автореферат диссертации по строительству, 05.23.05, диссертация на тему:Стеновые гипсосодержащие материалы на природном и техногенном сырье стран Ближнего Востока

На правах рукописи

Эльян Исса Жамал Исса

СТЕНОВЫЕ ГИПСОСОДЕРЖАЩИЕ МАТЕРИАЛЫ НА ПРИРОДНОМ И ТЕХНОГЕННОМ СЫРЬЕ СТРАН БЛИЖНЕГО ВОСТОКА

Специальность 05.23.05 - Строительные материалы и изделия

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

00554865/

I * МАЙ 2014

Белгород 2014

005548652

Работа выполнена в государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования Белгородского государственного технологического университета имени В.Г. Шухова

Научный руководитель

Официальные оппоненты:

Ведущая организация

Чернышева Наталья Васильевна

кандидат технических наук, профессор Бурьянов Александр Федорович доктор технических наук, доцент Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего

профессионального образования «Московский государственный строительный университет», профессор кафедры «Технология вяжущих веществ и бетонов»

Петропавловская Виктория Борисовна

кандидат технических наук, доцент Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего

профессионального образования «Тверской государственный технический университет», доцент кафедры «Производства строительных материалов и конструкций»

-Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего

профессионального образования «Грозненский государственный нефтяной технический университет имени академика М.Д. Миллионщикова» г. Грозный

Защита состоится « 2 » июля 2014 года в 11-00 00 часов на заседании диссертационного совета Д.212.014.01 при Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова по адресу: 308012, г. Белгород, ул. Костюкова, 46, ауд. 242 г.к.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова.

Автореферат разослан «30» апреля 2014 года.

Ученый секретарь диссертационного совета доктор технических наук, профессор

Г.А. Смоляго

Актуальность

Важной задачей строительства в странах Ближнего Востока является обеспечение материалами и изделиями с преимущественным использованием для их изготовления местного природного и техногенного сырья, сохраняя при этом традиционную своеобразную архитектуру. В последние десятилетия в результате массовых разрушений зданий на Ближнем Востоке (в Палестине, Сирии, Ливане, Ираке, Египте и др.) образуются большие объемы бетонного лома. Его рациональная утилизация позволит обеспечить ценным сырьем строительно-восстановительные работы и во многом решить экологические проблемы, связанные с захоронением больших объемов строительных отходов.

Для проведения ремонтно-восстановительных работ и нового строительства зданий и сооружений целесообразно применение современных эффективных быстротвердеющих гипсосодержащих композитов, т.к. в этих странах гипс является традиционным строительным материалом и применяется с давних времен. Их использование инвестиционно привлекательно и позволит с учетом местных социальных и природно-климатических условий расширить номенклатуру строительных материалов для создания комфортного быстровозводимого жилья с учетом устойчивости системы «человек — материал — среда обитания».

Диссертационная работа выполнена. в рамках программы развития и стабилизации строциндустрии стран Ближнего Востока; тематического плана госбюджетных НИР Федерального агентства по образованию РФ, проводимого по заданию Министерства образования и финансируемого из средств Федерального бюджета на 2010-2014 гг., программы стратегического развития БГТУ им. В.Г. Шухова на 2012-2016 г.г.,

Цель работы

Повышение эффективности производства стеновых материалов на основе водостойких гипсосодержащих композиционных вяжущих из природного и техногенного сырья стран Ближнего Востока.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи'.

-изучение физико-механических свойств и особенностей сырьевых ресурсов стран Ближнего Востока, как компонентов композиционных гипсовых вяжущих для стеновых материалов;

-оптимизация вещественного состава композиционных гипсовых вяжущих (КГВ), получаемых из местного природного и техногенного сырья;

-проектирование и изучение свойств стеновых материалов, получаемых на основе композиционных гипсовых вяжущих для различных видов ремонта и реконструкции зданий и сооружений;

-подготовка нормативных документов и реализация теоретических и экспериментальных исследований.

