления и толщины конструкции (толщина бетонного слоя принята 0,25 и 0,28 м соответственно для толщины конструкции 0,35 и 0,4 м). Используя рис. 2, можно, в зависимости от поставленной задачи, определить толщину конструкции, степень эффективности использования бетона, необходимое значение КТК, эффективный бетон. Таким образом, реализуя принципы проектирования рациональной ограждающей конструкции на основе коэффициентов теплотехнической и гигрофизиче-ской эффективности материалов, легко формализовать многокритериальную задачу выбора рациональной конструкции уравнениями (1), решение которых обеспечит выбор эффективных материалов с минимальными затратами на стадии, предшествующей принятию принципиального конструктивного решения.

0,0006 г 0,00055 -!■

Рис. 2. Зависимость требуемой минимальной величины

—■—В-0,4 КТК бетона от нормируемо-0,35- 0,03 го термического сопротив-

_0,35- 0,08 ления и толщины ограж-

Э - 0,35

дающей конструкции:

0,00015 ■ 0,0001 -

высокоэффективное

--0,4 - 0,03

использование бетонов; -°'4-°'08 Э - 0,35 (0,4) - эффективное

2 3 4 5 6

требуемое термическое сопротивление

использование бетонов; 0,35 - 0,03 - общая толщина конструкции 0,35 м; КТКш бетона 0,03

Развиты научные представления о коэффициентах теплотехнической эффективности материалов. Предложена и обоснована классификация материалов по величине коэффициентов теплотехнической эффективности (бетоны: высокоэффективные КТК < 0,00021; низкоэффективные КТК > 0,00029; утеплители: более эффективный КТК < (КТК = ^р))СрСДн.)- Установлены требования к величине коэффициента теплотехнической эффективности бетонов для рациональной многослойной ограждающей конструкции в зависимости от величины требуемого термического сопротивления. В табл. 2 приведены значения коэффициентов теплотехнической эффективности и классификация эффективности некоторых легких бетонов, а в табл. 3 - утеплителей.

Таблица 2

Коэффициенты теплотехнической эффективности бетонов

Вид бетона р, кг/м"1 Хо, Вт/м °С КТК\у КТК

Втм2/кг°С эфф гктивность

Керамзитобетон 1000 0,27 0,052 0,00027 СЭ .

800 0,21 0,048 0,000263 СЭ

600 0,16 0,0625 0,000267 СЭ

Шунгизитобетон 1000 0,27 0,058 0,00027 СЭ

Перлитобетон 1000 0,22 0,048 0,00022 СЭ

800 0,16 0,071 0,0002 ВЭ

600 0,12 0,061 0,0002 ВЭ

Термозитобетон 1000 0,23 0,076 0,00023 СЭ

800 0,17 0,096 0,00023 СЭ

Вермикулитобетон 800 0,21 0,018 0,000263 СЭ

600 0,14 0,016 0,000233 СЭ

Аглопоритобетон 1000 029 0,065 0,00029 НЭ

Полистиролбетон 600 0,145 0,047 0,00024 СЭ

Ячеистый 1000 0,29 0,041 0,00029 НЭ

автоклавный 800 0,21 0,051 0,000263 СЭ

600 0,14 0,071 0,000233 СЭ

Бетон на ВТГ 1000 0,22 0,04 0,00022 СЭ

800 0,16 0,039 0,0002 ВЭ

600 0,12 0,052 0,0002 ВЭ

Бетон на ВВГ 1000 0,25 0,04 0,00025 СЭ

800 0,18 0,038 0,000225 СЭ

600 0,15 0,031 0,0002 ВЭ

Бетон на ПСГ 1000 0,24 0,04 0,00024 СЭ

800 0,19 0,039 0,00024 СЭ

600 0,14 0,039 0,00023 СЭ "

Примечание: НЭ - низкоэффективный; СЭ - среднеэффективный; ВЭ - высокоэф-

фективный

Таблица 3

Коэффициенты теплотехнической эффективности

теплоизоляционных материалов

Материал р, кг/м3 К Вт/м °С KTKw КТК

Втм7кг°С эффективность

Пенополистирол ГОСТ 15588 40 0,037 0,035 0,000925 БЭ

Стиропор PS 20 20 0,037 0,014 0,00185 МЭ

Экструдированный пенополистирол «Стай-рофоам» 28 0,029 0,007 0,00104 БЭ

Пенополиуретан 40 0,029 0,076 0,000725 БЭ

«Пеноплэкс» 35 0,028 0,024 0,0008 БЭ

Плиты из стекловолокна ГОСТ 10499 45 0,047 0,072 0,00104 МЭ

Плиты URSA 30 0,04 0,03 0,00133 МЭ

Пеностекло 200 0,07 0,143 0,00035 МЭ

Примечание: БЭ - более эффективный, МЭ - менее эффективный

Для обеспечения «рациональности» многослойной ограждающей конструкции предложена классификация материалов по гигрофизической эффективности, основанная на положении, что численное значение коэффициента гигрофизической эффективности материала численно равно величине термического сопротивления слоя материала, при котором сопротивление его паропро-

ницанию —не будет превышать 5. Критерии эффективности теплоизоляцион-М

ных материалов по коэффициенту гигрофизической эффективности Кф сформулированы следующим образом (Л^; + 1<о,у > Ко):

- к высокоэффективным отнесены теплоизоляционные материалы, обеспечивающие в многослойной ограждающей конструкции не менее 70% требуемого термического сопротивления Яо, применение которых не приведет к нарушению п. 13.8 СП 23 - 101 - 2004

Кф > 1,4Л„, (5)

- к эффективным отнесены теплоизоляционные материалы, обеспечивающие в многослойной ограждающей конструкции не менее 50% требуемого термине-

ского сопротивления, применение которых не приведет к нарушению п. 13.8 СП 23 - 101 -2004

К-п > Ra

(6)

Классификация теплоизоляционных материалов по гигрофизической эффективности с учетом климатических условий представлена в табл. 4.

Таблица 4

Классификация теплоизоляционных материалов по гигрофизической эффективности

D, °С-сут. Rrcdi м2 °С/Вт Кф для материала Материал по эффективности, в порядке убывания

ВЭ Э высокоэффективный не рекомендуемый к применению

2000 2,1 2,9 2,1 Плиты "URSA"; плиты по ГОСТ 10499; ПХВ-1; пенополиуретан; пенополисти-рол ГОСТ 15588; стиропор PS 20; «Пеноплэкс» «Стайрофоам»; пеностекло; «Стиродур»

4000 2,8 3,9 2,8 Плиты "URSA"; плиты по ГОСТ 10499; ПХВ-1; пенополиуретан; пенополисти-рол ГОСТ 15588; стиропор PS 20 «Стайрофоам»; пеностекло; «Стиродур»; «Пеноплэкс»

6000 3,5 4,9 3,5 Плиты "URSA"; плиты по ГОСТ 10499; ПХВ-1; пенополиуретан; пенополисти-ролГОСТ 15588 «Стайрофоам»; пеностекло; «Стиродур»; «Пеноплэкс»

8000 4,2 5,9 4,2 Плиты "URSA"; плиты по ГОСТ 10499; ПХВ-1; пенополиуретан; пенополисти-ролГОСТ 15588 «Стайрофоам»; пеностекло; «Стиродур»; «Пеноплэкс»; стиропор РЭ 20

10000 4,9 6,9 4,9 Плиты "URSA"; плиты по ГОСТ 10499; ПХВ-1; пенополиуретан «Стайрофоам»; пеностекло; «Стиродур»; «Пеноплэкс»; стиропор РЗ 20

12000 5,6 7,8 5,6 Плиты "URSA"; плиты по ГОСТ 10499; ПХВ-1; пенополиуретан «Стайрофоам»; пеностекло; «Стиродур»; «Пеноплэкс»; стиропор РБ20

Примечание: ВЭ - высокоэффективный, Э - эффективный

Для легких бетонов критерий эффективности материала по коэффициенту гигрофизической эффективности сформулирован следующим образом:

- к высокоэффективным отнесены бетоны, обеспечивающие в многослойной ограждающей конструкции не менее 50% требуемого термического сопротивления, применение которых не приведет к нарушению п. 13.8 СП 23 - 101 — 2004

Кфж0, (7)

- к эффективным отнесены бетоны, обеспечивающие в многослойной ограждающей конструкции не менее 30% требуемого термического сопротивления, применение которых не приведет к нарушению п. 13.8 СП 23 - 101 - 2004

Кф>0,6Яа- (8)

Классификация легких бетонов по гигрофизической эффективности с учетом климатических условий эксплуатации представлена в табл. 5.

Таблица 5

Классификация легких бетонов по гигрофизической эффективности

D, °С-сут. Rred, м2 °С/Вт Кф для бетона Бетон по эффективности, в порядке убывания

ВЭ* Э высокоэффективный не рекомендуемый к применению

2000 2,1 2,1 1,3 Все бетоны, кроме ВВГ 1000

4000 2,8 2,8 1,7 КБ 800; 600; ПБ 600; 800; 1000; ВБ 600; ПСБ 500; ВТГ 600; 800; ВВГ 600; 800; ПСГ 600; 800

6000 3,5 3,5 2,2 КБ 800; 600; ПБ 600; 800; 1000; ВБ 600; ВТГ 600; 800; ВВГ 600; 800; ПСГ 600; 800 ВВГ 1000; ПСГ 1000;

8000 4,2 4,2 2,5 КБ 800; 600; ПБ 600; 800; 1000; ВБ 600; ВТГ 600; 800; ВВГ 600; 800; ПСГ 600; ВВГ 1000; ПСГ 1000; ВБ 800; ПСБ 600; ВТГ 1000

10000 4,9 4,9 3,0 КБ 600; ПБ 600; 800; ВБ 600; ВТГ 600; 800; ВВГ 600; ПСГ 600; ВВГ 1000; ПСГ 1000; ВБ 800; ПСБ 500; 600; ВТГ 1000; КБ 1000;

12000 5,6 5,6 3,4 КБ 600; ПБ 600; 800; ВБ 600; ВТГ 600; 800; ВВГ 600; ПСГ 600; ВВГ 1000; ПСГ 1000; ВБ 800; ПСБ 500; 600; ВТГ 1000; КБ 1000;

Примечание: ВВГ - бетон на ВВГ (КБ - керамзитобетон, ПБ - перлитобетон, ВБ - вермикулитобетон, ПСБ - пенополистиролбетон, ВТГ - бетон на ВТГ, ПСГ -бетон на ПСГ); 1000 - марка бетона по средней плотности; ВЭ - высокоэффективный, Э - эффективный

В четвертой главе рассмотрены вопросы технологии и свойства стекловидных пористых заполнителей - вспученного туфоаргиллитового гравия (ВТГ), пеностеклогрануллятов (ПСГ), вспученного витрозитового гравия (ВВГ) и легких бетонов на их основе. Технология производства перечисленных заполнителей имеет свои особенности для каждого вида, но, в общем, суть ее заключается в расплавлении исходного минерального сырья, вспучивании расплава и быстром охлаждении в течение 30 - 60 мин. Структура СГ представляет собой систему, состоящую из ячеек преимущественно округлой формы. Поры разделены тонкими перегородками, состоящими из более легких замкнутых пор. Большое содержание стеклофазы и равномерное распределение мелких пор правильной формы обеспечивает СГ повышенную прочность и пониженную теплопроводность. Основные свойства заполнителей представлены в табл. 6.

Таблица 6

Основные свойства стекловидных пористых заполнителей

Основные свойства Заполнитель

ПСГ ВВГ ВТГ

Насыпная плотность, кг/мЗ 170-300 350-450 300 - 450

Прочность при сдавливании в цилиндре, МПа 0,3 - 1,7 1,4-2,4 1,2-2,8

Плотность истинная, кг/м"1 2,34 2,35 2,34 - 2,56

Водопоглощение, % по массе 60-19 12-16,5 8-14

Коэффициент размягчения 0,87-0,89 0,78-0,84 0,8

Межзерновая пустотность, % 37-39 37-40 39-48

Морозостойкость, не менее циклов 15 15 50

Коэффициент формы 1 1,6-2 1,4-1,8

Стойкость ПСГ против силикатного и железистого распада, потери % В пределах требований ГОСТ 9757 - 86

Содержание стеклофазы, % 97,4 - 97,6 91,6-95,5 67-72

Гидравлическая активность, г/л 9,4 - 9,6 13-14,8 -

В табл. 7 приведен химический состав стекловидных заполнителей, в табл.8 - характеристика пористости, а в табл. 9 - краткая информация об особенностях технологии их производства.

Таблица 7

Химический состав стекловидных заполнителей

Заполнители п.п.п. ЭЮг АЬОз Ре203 СаО БОз Ыа2 О К20

пег <2 71,2 11,57 1,55 2,46 /,73 0,14 7,7 1,85

' ВВГ 0,39- 71,03- 8,3-10 1,63- 3,29- 4,89- 0,25- 4,4-4,6 2,57-

0,64 73,58 1,67 3,54 4,93 0,42 2,63

ВТГ 0,21 63,73 19,31 9,2 3,92 ¡,77 0,15 0,14 1,6

Таблица 8

Характеристика пористости стекловидных заполнителей

Элемент структуры Пористость заполнителей

пег ВВГ ВТГ

размер, мм доля, % размер, мм доля, % размер, мм доля, %

Поры 0,08-0,15 0,15-0,35 0,4 - 0,65 25-30 45-50 20-25 0,08 - 0,25 0,25 - 0,75 0,75 - 1 35-55 10-15 20-30 0,08-0,18 0,18-0,35 0,35-0,65 15-20 45-50 20-30

Таблица 9

Основные данные о технологии производства стекловидных заполнителей

Этапы и показатели Заполнитель

пег ВВГ ВТГ

Подготовка сырья: дробление сушка помол До 3000 см2/г До 3000 см2/г До 60 мм 300 - 500°С

Шихта ГП (перлит) 80 - 82%; ЫаОН 5,2 - 7,4% прочие до 0,3% вода до 12% ГП (витротуф, липарит, перлит) 90 - 92% ЫаОН до 4% прочие до 1,7% вода - остальное ГП (туфоаргиллит) 40% + плав 55% стеклобой до 5% сода до 0,5% ЛСТ до 0,2%

Сушка шихты До 200°С - Плавление 55% сырья 1500°С

Помол шихты 3500 - 5000 см'/г Обработка в бегунах и вальцах -

Грануляция + + Гран-бассейн

Сушка гранул До 100°С 1-й этап: 50 - 70°С 2-й этап: 150 - 180°С До 100°С

Обжиг 800 - 900°С 970 - 990°С 1050- 1100°С

Расход энергии на обжиг (керамзит = 100%) 70 67 118

Примечание: ГП - горная порода

Установлено, что закономерности водопотребности бетонных смесей на стекловидных заполнителях в принципе не отличаются от известных закономерностей формирования водопотребности керамзитобетонных смесей. Отмечена тенденция к снижению водопотребности примерно на 10 л/м3 для ПСГ и ВВГ и до 15 л/м3 для ВТГ, что согласуется с данными о более низкой величине водопоглощения стекловидных заполнителей в сравнении с керамзитом. С увеличением содержания пористого песка и расхода цемента повышается водопо-требность смеси. Это повышение может достигать 25 л/м3 для ПСГ и 50 л/м3 для ВВГ. Воздухововлечение, повышая удобоукладываемость бетонной смеси, позволяет снизить ее водопотребность до 10 л/м3. Пластификация, в зависимости от дозировки добавки, позволяет снизить водопотребность смеси до 35 л/м3.

Средняя плотность бетона в сухом состоянии описывается полученной в работе зависимостью

Ря=0,97/>,+/К1,15-0,4Л), (9)

а предел прочности при сжатии - зависимостью (рис. 3)

Я = к{Ц-Ц,), (10)

где к = 0,05, Цо изменяется для разных заполнителей от 30 до 120, т.е. изменение предела прочности бетонов при одинаковом расходе цемента может доходить до 4,5 МПа.