Научная новизна работы

Предложены принципы повышения эффективности стеновых материалов, заключающиеся в разработке и использовании водостойкого композиционного

гипсоцементного вяжущего, содержащего тонкомолотые минеральные добавки природного и техногенного происхождения и суперпластификатор. Установлено синергетическое влияние минеральных добавок и гетерогенного состава композиционного гипсового вяжущего с направленным воздействием на формирование более плотной и мелкозернистой структуры композита за счет увеличения содержания низкоосновных гидросиликатов кальция, уменьшения количества Са(ОН)2, а также устранения условий роста высокоосновных гидроалюминатов кальция и этгрингита, что ведет к повышению прочности в 1,5 раза, водостойкости и долговечности затвердевщей матрицы.

Выявлен характер влияния разработанной комплексной химической добавки, состоящей из органического водопонижающего реагента Цшр1а51 Р211 и суперпластификатора ТЛпр^ БР95, заключающийся в направленном образовании мелкокристаллической структуры гипсоцементного камня, способствующей улуч-шению его физико-механических показателей: снижению водопотребности (в 2 раза), увеличению прочности затвердевшего КГБ через 2 часа (в 3 раза), через 7 и 28 суток (в 2,4 раза), повышению водостойкости в 1,5 раза, а также замедлению начала схватывания (в 8 раз),

Установлен характер влияния состава, структуры и условий эксплуатации композитов на их свойства, заключающиеся в оптимизации размеров и морфологии частиц вяжущего, создании высокоплотной упаковки заполнителя, что приводит к оптимизации микроструктуры гипсоцементного камня и контактной зоны с заполнителем и, как следствие, повышает предел прочности при сжатии на 24% .

Достоверность результатов работы и выводов обеспечена систематическими исследованиями с применением стандартных средств и методов измерения, использованием комплекса современных физико-химических методов анализа, методов лазерной гранулометрии при определении фракционного состава композиционного гипсового вяжущего, рентгенофазового и дифференциально-термического анализов, электронной микроскопии, достаточным объемом исходных данных и результатов исследований.

Практическое значение работы

Предложена рациональная область использования тонкомолотого бетонного лома, цеолитного туфа и кварцевого песка в качестве активных минеральных добавок при производстве водостойких КГВ.

Установлена возможность получения композиционных гипсовых вяжущих и стеновых материалов на их основе с применением природного и техногенного сырья стран Ближнего Востока.

Подтверждена эффективность применения в качестве заполнителя для тяжелого бетона на основе водостойкого КГВ известнякового щебня, щебня из бетонного лома и местных песков стран Ближнего Востока.

Внедрение результатов исследований

Для внедрения результатов диссертационной работы разработаны нормативно-технические документы: технологический регламент на производство водостойкого композиционного гипсового вяжущего для производства стеновых изделий; рекомендации по изготовлению стеновых изделий на водостойком композиционном гипсовом вяжущем. Внедрение проведенных исследований в промышленных условиях осуществляли на экспериментальном участке компании «ЭЛЬТИХАД» и завода «ЖБИ в Вифлееме для производства бетона» (в Палестине). Выпущены опытно-промышленные партии стеновых камней из тяжелого бетона на КГВ. Результаты работы использовались при строительстве поликлиники, школы и 4-х домов коттеджного типа в г. Вифлееме. Планируется выпуск водостойкого КГВ с минеральными добавками разного генезиса в ряде фирм г. Вифлеема.

Результаты экспериментальных исследований и промышленного внедрения используются в учебном процессе БГТУ им. В.Г Шухова при подготовке инженеров по специальности 270106 «Производство строительных материалов, изделий и конструкций», а также бакалавров и магистров по направлению «Строительство».

Апробация работы

Основные положения диссертационной работы представлены на: Международной научно-технической конференции молодых ученых БГТУ им. В.Г. Шухова (Белгород, 2012); Международной молодежной конференции «Экологические проблемы горно-промышленных регионов» (г. Казань, 2012); Международной научной конференции «Геоника: Проблемы строительного материаловедения; энергосбережение; экология» (Белгород, 2012); 3-й научно-практической конференции «Проблемы инновационного биосферно-совместимого социально-экономического развития в строительном, жилищно-коммунальном и дорожном комплексах» (Брянск, 2013); Международной научно-технической онлайн конференции студентов, аспирантов и молодых ученых БГТУ им. В.Г. Шухова (Белгород, 2013); Международной научно-практической конференции, посвященной 160-летию со дня рождения В.Г. Шухова (Москва, 2013); 2 Веймарской гипсовой конференции «Гипс (не) только в строительстве» (Веймар, 2014).

Публикации

Результаты исследований и основные положения диссертационнои работы, изложены в 12 научных публикациях, в том числе в 2 статьях ведущих рецензируемых изданий, рекомендуемых для публикации по диссертационным исследованиям. Зарегистрировано ноу-хау.

Объем и структура работы

Диссертация состоит из введения, 5 глав, основных выводов, списка литературы из 162 наименований и 6 приложений. Работа изложена на 183 страницах машинописного текста, включает 40 таблиц, 48 рисунков и фотографий.

На защиту выносятся:

- результаты экспериментально-теоретических исследований продуктов гидратации и процессов структурообразования водостойкого КГБ требуемого качества с использованием природного и техногенного сырья Ближнего Востока;

- принципы повышения эффективности стеновых материалов путем использования водостойкого КГБ с минеральными добавками из природного и техногенного сырья;

-зависимости основных физико-механических свойств гипсосодержащих композитов;

- составы гипсосодержащих композитов на водостойком КГБ для производства стеновых материалов;

- результаты внедрения

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В настоящее время в некоторых странах Ближнего Востока (Палестине, Сирии, Египте и др.), в связи с неспокойной политической обстановкой, а также природно-климатическими условиями и частыми стихийными бедствиями (землетрясениями, ураганами и др.), разрушено значительное количество зданий и сооружений, в результате чего образуются большие объемы бетонного лома. Его рациональная утилизация позволит обеспечить ценным сырьем строительно-восстановительные работы и во многом решить экологические проблемы, связанные с захоронением больших объемов строительных отходов.

В настоящее время особенно эффективно производство быст-ротвердеющих стеновых материалов на композиционном гипсовом вяжущем (КГБ) с минеральными добавками из местного сырья природного и техногенного происхождения, что будет способствовать снижению их стоимости и значительному сокращению сроков возведения

здании. Рисунок 1-Предпосылки применения

Большой интерес как объект гипсос^ щих композитов в странах

исследовании представляет Ближнего Востока

использование тонкомолотого

бетонного лома в качестве минеральной добавки в составе водостойкого КГБ. Его вяжущая часть состоит из гидросиликатов кальция группы С28Н2 по номенклатуре Богга, гидроксида кальция и остатков непрогидратированных клинкерных минералов, в основном белита. Этот материал обладает заметными вторичными вяжущими свойствами.

Свойства и структуру исходных сырьевых материалов, КГВ и бетонов на их основе изучали с применением как высокоточных инструментальных методов исследований, так и стандартных методик. Методом лазерной гранулометрии были проведены сравнительные исследования удельной поверхности и гранулометрического состава КГВ с различными минеральными добавками. Необходимое количество минеральной добавки в составе КГВ подбиралось по концентрации оксида кальция (по ТУ 21-31-62-89) в твердеющей системе до регламентированных пределов.

Исходными компонентами для получения быстротвердеющих композитов являются: водостойкое КГВ, включающее минеральную добавку, портландцемент ЦЕМ I 42,5Н, гипсовое вяжущее Р-модификации марки Г5Б II; кварцевый песок и известняковый щебень месторождений Палестины; химические добавки: ишр1а& Р211 и ишр^ БР95.

В качестве минеральной добавки в составе водостойкого КГВ использовали сырьевые материалы Ближнего Востока (бетонный лом, вулканический туф, кварцевый песок) - таблица 1. Минеральные добавки содержат достаточно большое количество БЮг, который в тонкомолотом виде обладает пуццолановой активностью. Следовательно, их можно применять в качестве активных минеральных добавок при производстве водостойкого КГВ, при условии правильно подобранного и скорректированного соотношения между гидравлическим вяжущим и активной минеральной добавкой.

Таблица 1

Химический состав минеральных добавок

Материал Si02 А1203 Fe^ СаО MgO SO} Na20+ к2о ТЮ2 сю2 Mn02 шш Всего

Бетонный лом 52,4 4,9 3,7 34,7 1,2 0,5 0.51+ 1,5 0,19 0,27 0,087 99,96

Цеолитный туф 56,2 12,5 8.34 11,8 8,8 - 1.7+ 0,6 - - - 99,94

Кварцевый песок 92,4 2,36 0.77 1,78 0,2 0,05 0,39 0,16 - - 1,95 100

Для активации процессов гидратации водостойкого КГВ осуществляли помол минеральных добавок до удельной поверхности 500 м2/кг, с последующим перемешиванием с портландцементом и гипсовым вяжущим, совмещенным с кратковременным помолом.