Рис. 3. Зависимость предела прочности при сжатии от расхода цемента: ПСГ, ВТГ-П, ВТГ, ВВГ - соответственно бетон на ПСГ, пори-зованный бетон на ВТГ, бетон на ВТГ, бетон на ВВГ; Т - по формуле Я = 0,05(Д-30);

Т-2 - по формуле 200 250 300 350 400 Л = 0,05(//-120)

расход цемента, кг/куб.м

♦ псг

■ втг-п

ж втг

■ ввг

— т-2

Поскольку помимо расхода цемента на прочность легкого бетона влияет прочность заполнителей, для учета влияния предела прочности заполнителей на предел прочности бетона в работе предложена зависимость предела прочности бетона от прочности растворной составляющей и заполнителя

= (1,32Л3 + 3,65) 1п Яр - 2,26Л3 - 3,54, (11)

и, поскольку стекловидные заполнители обладают при равной средней плотности более высокой прочностью в сравнении с традиционными заполнителями, сделан вывод о возможном повышении прочности легкого бетона на стекловидных пористых заполнителях относительно «равносоставного» керамзитобе-тона до 10%, что соответствует снижению расхода цемента до 10% в равнопрочных бетонах.

Изучено влияние очередности загрузки компонентов в бетоносмеситель на значение предела прочности при сжатии (табл.10).

Таблица 10

Порядок загрузки компонентов смеси в смеситель

Этап Схемы загрузки

1 2 3 4 5

1 К К ц ц К

2 М м 0,5 В м Ц

3 2/3 В 0,4 В Пл 0,5 В 2/3 В

4 ц Ц К К Пл

5 1/3 в н м Д М

6 д Пл 0,5 В 0,5 В 1/3 В

7 (0,4-0,5) В ДВВ ДВВ

8 В

9 ДВВ

Примечание: К - крупный заполнитель; М - мелкий заполнитель; В - вода за-творения; Ц - цемент; Д - добавки (Пл - пластификатор, ДВВ — воздухововле-кающая); Н - наполнитель (например, зола - унос).

Схемы 2-5 обеспечили повышение предела прочности бетона на 10 -18% в лабораторных условиях, но в производственных условиях реально оказалось возможным реализовать только схему № 5, при этом повышение предела

прочности составило 10 - 15%. Эту схему загрузки компонентов и следует считать целесообразной для приготовления легкобетонных смесей на стекловидных заполнителях.

Исследование влияния режима и способа ТВО на формирование предела прочности бетонов при сжатии показало, что рост прочности в зависимости от «степени зрелости» бетона (количество градусо-часов в камере ТВО) при температуре изотермы 100°С линеен для бетона В 3,5 и имеет перегиб для бетонов более высоких классов в точке, соответствующей продолжительности изотермы 5 ч. В данном случае высокое содержание активного кремнезема и глинозема в дробленом песке способствуют проявлению гидравлической активности по отношению к гидроксиду кальция. При этом для бетона класса В 3,5 чем выше температура изотермической выдержки при ТВО, тем выше его прочность и меньше влажность. Для бетонов более высоких классов ситуация несколько меняется в связи с тем, что деструктивные процессы, вызванные длительным воздействием высокой температуры и обезвоживанием, начинают превалировать над конструктивными процессами, обусловленными гидравлической активностью песка. Кроме того, у бетонов более высоких классов процессы формирования структуры протекают более интенсивно в связи с более низким значением В/Ц и более высокой теплопроводностью твердеющего бетона. Повышение температуры изотермы среды при более коротком времени изотермического выдерживания, несмотря на более высокую «степень зрелости», не обеспечивает такого же уровня влажности и прочности, какой достигается при более низкой температуре изотермы, но при более длительном выдерживании. Это обусловлено тем, что «степень зрелости» не отображает реальное количество тепла, полученное непосредственно бетоном, поскольку прогрев бетона в условиях высокотемпературного воздействия среды с низкой влажностью требует достаточно длительного времени, причем желательно, чтобы температура бетона не очень существенно отставала от температуры среды. Целесообразная продолжительность изотермического прогрева определяется временем, необходимым для достижения бетоном в центре изделий температуры порядка 80° С.

Поэтому в промышленных условиях при изготовлении стеновых панелей следует увеличить продолжительность изотермического прогрева до 8 - 10 ч при температуре изотермы до 100° С. В этом случае достигается и необходимая отпускная влажность бетона. Анализируя совместно изменение влажности и прочности бетона, можно сделать вывод о том, что при рациональном режиме ТВО бетонов классов В 5,0 - В 7,5 продолжительность изотермы будет определяться временем достижения требуемой влажности, а не прочности. Общеизвестное положение о том, что применение «жестких» режимов, с сокращенным временем предварительного выдерживания, и, особенно, с сокращенным временем подъема температуры, резко ухудшает свойства бетона в связи с интенсивным развитием деструктивных процессов, обусловленных интенсивным расширением газовой фазы в структуре фактически свежеуложенного бетона, не обладающей достаточной прочностью для восприятия возникающих при этом растягивающих напряжений, полностью подтвердилось и для бетонов на стекловидных заполнителях.

В пятой главе рассмотрены конструкционные свойства легких бетонов на стекловидных пористых заполнителях. Показано, что для описания зависимости предела прочности при сжатии целесообразно использовать известную в физике твердого тела зависимость «прочность - пористость» (например, формула Бальшина), которая для бетонов на стекловидных заполнителях трансформирована в зависимости, представленные в табл. 11.

Таблица 11

Зависимости предела прочности бетонов от средней плотности

Коэффициент Бетон на

пег ВВГ втг

Формула Я - 250( Р )г'п 2670 к = 783(—^—)4"' 2670 Л - 250( Р 2670

Показатель корреляции Л2 0,922 0,683 0,865

р - средняя плотность бетона, кг/м .

Представленные на рис. 4 данные свидетельствуют о том, что среднестатистическая зависимость «прочность - плотность (пористость)» является практически идентичной для бетонов на ВТГ и на ПСГ.

Рис. 4. Среднестатистические зависимости предела прочности при сжатии от средней плотности для различных бетонов: ВТГ - бетон на ВТГ; ПСГ - бетон на ПСГ; ВБ - бетон на ВВГ; АЯБ - автоклавный ячеистый бетон; ПСБ - полистиролбетон; керамзитобетон - по данным В.Г. Довжика

Эти бетоны характеризуются наилучшими показателями «прочность - плотность» и превосходят, в частности, керамзитобетон, особенно в области низких (до 700 кг/м3) и более высоких (свыше 1000 кг/м3) значений средней плотности бетона. Это объясняется более высокой прочностью пористого заполнителя, которая более эффективно проявляется при низкопрочной матрице в области низких значений плотности и в области более высокой прочности матрицы (при высоких значениях плотности), где более низкая прочность заполнителя не позволяет получить высокую прочность бетона. Такая закономерность изменения прочности бетона от прочности заполнителя была выявлена еще А.И. Вагановым. Наиболее целесообразными областями применения заполнителей являются: ВТГ и ПСГ - для производства конструкционно-теплоизоляционных легких бетонов классов В 2,5 - В 10 при средней плотности 600 - 1000 кг/м3, ВВГ - для производства конструкционно-теплоизоляционных легких бетонов плотностью 700 - 1000 кг/м3 классов В 2,5 - В 10. Кроме того, все указанные заполнители эффективны для получения бетонов более высоких классов при повышенной плотности.

-втг -пег

-ВБ

-АЯБ- ГОСТ

- ПСБ - ГОСТ

-Керамзитобе тон

1000

средняя плотность бетона, кг/куб.м

Поризация растворной составляющей снижает предел прочности бетона при сжатии пропорционально объему вовлеченного воздуха (ВВ). Снижение прочности составляет 6 - 10% на один процент ВВ, в связи с чем при использовании поризации, например, для регулирования паропроницаемости, целесообразно ограничивать величину ВВ в пределах 8 - 10%.

Рост прочности легких бетонов во времени описывается известной зависимостью

[то

Л,=Я28ехр(*(- —)), (12)

V т

для которой в работе получены значения коэффициента к: 0,42 для бетонов классов В 2,5 - В 5,0, и 0,3 - 0,32 для бетонов классов В 7,5 - В 12,5.