В числе основных факторов, определяющих прочность и водостойкость затвердевшего КГВ, являются гранулометрический состав и размер составляющих компонентов. Установлено: более 80% размеров частиц материала ограничивается фракциями (11-158 мкм).

Особенность гранулометрии КГВ с тонкомолотым бетонным ломом (рисунок 2) состоит в наличии четырех ярко выраженных пиков: первый- с максимальным содержанием частиц 41.6 мкм, второй -11 мкм, третий - 5,47 мкм и 4-й — 2.88 мкм.

Равномерное полидисперсное распределение частиц КГВ способствует формированию оптимальной микроструктуры за счет более плотной упаковки частиц, ускорению процессов структурообразования, повышению прочности на ранней стадии гидратации и при длительном твердении, что подтверждается результатами исследования физико-механических свойств КГВ с бетонным ломом.

Установлена концентрация СаО в растворах КГВ (по ТУ 21-31-62-89), со снижением которой постепенно исчезают условия образования высокоосновных гидроалюминатов кальция и этгрингита: с тонкомолотым бетонным ломом и кварцевым песком при обязательном отношении Д/Ц=1:1; с цеолитным туфом при обязательном отношении Д/Ц = 0,5:1. Полученны составы гипсоцементного камня со значениями предела прочности на сжатие в 28 суточном возрасте от 10,34 до 26,43 МПа. Дальнейшие исследования проводили на КГВ, состав и свой ства которых представлены в таблице 2.

Таблица 2

Состав и свойства композиционного гипсового вяжущего

№ п\п Состав КГВ, % по массе В/В Ясж, МПа

Г ц Бетонный лом Туф Кварцевы й песок

2 часа 7 суток 28 суток

1 60 20 20 - - 0,45 4.42 18.61 28.1

2 60 20 - 20 - 0,45 3.62 11.81 21,3

3 60 20 - - 20 0,45 3,94 14,21 24,8

4 100 - - - - 0,45 5,6 - 18.0

Для исследования микроструктуры гипсоцементного камня с минеральными добавками бетонного лома, вулканического туфа и кварцевого песка был использован растровый электронный микроскоп Теэсап МЖА 3 с | проведением одновременно рентгеновского микроанализа.

Анализ микроструктуры показал (рисунок 3), что на ранней стадии гидратации, через 2 часа (в композициях с бетонным ломом) образуются { новообразования толщиной в 1-2 мкм, которые, судя по данным микроанализа и характерной морфологии, можно отнести к С-Б-Н-гелю, в основном имеющему переменный состав и аморфную природу. К 28 суткам оболочка гидросиликатов становится достаточно плотной, частицы объединяются в непрерывную мелкокристаллическую структуру (<0,1 ткт) предположительно

Рисунок 2 - Гранулометрический состав КГВ с минеральной добавкой бетонного лома

гидросиликатов, гидроалюмосиликатов, гидро-аллюмоферритов кальция и двуводного сульфата кальция, как результат твердения портландцемента и полуводного гипса.

Рисунок 3 - Микроструктура затвердевшего КГВ с минеральной добавкой бетонного лома: а) через 2 час: б) - через 7 сут; в) через 28 сут.

В композициях с туфом (рисунок 4) образуется рыхлая, пористая структура с крупными кристаллами двуводного гипса.

Рисунок 4 - Микроструктура затвердевшего КГВ с минеральной добавкой цеолитного туфа: а) через 2 час; б) - через 7 сут; в) через 28 сут.

В композициях КГВ с кварцевым песком (рисунок 5) наблюдается структура материала, аналогичная композициям с туфом.

Рисунок 5 - Микроструктура затвердевшего КГВ с минеральной добавкой кварцевого песка: а) через 2 час: б) - через 7 сут; в) через 28 сут.

Сделанные выше выводы подтверждаются результатами микроанализа.

Методами ДТА и РФА изучали фазовый состав гипсоцементной матрицы. На термограммах гидратированного КГВ в интервале температур 140-150 °С двуводный гипс дегидратирует до полуводного гипса. Эндотермический эффект с максимумом при температуре 440-460 °С связан с дегидроксилизацией портландита. Слабый эндоэффект при температуре 675750 °С в основном связан с декарбонизацией слабо закристаллизованных метастабильных форм карбоната кальция (СаСОз), которые образовались за счет частичной карбонизации гидроксида кальция. При температуре 780-800 °С - экзотермические эффекты разложения СБЩВ), возможно связывание оксида кальция активными минеральными добавками. Экзотермический эффект в области температур от 350-390 °С очевидно получается от наложения нескольких эффектов, поэтому его можно отнести за счет процессов кристаллизации гелевидных соединений. В этом же интервале температур происходит удаление воды из С3АНб-

Результаты рентгенофазового анализа показали (рисунок 6): в составах с минеральной добавкой бетонного лома и с минеральной добавкой цеолитного туфа более активная гидратация основных клинкерных минералов алита и белита, о чем свидетельствует характеристика их межплоскостных расстояний 2,78 и 2,76 А.

о -М:

,, „ 1 28 суток

¡1 А!- .

; ¡: 7 с-угок

'1ГТ«7~Т.........ыГН^м.........., 2 часа

Рисунок 6-РФА затвердевшего КГВ с бетонным ломом

Образование Са(ОН)2(с1 = 4,95 А) в возрасте 2 часов наиболее активно было отмечено только в составе с минеральной добавкой кварцевого песка. В возрасте 7 суток, на основе РФА, установлены близкие значения основных клинкерных минералов во всех составах. В возрасте 28 суток в составах с минеральной добавкой бетонного лома и туфа прошла более полная гидратация клинкерных минералов. Этгрингит (с1=5,6...А) на рентгенограммах не обнаружен,

Таким образом, установлено синергетическое влияние минеральных добавок и гетерогенного состава композиционного гипсового вяжущего с направленным воздействием на формирование более плотной и мелкозернистой

структуры композита за счет увеличения содержания низкоосновных гидросиликатов кальция, уменьшения количества Са(ОН)2, а также устранения условий роста высокоосновных гидроалюминатов кальция и этгрингита, что ведет к повышению прочности в 1,5 раза, водостойкости и долговечности

затвердевшей матрицы.

В дальнейших исследованиях для уменьшения водопотребности К1И применялись поверхностно-активные вещества - ишрЬэ! Р211 и Ш1р1ай БР95, широко применяемые в Палестине (таблица 3). Таблица 3

Влияние химических добавок на свойства КГБ (с бетонным ломом)

№ п\п Д Р211 д БР95 в/в Расплыв мм Сроки схватывания, мин Ь^МЛа кР

начало конец 2 часа 7 суток 28 суток

1 0,45 120 8-00 9-30 4.42 14.7 23.1 0,55

? 0 1 0,34 120 38-00 40-00 9,5 24,0 29,0 0,72

3 0 3 0,23 120 65-00 75-00 14,5 29,0 41,0 0,80

4 0 1 0,1 0,30 120 45-00 58-00 12,8 26,3 30,4 0,74

Я 0? 0?. 0,25 115 54-00 70-00 14,9 28,7 33,2 0,78

6 0,3 | 0,3 0,20 110 68-00 85-00 | 18,2 37,5 45,6 0,83

Эффективность применения органического водопонижающего реагента ишр^ Р211 (0,1-0,3%) подтверждается снижением в 2 раза В/Вяж отношения (с 0 45 до 0,23), способствующего увеличению в 3 раза прочности затвердевшего КГБ через 2 часа (с 4,42 до 14,5 МПа) и в 2 раза через 7 и 28 суток (с 14,7 до 29 МПа и с 23,1 до 41 МПа, соответственно), повышением водостойкости в 1,5 раза, а таюке замедлением начала схватывания в 8 раз (от 8-00 до 65 мин).

Разработанные комплексные химические добавки (ишр^ Р211 + итрш! БР95) позволяют в более широких пределах регулировать начало схватывания (от 45 до70 мин) и увеличить скорость твердения КГБ: через 2 часа - в 4 раза (до 18 МПа), через 7 суток - в 2,5 раза (до 37,5 МПа), через 28 суток - в 2 раза (до 45,6 МПа).