Предел призменной прочности легких бетонов на стекловидных заполнителях с высокой степенью корреляции (И2 = 0,95) описывается функцией

Ярг=аЯ-Ь, (13)

где й= 0,952; Ь = 0,434,

в связи с этим, при проектировании конструкций из легких бетонов на стекловидных заполнителях, можно использовать нормативную базу для назначения нормативных и расчетных сопротивлений бетона 11ь„, Яь, принятую для керам-зитобетона.

Начальный модуль упругости легких бетонов на стекловидных заполнителях может быть определен по уточненным автором для легких бетонов на стекловидных пористых заполнителях зависимостям:

Несветаева Г.В. Е0 = °'0575*)г + 65 (-£-)', ГПа, (14)

1 + ——— 2,4 3,8 +

или

Довжика В.Г. Е0 = 4000 + 1260/?1'5 МПа, (15)

где р - средняя плотность бетона, т/м3.

В табл. 12 приведены предложения по нормированию начального модуля упругости легких бетонов на стекловидных заполнителях для инженерной практики.

Таблица 12

Значения модуля упругости легких бетонов классов В 3,5 - В 7,5 на стекловидных заполнителях

Марка бетона по средней плотности Начальный модуль упругости, МПа, для бетона класса

В 3,5 В 5,0 В 7,5

D 600 5200

D 800 5900 6400

D 900 6900

D 1000 7900

Установлено, что относительная деформация, соответствующая пределу кратковременной прочности («предельная» сжимаемость) легких бетонов на стекловидных заполнителях описывается известной функцией, общей для легких бетонов

е„=(0,0216^ + 0,0364М^)°'5. (16)

Бетоны на стекловидных заполнителях по показателю «предельной» сжимаемости в принципе соответствуют известным среднестатистическим данным для бетонов на легких пористых заполнителях.

Предел прочности на растяжение легких бетонов на стекловидных заполнителях описывается зависимостями, представленными в табл. 13

Таблица 13

Зависимости предела прочности бетонов при растяжении от предела

прочности при сжатии Я

Коэффициент Бетон на

пег ВВГ ВТГ

Формула R, = (Ш0-"4 R, = 0,1Д"'»77 R, =0,046R'-"

«Показатель корреляции» И2 0,96 0,999 0,996

Бетон на ВВГ в сравнении с бетонами на ПСГ и ВТГ характеризуется несколько пониженной прочностью на растяжение. Для бетонов классов В 3,5 - В 7,5 снижение составляет от 5 до 15 %. Снижение предела прочности на осевое растяжение обусловлено особенностью поверхности стекловидных заполнителей, имеющих более правильную гладкую поверхность в сравнении с керамзитовым гравием. Прямые испытания по определению величины сцепления ВТГ с цементным камнем показали повышение величины сцепления с увеличением

Рис. 5. Зависимость прочности сцепления цементного камня с заполнителем от содержания стеклофазы в ВТГ

Значения величины сцепления цементного камня с ВТГ составили от 0,6 до 1,04 МПа, или 0,13 - 0,23 предела прочности цементного камня на растяжение. По данным С.С. Гордона, С.Х. Ярлушкиной, сцепление цементного камня с различными минеральными подложками составляет от 0,1 до 0,9 предела прочности цементного камня на растяжение. Если принять следующую классификацию; 0,1 - 0,3 - пониженное сцепление, 0,4 -0,6 - среднее сцепление, 0,7 - 0,9 - высокое сцепление, то, исходя из этих данных, предположение о несколько пониженном сцеплении стекловидных заполнителей с цементным камнем можно считать подтвержденным. Однако, по данным Ю.Л. Белоусова и C.B. Алексеева, кристаллизация продуктов коррозии приводит к упрочнению цементной матрицы и замедляет снижение адгезионной прочности и, поскольку прочность контакта обеспечивается не столько адгезией, сколько механическим сцеплением, затухающий коррозионный процесс не представляет опасности. Именно преобладающая роль механического зацеп-

содержания стеклофазы в ВТГ (рис. 5).

1,1 ■ 1,05 ■ 1

0,95 0,9 ■ 0,85 0,8 ■ 0,75 ■ 0,7 -0,65 ■ 0,6

у =0,0068х + 0,5435 R!= 0,8279

30 40 50 60 70 80 содержание стеклофазы в ВТГ, %

ления в обеспечении сцепления между цементным камнем и заполнителем объясняет различие величин сцепления для различных заполнителей в связи с различной степенью шероховатости их поверхности.

Поскольку некоторое понижение значения предела прочности при осевом растяжении может отрицательно повлиять на трещиностойкость, в т.ч. усадочную, железобетонных конструкций, этот вопрос в работе рассмотрен специально. Полученные автором зависимости кинетики прочности, ползучести, усадки, модуля упругости бетонов на стекловидных пористых заполнителях позволили определить для них предложенный Г.В. Несветаевым критерий трещиностой-кости, численно равный уровню растягивающих напряжений в любой момент времени

¿ = ц(рл= _е«Ео - &о - /(*Ог/(£о)г

Л Д, {\ + (р)к, (1 + ГШ№\

(17)

Полученные в работе зависимости, входящие в ф. (17) позволили выполнить анализ, результаты которого представлены на рис. б. Наивысшей трещи-ностойкостью обладает бетон на ВВГ - его коэффициент усадочной трещино-стойкости не хуже значений, характерных для тяжелого бетона класса В 20 на среднеусадочном цементе.

Рис. 6. Коэффициенты усадочной трещиностойкости легких бетонов на стекловидных заполнителях: ВТГ, ВВГ, ПСГ - соответственно бетон на ВТГ, ВВГ, ПСГ; 50, 100 - марки бетона по прочности; ТБ В 20 - тяжелый бетон класса В 20 на среднеусадочном цементе

О 100 200 300 400 время, сут

Критерий трещиностойкости бетона М 100 на ПСГ также практически соответствует этому показателю для тяжелого бетона. Несколько худшие значения коэффициента трещиностойкости у бетона на ВТГ М 100. По данным

-ВТГ 50 -ВТГ100 - ВВГ 50 -ВВГ 100 -ПСГ 50 -ПСГ 100 -ТБ В 20

К.П. Деллоса, легкие бетоны на пористых заполнителях, как правило, обладают худшей трещиностойкостью в сравнении с тяжелыми, в основном за счет более высокой усадки. Анализ ф. (17) показывает, что высокие значения критерия усадочной трещиностойкости могут быть обусловлены высокими значениями усадочных деформаций и низкими значениями предела прочности на растяжение. Легкие бетоны на стекловидных заполнителях в сравнении с керамзитобе-тоном обладают пониженной усадкой, за счет чего по усадочной трещиностойкости легкие бетоны на стекловидных заполнителях выгодно отличаются от легких бетонов на традиционных обжиговых заполнителях, в частности, керамзите, и не уступают по этому показателю тяжелому бетону низких классов.

Начальный модуль упругости при растяжении легких бетонов на стекловидных пористых заполнителях может быть определен по формуле

£„, =11170- Л/'"4, (18)

при этом погрешность составляет от 3 до 25%. Для легких бетонов на стекловидных заполнителях, как и для бетонов на традиционных пористых заполнителях, отмечено характерное превышение значений модуля упругости при растяжении до 25% над значениями модуля упругости при сжатии. Но для инженерной практики целесообразно принимать значения модулей равными, поскольку это незначительно отражается на результатах расчета конструкций, но существенно упрощает расчет напряженно - деформированного состояния конструкций. Это положение, принятое в нормах для легких бетонов на традиционных заполнителях, целесообразно сохранить и для легких бетонов на стекловидных пористых заполнителях, в связи, с чем нормирование модуля упругости бетона при растяжении рекомендуется принимать по табл. 12.

Для определения величины «предельной» растяжимости eR! легких бетонов на стекловидных пористых заполнителях, под которой понимается величина деформации, соответствующая пределу кратковременной прочности бетона при растяжении при стандартных испытаниях, в работе получена формула, со-

гласно которой Сщ примерно в полтора раза превышает аналогичный показатель легких бетонов на традиционных заполнителях при равном значении Я/Ео

*й=0,62(|ч°'86. (19)

£■01

Мера ползучести легких бетонов на стекловидных заполнителях описывается полученными в работе зависимостями, представленными в табл. 14.