На основе разработанных водостойких КГБ были подобраны составы мелкозернистых бетонов (МЗБ) в соотношениях по массе 1:1, 1:2, 1:3 (КГБзаполнитель) (рисунок 7). Изменение прочности на сжатие, определяли в возрасте 7 суток, когда бетоны на КГБ достигают 70 % и более марочной прочности, в 14 суток, в 28 суток и в сухом состоянии. Характер зависимостей прочности от величины В/Вяж отношения МЗБ на КГБ и на портландцементе аналогичны. Прочность композитов (в равноподвижных смесях) на КГБ с бетонным ломом в 1,3 раза выше, чем на КГБ с кварцевым песком. При длительном твердении (90 суток) прочность МЗБ и коэффициент размягчения повышаются (таблица 4).

«Ш 1;|

и

и

■ .. 110! 8.45 0.45

; •

Ш ly'l | ■ ............»•« | "/ i-™ ;

. ye : m-j ..............130 : > по ]

... 120 ; Ш : 1-0 i ♦ »20 |

....■: но в.в»ж но :......--.-, но но' -• -■*• • ••■■- ■ • а

а.55 Oi 0.65 0.7 0,75 0.S 0.35 0,4 0.45 0.5 0.4 0.45 0,5 0.55 O.i 0,65 0,7 0,75 0,8

11*

1

^ »

♦7сут. 014 м. ДЭДсуг. X29cyt(ey)OK)

♦ 7tw ОМсут. ДВсут. X28cyi (схии)

а о

Рисунок 7 - Зависимость подвижности и прочности при сжатии МЗБ с песком на КГВ от В/Вяж отношения: - с минеральной добавкой бетонного лома (а), и

кварцевого песка (б)

Оптимизация структурообразования МЗБ при введении комплексной химической добавки ишр1аз1 Р211 +1Ыр1а$1 ЙР95 (0,3%) позволила повысить Кр до 0,8.

Таблица 4

Показатели свойств мелкоштучных стеновых материалов на КГВ при

№ п/п Составы МЗБ (1:2) Предел прочности при сжатии, МПачерез Коэффициент размягчения, Кр,через

7 сут. 28 сут. 60 сут. 90 сут. 7 сут. 28 сут. 60 сут. 90 сут.

1 На КГВ с бетонным ломом 7,9 14,1 14,8 15,2 0,60 0,61 0,62 0,64

2 На КГВ с песком 6,0 12,7 13,0 13,1 0,67 0, 68 0,68 0,70

Разработаны составы тяжелого бетона с крупным заполнителем из известнякового щебня (таблица 5).

Применение комплексной химической добавки Uniplast Р211+ Uniplast SP95 дает возможность снизить водопотребность и повысить прочность бетона на 30-35% через 1 сутки и на 40-60% в возрасте 28 суток или снизить расход КГВ для получения равнопрочных бетонов на 50-80 кг/м3. Увеличение расхода вяжущего вызывает рост водопотребности.

Зависимость прочности бетонов на КГВ от Вяж/В отношения имеет линейный характер. Это имеет место из-за повышенного водосодержа-ния бетонных смесей и из-за меньшей, по сравнению с портландцементом, активности КГВ, приводящей к увеличению их расхода.

Таблица 5

Составы и свойства тяжелого бетона из жестких бетонных смесей на известняковом щебне*

Требуемая марка бетона Р ср смеси, кг/м3 Фактический расход материалов на 1 м3, кг р ср, кг/м3 че| / FL»;, N4па эез

КГВ Щебень Песок Вода КХД 1 сутки 28 суток

100 2310 340 1200 590 170 - 2290 / 7,5 2230/ 10,5

100 2285 340 1200 590 155 0,3 2275 / 9,5 2240/ 19,0

150 2305 400 1200 350 175 - 2260 / 8,0 2220/ 15,2

150 2285 400 1200 350 160 0,3 2245/ 11,0 2240 / 23,6

200 2315 500 1100 350 185 - 2290/ 11,5 2215/20,5

200 2295 500 1100 350 165 0,3 2210/15,0 2210/29,0

Примечание: комплексная химическая добавка Uniplast Р211 + Uniplast SP95; Ж=35 сек

Так, прочность тяжелого бетона на КГВ изменяется от 10,5 до 29 МПа в интервале Вяж/В отношений от 1,8 до 3,03 (рисунок 8).

Выполнен расчет по подбору гранулометрического состава высокоплотной упаковки заполнителя, обеспечивающего образование жесткого каркаса в бетоне, что позволило увеличить прочность при сжатии на 24 %. Этому условию соответствует достаточное содержание мелких фракций, а коэффициент разьединения частиц в смеси с гипсоцементным вяжущим обеспечивает достаточную подвижность бетонной смеси (таблица 6). Величина коэффициента разъединения частиц в смеси Р„=(а,Ь|/г|„)"ь" позволяет при т<3 регулировать расход второй и третьей крупных фракций и снижать при этом расход мелких.

Вяжуще - водное отношение Расход вяжущего. Kr/st3

Рисунок 8-Прочность бетонов на сжатие и водосодержание бетонных смесей в зависимости от Вяж/В и расхода КГВ

Таблица 6

Исходные данные и результаты расчета высокоплотных зерновых составов смеси известнякового заполнителя и наполнителя

Размер зерен, мм Плотн. Зерновой состав

Класс т =3 Класс т =6

№ Расчет Ситовой упаковк содерж ;одерж плотн. хщерж содерж плотн.

ФР подбор и зерен, масс., масс., упаковки масс., масс., упаковки

Т1П ч доли , оп ч доли , оп

1 20-10 20-10 0,59 100 0,425^ 0,59 100 0,510 0,59

2 8,6-4,3 10-5 0,64 43(43) 0,183 0,624 - - -

3 3,7-1,9 5-2,5 0,56 48(47) 0,183 0,679 39 0,200 0,689

4 1,6-0,8 1,25-0,63 0,52 47(27) 0,125 0,737 - - -

5 0,7-0,35 0,63-0,31 0,53 42(15) 0,064 0,796_ 33 0,162 0,798

6 0,3-0,15 0,31-0,14 0,54 39(7) 0,03 0,850 24 0,122 0,873

7 130,07 <0,14 0,56 - - - - - -

*В скобках приведены расходы, рассчитанные по формуле (1)

В таблице 7 показаны сравнительные результаты средней плотности и прочности естественного и расчетного состава бетона с высокоплотной упаковкой заполнителя.

Таблица 7

Свойства бетона с высокоплотной упаковкой заполнителя

Заполнитель

Рбетона,

кг/м3

Прочность образцов, МПа

Естественного состава

2285

Расчетного состава

Примечание: комплексная химическая добавка итр1аз1 Р211 + итр1аэ1 БР95

В результате проведенных исследований установлено: связь между частицами затвердевшего КГБ и поверхностью заполнителя носит микрокристаллизационный характер (рисунок 9).

х 5000 х 10000

Рисунок 9 - Микрофотографии контактной зоны «гипсоцементный камень - заполнитель»

Частицы новообразований объединены в непрерывную структуру с упрочненными связями между кристаллами с преимущественно отрицательным зарядом, обусловленным нарастанием гидросиликатов кальция на поверхности гипса, что повышает сцепление с положительно заряженной поверхностью известнякового заполнителя. Таким образом, установлен характер влияния состава, структуры и условий эксплуатации композитов на их свойства, заключающиеся в оптимизации размеров и морфологии частиц вяжущего, создании высокоплотной упаковки заполнителя, что приводит к оптимизации микроструктуры гипсоцементного камня и контактной зоны с заполнителем и, как следствие, повышает предел прочности при сжатии на 24% .

В работе определялись прочностные и деформативные характеристики композитов на водостойком КГВ - призменная прочность и модуль упругости (таблица 8).

Таблица 8

Прочностные и деформативные свойства композитов на КГВ (в 28 суток воздушного твердения)

Серии образцов Рср, кг/м -^-куб? МПа ^■Пр} МПа Япр/Якуб Еб, МПа Влажность, % мае. 1^-кубэ МПа

МЗь на КГВ 1970 16,6 14,2 0,86 15500 1,8 16,6

ТБ на КГВ 2190 23.0 20,01 0,89 19000 1,4 23.0

Внедрение проведенных исследований в промышленных условиях осуществляли на экспериментальном участке компании «ЭЛЬТИХАД» в г.Вифлееме (рисунок 10). Выпущены опытно-промышленные партии стеновых материалов из тяжелого бетона на водостойком КГВ. Результаты работы использовались при строительстве поликлиники, школы и 4-х домов коттеджного типа в г. Вифлееме и в г. Иерусалиме. Экономический эффект от внедрения разработок достигается за счет использования доступного местного природного и техногенного сырья, повышения эксплуатационных характеристик при снижении расхода клинкерной составляющей, снижения себестоимости стеновых материалов и ускорения темпов строительства.