Таблица 14

Нормирование параметров ползучести легких бетонов

на стекловидных заполнителях

Бетон Экспериментальное значение меры ползучести Нормативное значение меры ползучести, (10'3) для бетона класса

В 3,5 В 5,0 В 7,5

ПСГ с =i°i.io-5 ^о ^ 1,47 1U 44,0 26,0 14,5

ВВГ с =i*i.io-5 л1,27 25,0 15,5 13,0

ВТГ 0 Rh3' 10 40,0 25,0 15,0

Предельные прогнозируемые значения меры ползучести исследованных бетонов ниже величин, характерных для равнопрочных тяжелых и керамзито-бетонов, при этом мера ползучести бетона на ВТГ и бетона на ПСГ практически одинакова, а бетона на ВВГ в сравнении с ними в 1,5 - 2 раза меньше в зависимости от прочности (рис. 7).

Рис. 7. Зависимость меры ползучести бетонов от предела прочности при сжатии: ПСГ, ВБ, АБ - соответственно бетон на ПСГ, бетон на ВВГ, бетон на ВТГ, экспериментальные данные; ПСГ (ВБ, АБ) - прогноз 35 лет - предельные значения (прогноз); ЛБ - П - по данным А.Б. Пирадова; КБ - С - керамзитобе-тон, по данным И.Н. Серегина; ЛПБ - С - литоиднопемзобетон по данным М.З. Симонова; ПСГ - К - бетон на ПСГ по данным ЕрГУАС

| ПСГ

-т

— ПСГ-протнм 55 лет ВВГ

— ВБГ-прогнм 35 пет1 ВТГ

-ВТГ-п(»гно]35лет

—пе-п

• КБ - С —ЛПБ-С I Weigler ■ ПСГ-К

5 10 15 предел пючюсш при сжатии, МПа

Кинетика деформаций ползучести легких бетонов на стекловидных заполнителях удовлетворительно описывается функцией вида

eCR = o(6 + clnr), (20)

где Scr — деформации ползучести, мм/м; т - продолжительность нагружения, сут; значения коэффициентов в ф. (23) составляют а= 0,68; b = 0,76; с = 0,066 для бетона М 35 и а= 0,3; b = 0,76; с = 0,066 для бетона М150.

Развитие усадочных деформаций удовлетворительно описывается функцией вида

eSH =а\пт + Ь. (21)

В табл. 15 представлены сравнительные данные по усадке легких бетонов на стекловидных заполнителях.

Таблица 15

Усадка легких бетонов на стекловидных заполнителях, мм/м

Бетон Деформации усадки бетонов марки

М 35 М 50 М 75 М 100 М 150

На ВТГ - 0,68 0,59 0,47 -

На ВВГ 0,56 - 0,33 0,29 -

На ПСГ 1,12 0,89 0,4 0,305 0,21

0,3*

* По данным ЕрГУАС

Из полученных в работе данных следует (рис. 8), что бетон на ВВГ и бетон на ПСГ при прочности более 10 МПа (М 100) в принципе по деформациям усадки сопоставимы с тяжелым бетоном. При более низких марках деформации усадки легких бетонов возрастают более интенсивно, чем тяжелых. Бетон на ВТГ характеризуется более высокими деформациями усадки в сравнении с бетоном на ВВГ и бетоном на ПСГ. Усадка бетонов классов В 3,5 и выше на стекловидных заполнителях существенно меньше усадки керамзитобетона, в связи с чем, как отмечено выше, легкие бетоны на стекловидных пористых заполнителях обладают более высокой, в сравнении с керамзитобетоном, трещиностой-костью.

Рис. 8. Зависимость деформаций усадки от марки бетона:

ПСГ, ВВГ, ВТГ - соответственно бетон на ПСГ, ВВГ, ВТГ; Т - по формуле для тяжелых бетонов ssh =1,3-а-Л"<>,4!, где а зависит от вида цемента, R - предел прочности при сжатии, МПа; К - керамзитобетон по данным В.Г. Довжика

Бетон на стекловидном заполнителе обладает достаточной защитной способностью по отношению к стальной арматуре при выполнении следующих условий: отказ от применения наполнителей или песков, обладающих повышенной гидравлической активностью, обеспечение уровня клинкерного фонда не ниже допустимого (Ц™ = 260 кг/м3) и умеренной поризации растворной составляющей, не превышающей 10%.

Величина сцепления арматуры с легкими бетонами низких классов на стекловидных заполнителях в принципе соответствует нормативным значениям по СП 52 - 101 для бетонов классов В 10 - В 60, экстраполированным в область низких классов (рис. 9). В связи с этим можно констатировать, что сцепление легких бетонов на стекловидных заполнителях с арматурой является достаточным для осуществления расчета параметров анкеровки по СП 52 - 101. В табл.16 представлены данные по расчетным значениям длины анкеровки для горячекатаной арматурной стали класса А 400 (А III) в соответствии с СП 52 -101.

50 100 150

марка бетона

ВБ и ППЗ у = 5.4047Х - 0,3445 1*2 = 0,9951 ВБ, ППЗ и КБ у = 5,6309х-0,9379, = 0,9869

♦ ВБ

■ КБ

А ППЗ-Б

К-БВ

■ ППЗ-М

А ППЗ-М1

• А-Т.П

СП 52-101 ЯМ

га

ВБ - бетон на ВВГ; КБ - керамзитобетон по данным Ю.В. Чиненкова; ППЗ - легкий бетон на природных пористых заполнителях для бетонов с величиной Я = 23 - 45 МПа по данным Б.Х. Бештокова; К - ВВ - по данным К. Вальца, Г. Вишерса для ке-рамзитобетона с пределом прочности при сжатии 25 -55 МПа;

ППЗ-М; ППЗ-М1 - легкий бетон на природных пористых заполнителях по данным Р.Л. Маиляна;

А - Т,П - туфобетон и пеплобетон по данным М.А. Ахматова;

СП 52-101 Кь,-по СП для бетонов классов В 10-В 60 Я4ож/ =2,5-1-Л4,;

К( — 1,5 Льопа

Рис. 9. Зависимость напряжения сцепления от предела прочности бетона при растяжении:

1 2 3

предел прочности бетона при растяжении, МПа

Таблица 16

Значения длины анкеровки /0 „„ для легких бетонов на стекловидных заполнителях

Класс бетона Ль„ МПа Кьопо, МПа

В 3,5 0,25 0,625 142

В 5,0 0,4 1,0 89

В 7,5 0,6 1,5 59

В 10 0,85 2,125 42

В шестой главе представлены результаты исследований структуры, тепло и гигрофизических свойств легких бетонов на пористых заполнителях. Основной составляющей микроструктуры матрицы являются гидросиликаты смешанной структуры, имеющие как кристаллическое, так и аморфное строение. Цементный камень содержит гидроксид кальция (портландит) Са(ОН)2 (с! = 4,93; 3,11; 263; 1,93; 1,79; 1,69; 1,55; 1,485 А), С - Б - Н (с1 = 12,5; 5,3; 3,07; 2,8; 1,83; 1,67 А), карбонат кальция СаС03 (с! = 3:84; 3,03; 2,43; 2,29; 2,088 А). Содержатся фазы остаточных клинкерных минералов С38 и В-С^. Из кристаллических продуктов, помимо портландита, идентифицируются гидросульфоалю-минаты (эттрингит), известь и некоторые другие. Портландит и эттрингит выделяются в поровом пространстве между клинкерными зонами на поверхности воздушных пор и среди гидросиликатного поля. Сцепление заполнителя с матрицей в малопоризованном бетоне не имеет видных дефектов, в то время как в поризованном бетоне с объемом вовлеченного воздуха более 10% зона контакта рыхлая. Вдоль линии сцепления наблюдаются трещины и отслоения. Это обстоятельство связано с положением микропузырьков воздуха между матрицей и зерном с последующей коалесценцией, что приводит к нарушению сцепления и резкому падению прочности.

Установлена зависимость коэффициента теплопроводности легких бетонов на стекловидных заполнителях в сухом состоянии, обоснованы и предложены нормативные значения (табл. 17).

Таблица 17

Рекомендуемые значения коэффициента теплопроводности бетона в сухом состоянии, Вт/м °С

Вид бетона, зависимость Значения Ао, при средней плотности, кг/м3

600 700 800 900 1000

ПСГ:А0 = 0,0003/3-0,018; =0,994 0,16 0,19 0,22 0,25 0,28

ВВГ:А0 = 0,0003р-0,0423; Л2 =0,793 0,14 0,17 0,2 0,23 0,25

ВТГ: Л0 = 0,0002р + 0,0207; Я2 =0,9 0,14 0,16 0,18 0,2 0,22

На основании результатов исследований влияния влажности бетона на величину коэффициента теплопроводности (рис. 10) и сорбционной влажности (табл. 18) бетонов на стекловидных заполнителях определены расчетные значения коэффициентов теплопроводности (табл. 19).

Рис. 10. Зависимость относительного коэффициента теплопроводности легких бетонов на стекловидных заполнителях от влажности бетона: ВТГ - бетон на ВТГ; ПСГ-бетон на ПСГ; ВВГ - бетон на ВВГ; КБ - керамзитобетон по СП 23-101

влажность бетона, %

Таблица 18

Нормативные значения сорбционной влажности бетонов на стекловидных заполнителях

Бетон Сорбционная влажность, %, для условий

А Б

На ВТГ 3,5 8,0

На ВВГ 5,0 10,0

На ПСГ 3,0 8,0

Теплозащитная эффективность бетонов на стекловидных заполнителях в зависимости от условий эксплуатации и средней плотности бетона превышает уровень керамзитобетона для бетона на ПСГ - до 19%, для бетона на ВВГ - до 23%, для бетона на ВТГ - до 27%.

1,8

бетон на ВТГ у = О.ОЗббх + 0,9778

R2 = 0,778 бетон на ПСГ у = 0,0341х +1

R2 = 0,7097 бетон на ВВГ у = 0,016х + 1,0305

r2 = 0,3871 ш /

/

0,8 -

керамзитобетон у = 0,0572х + 0,9513 R2 = 0,9205

5 10 1

♦ ВТГ I ПСГ Л ВВГ ■ КБ

Таблица 19

Расчетные значения коэффициентов теплопроводности для условий А и Б

Вид бетона, Значения Ялу, Вт/м °С при средней плотности, кг/м3

зависимость 600 700 800 900

Бетон на ПСГ 0.18(90)* 0,21 0,25(104)* 0,28 '

0,21 (81)* 0,25 0,29 (94)* 0,33

Бетон на ВВГ 0.17 (85)* 0,20 0,24(100)* 0,28

0,20 (77)* 0,24 0,28 (90)* 0,32

Бетон на ВТГ 0.16(80)* 0,18 , 0,21 (88)* 0,23

0,19 (73)* 0,21 0,24 (77)* 0,26

Примечания: - в числителе - для условий А, в знаменателе - для условий Б;

* - в скобках доля (%) от коэффициента теплопроводности керамзитобетона по СП 23-101.

Зависимость коэффициента паропроницаемости от средней плотности бетона описывается впервые полученной в работе функцией (рис. 11) вида

ц = ЪР\ (22)

где Ь = 568 для традиционных легких бетонов и Ь = 1921 для легких бетонов на стекловидных заполнителях, а показатель X составляет соответственно - 1,21 и

- 1,43.

Рис. 11. Зависимость коэффициента паропроницаемости от вида и средней плотности бетона:

Туфо - туфобетон; Пемзо - пемзобетон; Вулк. шл - бетон на вулканическом шлаке; КБ - ке-рамзитобетон; Перл — перлитобе-тон; Терм - термозитобетон; ТБ - тяжелый бетон по СП 23 -101; ВТГ - бетон на ВТГ; ВВГ -бетон на ВВГ; ПСГ - бетон на ПСГ;

Норм - предложения по нормированию коэффициента паропроницаемости бетонов на стекловидных заполнителях

0,35

0.3

. 0.25

0,2

. 0,15

0,1

■е-•е-

0,05

■i у = 568.07Х"1-207 R! = 0,7956

1т 1 у = 1921,6х''"и R= = 0,8777

«Л к

w V Ч ♦ ♦ 1Ш ш\

♦ Туфз

■ Пемзо

А Вулк шл

■ КБ

А Перл

• Терм

■ ТБ

■ ПСГ

■ ВТГ

■ ВВГ

-Норм

500 1000 1500 2000 2500 3000 средняя плотность бетона, кг/куб/м

При средней плотности бетона 600 различие величин коэффициентов па-ропроницаемости для двух групп бетонов, на стекловидных заполнителях и традиционных, составляет примерно 20%, а при плотности 1200 - до 30 %. Предлагаются следующие нормативные значения коэффициента паропрони-цаемости легких бетонов на стекловидных заполнителях: 0,175 при средней плотности 600 кг/м3; 0,115 при средней плотности 800 кг/м3 и 0,085 при средней плотности 1000 кг/м3.

Исследование водопоглощения легких бетонов на стекловидных заполнителях (табл. 20) показало, что степень заполнения пор не превышает 0,25 у бетонов на ПСГ и ВТГ, а у бетона на ВВГ эта величина менее 0,19, т.е. в бетонах на стекловидных заполнителях заполнитель в значительной степени «изолирован» от водонасыщения. Это предопределяет повышенную морозостойкость бетонов, что подтверждено прямыми испытаниями: бетоны классов В5,0 - В7,5 на стекловидных заполнителях имеют марку по морозостойкости F75 - F150.

Таблица 20

Водопоглощение бетонов на стекловидных заполнителях

Бетон Средняя плотность, кг/м3 Водопоглощение, %

по массе по объему

На ПСГ 700 26 18,2

800 21 16,8

900 17 15,3

На ВВГ 750 18,5 13,9

800 15,0 12,0

900 13,0 11,7

На ВТГ 750 20,5 15,4

850 18,5 15,7

950 17,0 16,2

В седьмой главе приведены сведения о производственном внедрении результатов исследований. На основе разработанных бетонов могут производиться одно- и трехслойные стеновые панели с поверхностной плотностью 208 -380 кг/м2 и величиной термического сопротивления (условия Б) 1,54 - 4,79 м2 °С /Вт (до 9685 градусо-суток отопительного периода). Показано, что технико-

экономическая эффективность производства и применения стекловидных пористых заполнителей и конструкционно-теплоизоляционных бетонов на их основе обусловлена:

- расширением сырьевой базы для производства пористых заполнителей и снижением, в связи с этим, транспортных затрат;

- снижением расхода цемента до 10% в связи с более высокими прочностными характеристиками стекловидных заполнителей;

- снижением затрат на отопление в процессе эксплуатации в связи с более высоким термическим сопротивлением ограждающих конструкций при их неизменных геометрических параметрах.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Развиты научные представления о формировании структуры и взаимосвязи свойств легких бетонов на стекловидных пористых заполнителях, выявлены основные закономерности, позволяющие управлять коэффициентами теп-лофизической и гигрофизической эффективности легких бетонов посредством регулирования рецептурно-технологических факторов, разработаны основные положений классификации материалов для рациональных одно и многослойных ограждающих конструкций по степени эффективности в различных климатических условиях и основные положения выбора эффективных материалов.

2. Предложена формула, определяющая коэффициент теплопроводности бетона в сухом состоянии в зависимости от коэффициентов теплопроводности и объемной концентрации матрицы и заполнителя, позволившая оценить вклад каждого элемента двухуровневой системы «матрица - заполнитель» в формировании коэффициента теплопроводности бетона. Установлены требования к величине коэффициента теплофизической эффективности бетонов для рациональной многослойной ограждающей конструкции в зависимости от величины требуемого термического сопротивления. Впервые предложен и обоснован коэффициент гигрофизической эффективности материалов, позволяющий осуществлять выбор с учетом защиты от влагонакопления эффективных материалов

для рациональной многослойной ограждающей конструкции до принятия принципиального конструктивного решения.

3. Структура ячеек пористых заполнителей с аморфизированной структурой - стеклогранулятов с содержанием стеклофазы более 90% преимущественно округлой формы, разделенных тонкими перегородками, состоящими из более мелких равномерно распределенных замкнутых пор, что обеспечивает и повышенную прочность, и пониженную теплопроводность заполнителей. Расход энергии на обжиг в зависимости от вида сырья и принятой технологии составляет 67 - 118% относительно керамзитового гравия. Коэффициент теплопроводности заполнителей составляет 74 - 86 % относительно керамзитового гравия равной насыпной плотности, повышение предела прочности в цилиндре составляет до 0,8 МПа.

4. Основные закономерности изменения водопотребности бетонных смесей на стекловидных заполнителях в принципе не отличаются от известных для керамзитобетонных смесей, а водопотребность бетонных смесей на стекловидных заполнителях в сравнении с керамзитобетонными ниже на 10 - 15 л/м3. Средняя плотность бетона в сухом состоянии хорошо описывается зависимостью рБ =0,97р3 + 7/(1,15 — 0,4р3), а предел прочности при сжатии с учетом прочности заполнителя зависимостью Кс = (1,32Л3 + 3,65) 1п - 2,26 К у - 3.54. В зависимости от средней плотности р предел прочности при сжатии определяется формулой Я = /(?) = а(~£—)х, для бетонов на ПСГ и ВТГ а = 250, х = 2,93; для бето-

2670

нов на ВВГ а = 783, х = 4,1. Снижение прочности при поризации составляет 6 -10% на один процент вовлеченного воздуха. Рост прочности легких бетонов во

времени хорошо описывается зависимостью Ят = Кп ехр(к(- , где к = 0,42

для бетонов классов В 2,5 - В 5,0 и 0,3 - 0,32 для бетонов классов В 7,5 - В

5. Доказана в производственных условиях эффективность следующей очередности загрузки компонентов: крупный заполнитель - цемент - 2/3 воды

12,5.

затворения - пластификатор - мелкий заполнитель - 1/3 воды затворения - воз-духововлекающая добавка, позволяющей получить прирост прочности до 15%. При ТВО бетонов классов В 5,0 - В 7,5 продолжительность изотермы определяется временем, необходимым для достижения бетоном в центре изделий температуры 65 - 80° С, и лимитируется временем достижения требуемой влажности, а не прочности.

6. Предел призменной прочности легких бетонов на стекловидных заполнителях описывается функцией ¡1рг = 0,952Я - 0,434. Начальный модуль упругости легких бетонов на стекловидных заполнителях описывается функцией Е0 =4000 + 1260/эи^Л^Г. «Предельная» сжимаемость легких бетонов на стекловидных заполнителях описывается функцией е„ =(0,0216— + 0,0364)-(—^)0'5.

2,4 £0

Превышение значений модуля упругости при растяжении составляет до 25% над значениями модуля упругости при сжатии. «Предельная» растяжимость легких бетонов на стекловидных пористых заполнителях примерно в полтора раза превышает аналогичный показатель легких бетонов на традиционных обжиговых заполнителях при равном соотношении Я/Ео.

7. Предел прочности при растяжении легких бетонов на стекловидных заполнителях описывается зависимостью Я, =аЯх, для бетонов на ПСГ и ВТГ а = 0,1, х = 0,875; для бетонов на ВВГ о = 0,046, х = 1,138. По усадочной трещи-ностойкости легкие бетоны на стекловидных заполнителях принципиально не отличаются от легких бетонов на традиционных обжиговых заполнителях, в частности, керамзите, за счет релаксации напряжений, обусловленных ползучестью, и более низкой усадки.

8. Мера ползучести легких бетонов на стекловидных заполнителях описывается зависимостью С0 для бетонов на ПСГ А = 404, х = 1,47;

Я

для бетонов на ВТГ А = 284, х = 1,31; для бетонов на ВВГ А = 164, х = 1,27. Кинетика деформаций ползучести описывается функцией вида еС1! = я(6 + с1пг),

где а= 0,68; b = 0,76; с = 0,066 для бетона М 35 и а= 0,3; b = 0,76; с = 0,066 для бетона М150.

9. Развитие усадочных деформаций удовлетворительно описывается функцией видаеда =а\пт + Ь. Бетоны на ВВГ и ПСГ при прочности более ЮМПа по деформациям усадки сопоставимы с равнопрочным тяжелым бетоном.

10. Бетоны на стекловидных заполнителях обладают достаточной защитной способностью по отношению к стальной арматуре при расходе цемента не менее 260 кг/м3. Величина сцепления с арматурой легких конструкционно-теплоизоляционных бетонов на стекловидных заполнителях в принципе соответствует нормативным значениям по СП 52 - 101 для бетонов классов BIO -В60, экстраполированных в область низких классов, в связи с чем сцепление легких бетонов на стекловидных заполнителях с арматурой является достаточным для осуществления расчета параметров анкеровки по СП.

11. Основной составляющей микроструктуры матрицы легких бетонов на стекловидных заполнителях являются гидросиликаты смешанной структуры, имеющие как кристаллическое, так и аморфное строение. Цементный камень содержит гидроксид кальция (портландит) Са(ОН)2, С - S - Н, карбонат кальция СаС03, фазы остаточных клинкерных минералов C3S и ß-C2S. Из кристаллических продуктов, помимо портландита, идентифицируются гидросульфоа-люминаты (эттрингит), известь и некоторые другие. Портландит и эттрингит выделяются в поровом пространстве между клинкерными зонами на поверхности воздушных пор и среди гидросиликатного поля. Сцепление заполнителя с матрицей в малопоризованном бетоне не имеет видимых дефектов, в то время как в поризованном бетоне с объемом вовлеченного воздуха более 10% зона контакта рыхлая.

12. Зависимость коэффициента теплопроводности легких бетонов на стекловидных заполнителях в сухом состоянии описывается функцией Хц=ар + Ь, где для бетонов на ПСГ а = 0,0003,0 = -0,018; для бетонов на ВВ

а = 0,0003,6 = -0,0423; для бетонов на ВТГ а = 0,0002,6 = -0,0207. Предложено нормирование значений коэффициента теплопроводности в сухом состоянии, а также для условий эксплуатации А и Б. В сравнении с керамзитобетоном теплозащитная эффективность бетонов на стекловидных заполнителях в зависимости от условий эксплуатации и средней плотности бетона выше для бетона на ПСГ

- до 19%, для бетона на ВВГ - до 23%, для бетона на ВТГ - до 27%.

13. Зависимость коэффициента паропроницаемости от средней плотности легких бетонов на стекловидных заполнителях описывается функцией ^ = 1921р"'-43. Предложено нормирование значений коэффициента паропроницаемости легких бетонов на стекловидных заполнителях 0,175 при средней плотности 600 кг/м3; 0,115 при средней плотности 800 кг/м3 и 0,085 при средней плотности 1000 кг/м3.

14. Степень заполнения пор при водопоглощении не превышает 0,25 у бетонов на ПСГ и ВТГ, а у бетона на ВВГ эта величина менее 0,19, в связи с этим морозостойкость легких бетонов на стекловидных заполнителях составила Р 75

- Б 150 для бетонов классов В 5,0 - В 7,5.

15. Технико-экономическая эффективность производства и применения стекловидных пористых заполнителей для конструкционно-теплоизоляционных бетонов классов В 3,5 - В 7,5 при плотности 600 - 800 кг/м3 для производства одно- и трехслойных стеновых панелей с поверхностной плотностью 208 - 380 кг/м2 и величиной термического сопротивления (условия Б) 1,54 - 4,79 м2 °С/Вт обусловлена расширением сырьевой базы и снижением транспортных затрат, снижением расхода цемента до 10%, уменьшением затрат на отопление в процессе эксплуатации.

Основные положения диссертации опубликованы в:

- монографии:

1 .Давидюк, А.Н. Легкие конструкционно-теплоизоляционные бетоны на стекловидных пористых заполнителях. -М.: Красная звезда, 2008. - 208 с.

- статьях в ведущих рецензируемых научных журналах:

1. Давидюк, А.Н. Легкие бетоны на пеностеклогрануляте / И.Е. Путляев, А.Н. Давидюк, М.Р. Арутюнян и др. // Бетон и железобетон. - 1990. - № 11. - С. 15.

2. Давидюк, А.Н. Легкий бетон для днищ газохранилищ в г. Абовяне / И.Е. Путляев, А.Н. Давидюк, М.Р. Арутюнян и др. // Промышленное строительство. -1990. - №2.— С. 15.

3. Давидюк, А.Н. Легкие бетоны на стеклогранулятах / А.Н. Давидюк // Строительные материалы. - 2007. - № 7. - С. 6 — 8.

4. Давидюк, А.Н. Применение коэффициентов теплотехнического качества материалов для проектирования многослойной ограждающей конструкции / Г.В. Несветаев, А.Н. Давидюк // Строительные материалы. - 2008. - № 7. - С. 32 -34.

5. Давидюк, А.Н. К вопросу проектирования многослойной ограждающей конструкции по критерию защиты от влаги / А.Н. Давидюк, Г.В. Несветаев // Строительные материалы. - 2008. - № 8. - С. 48 - 50.

6. Давидюк, А.Н. Теплофизическая эффективность легких бетонов на стекловидных заполнителях для многослойных ограждающих конструкций / А.Н. Давидюк // Жилищное строительство. - 2008. - № 9. - С. 22 - 24.

7. Давидюк, А.Н. Гигрофизическая эффективность материалов для многослойных ограждающих конструкций / Г.В. Несветаев, А.Н. Давидюк // Жилищное строительство. - 2008. - №10. - С. 14 - 16.

8. Давидюк, А.Н. Прочностные свойства легких бетонов на стекловидных заполнителях для многослойных ограждающих конструкций / А.Н. Давидюк, A.A. Давидюк // Бетон и железобетон. - 2008. - № 6. - С. 9 - 13.

9. Давидюк, А.Н. Деформативные свойства легких бетонов на стекловидных заполнителях / А.Н. Давидюк, A.A. Давидюк // Бетон и железобетон. - 2009. - № 1.-С. 10-12.

- статьях в научных журналах:

1. Давидюк, А.Н. Реальная физика: уроки строительного мониторинга / Ф.А. Егоров, В.И. Поспелов, А.Н. Давидюк и др. // Технологии строительства. -2007.-№4. -С. 65-68.

2.Давидюк, А.Н. Диалоги о мониторинге - 2 / Ф.А. Егоров, В.И. Поспелов, А.Н. Давидюк и др. // Технологии строительства. - 2008. - №3. - С. 86 - 89.

3. Давидюк, А.Н. Конструкционно-теплоизоляционные бетоны на стекловидных пористых заполнителях для эффективных ограждающих конструкций / А.Н. Давидюк // Научный вестник ВГАСУ. Строительство и архитектура. - 2008. -№4.-С. 100-108

4. Давидюк, А.Н. О теплотехнической эффективности конструкционно - теплоизоляционных легких бетонов на стекловидных пористых заполнителях / А.Н. Давидюк, Г.В. Несветаев // Кровельные и изоляционные материалы. - 2008. -№5. -С. 46-48.

5. Давидюк, А.Н. О расчете теплотехнических характеристик бетонов / Г.В. Несветаев, А.Н. Давидюк // Технологии бетонов. - 2008. - № 12. - С. 8 - 10.

- авторских свидетельствах и патентах:

1. A.C. № 1645265 Способ изготовления изделий из легкобетонной смеси / А.Н. Давидюк, И.Е. Путляев, A.M. Адамия и др. - 1991. - Б.И. № 16

- прочих изданиях:

1. Давидюк, А.Н. Бетоны пониженной теплопроводности на особо легких пористых заполнителях и различных вяжущих / В.И. Савин, А.Н. Давидюк, Т.И. Милых и др. // Повышение теплоизоляционных свойств и эффективности производства легкобетонных конструкций и изделий. -М.: МДНТП, 1986. - С. 76 -81.

2. Давидюк, А.Н. Теплотехнические характеристики новых видов легких бетонов на стеклообразных заполнителях / И.Н. Сурикова, В.Г. Гагарин, А.Н. Давидюк и др. / Применение и перспективы развития легких бетонов в строительст-

ве: Тез. докл. республиканской науч.-техн. конф. - Ашхабад, 1987. - С. 151 -152.

3. Давидюк, А.Н. Легкие бетоны на искусственном пористом щебне из диопси-довых пород / И.Е. Путляев, А.И., А.Н. Давидюк, А.И. Карамнов / Применение перспективы развития легких бетонов в строительстве. - Ашхабад, 1987. - С. 19 -21.

4. Давидюк, А.Н. Исследовать структуру и физико-механические свойства пористых заполнителей новых эффективных видов, разработать технические условия на опытные партии заполнителей и предложения по их применению в легких бетонах. / И.Е. Путляев, В.И. Савин, А.Н. Давидюк и др. - М.: НИИЖБ, 1988-98 с.

5. Давидюк, А.Н. Азеритобетон пониженной плотности / А.Н. Давидюк, М.Г. Чентемиров, С.П. Мироненко / Совершенствование легких бетонов и конструкций из них - М.: НИИЖБ, 1988. - С. 4 - 12.

6. Давидюк, А.Н. Легкие бетоны на ПСГ с улучшенными теплофизическими свойствами / А.Н. Давидюк, М.Р. Арутюнян, С.П. Мироненко / Влияние региональных природно-климатических факторов на организационные и технико-экономические особенности строительства в Киргизии: Тез. докл. Респ. науч. -практ. конф. - Фрунзе. - 1989. - С. 34.

7. Давидюк, А.Н. Теплофизические свойства однослойных стеновых панелей из легких бетонов на стеклообразных заполнителях / В.Г. Гагарин, А.Н. Давидюк, М.Р. Арутюнян и др. / Влияние региональных природно-климатических факторов на организационные и технико-экономические особенности строительства в Киргизской ССР: Тез. докл. Респ. науч. - практ. конф. - Фрунзе. - 1989 - С. 163.

8. Давидюк, А.Н. Провести исследования технологии бетонных смесей на пористых заполнителях новых видов, изучить основные прочностные, деформа-тивные и тепло-физические характеристики конструкционно- теплоизоляционных бетонов на этих заполнителях. / И.Е. Путляев, В.И. Савин, А.Н. Давидюк и др. - М.: НИИЖБ, 1989. - 336 с.

9. Давидюк, А.Н. Свойства легких бетонов на основе пеностеклогранулята / И.Е. Путляев, А.Н. Давидюк, М.Р. Арутюнян / Прогрессивные ресурсосберегающие технологии производства строительных конструкций и изделий на предприятиях стройиндустрии Агропрома. - М.: НИИЖБ, 1989. - С..19 - 22.

10. Давидюк, А.Н. Легкие низкомарочные бетоны на витрозитовом гравии / И.Е. Путляев, А.Н. Давидюк, И.В. Забродин и др. / Новые эффективные легкие бетоны и конструкции из них. - М.: НИИЖБ, 1991. - С. 65 - 70.

11. Давидюк, А.Н. Легкие бетоны на стекловидных заполнителях / А.Н. Давидюк, И.В. Забродин / Мат - лы ХХ1У межд. конф. по бетону и железобетону «Кавказ-92».

12.Давидюк, А.Н. Структурная модификация легких бетонов на стеклогрануля-тах 1 А.Н. Давидюк / 45 лет в стройкомплексе Москвы и России. - М.: ОАО «КТБЖБ»., 2007.-С. 30-35.

13. Давидюк, А.Н. Легкие бетоны на стекловидных пористых заполнителях / А.Н. Давидюк, Г.В. Несветаев / Наука и инновации в строительстве: Современные проблемы строительного материаловедения и технологии. - Воронеж, 2008.-Т.1.-С. 133 - 138.

Подписано в печать 02.02.09. Формат 60 84/16.

Бумага белая. Ризограф. Уч.-изд. л. 2,0. Тираж 100 экз. Заказ 11.

Редакционно-издательский центр Ростовского государственного

строительного университета.

344022, Ростов н/Д, ул. Социалистическая, 162