а б в

Рисунок 10 - Опытная партия стеновых камней (а); испытание опытных образцов бетона на заводе ЖБИ (б); построенная школа с использованием стеновых камней из тяжелого бетона на КГВ в г. Вифлееме (в)

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. Предложены принципы повышения эффективности стеновых материалов из тяжелого бетона, заключающиеся в разработке и использовании композиционного гипсоцементного вяжущего, содержащего тонкомолотые минеральные добавки природного и техногенного происхождения и суперпластификатор.

2. Изучено влияние минеральных добавок, полученных кратковременным помолом, а также гетерогенного состава композиционного гипсового вяжущего с направленным воздействием на формирование более плотной и мелкозернистой структуры композита, заключающееся в повышении водостойкости (Кр до 0,83), прочности (в 1,5 раза) и долговечности затвердевшей матрицы.

3. Показана закономерность изменения гранулометрии разных видов предлагаемых вяжущих. Интегральные кривые распределения частиц КГВ с тонкомолотыми минеральными добавками (бетонным ломом, цеолитным туфом и кварцевым песком) имеют схожий полифракционный характер с повышенной плотностью упаковки частиц. Основной диапазон размеров частиц, в который попадает более 80% материала, ограничивается фракциями 11-158 мкм. У КГВ с тонкомолотым бетонным ломом график распределения частиц смещается в область тонких фракций (1,10...40,45 мкм), с несколькими ярко выраженными пиками - 1-й с максимальным содержанием частиц 41,6 мкм, 2-й- с максимальным содержанием частиц 11 мкм, 3-й- 5,47 мкм и 4-й 2,88 мкм, что оказывает положительное влияние на формирование микроструктуры гипсоцементного камня и бетона вследствие более плотной пространственной укладки новообразований.

4. Определено влияние минеральных добавок (бетонного лома, цеолитного туфа, кварцевого песка) на процессы структурообразования и свойства КГВ. Разработаны составы КГВ, включающие гипсовое вяжущее, портландцемент и тонкомолотую кремнеземистую добавку.

5. Показано распределение новообразований гипсовой и цементной матриц КГВ в виде проникающих одна в другую сеток при отсутствии структур капсулирования за счет применения тонкомолотых добавок - центров кристаллизации, что приводит к существенному приросту прочности композитов и их водостойкости.

6. Доказана эффективность влияния комплексной химической добавки, состоящей из органического водопонижающего реагента ишр1аз1 Р211 и суперпластификатора ишр^ 5Р95 (Палестина), заключающаяся в снижении водопотребности (в 2 раза) и увеличении прочности затвердевшего КГВ через 2 часа (в 3 раза), через 7 и 28 суток (в 2,4 раза), а также в замедлении начала схватывания (в 8 раз)

7. На основе разработанных КГВ получены стеновые материалы из тяжелого бетона классов В10-В30 для малоэтажного строительства на Ближнем Востоке, в том числе с высокоплотной упаковкой заполнителя, что приводит к оптимизации микроструктуры гипсоцементного камня и контактной зоны с

заполнителем и, как следствие, повышает предел прочности при сжатии на 24 %.

8. Установлена необходимость использования коэффициента разъединения зерен заполнителя гипсоцементным вяжущим в виде рп==(а„.1/г|п)т"'', позволяющая при /и<3 регулировать расход второй и третьей крупных фракций и снижать при этом расход мелких.

9. В контактной зоне между частицами затвердевшего КГВ и поверхностью заполнителя установлена микро-кристаллизационная структура. Частицы новообразований объединены в сетчатую структуру с упрочненными связями между отрицательно заряженными продуктами гидратации вяжущего в результате нарастания низкоосновных гидросиликатов кальция на кристаллы гипса, что повышает сцепление с положительно заряженной поверхностью известнякового заполнителя.

11. Для широкомасштабного внедрения результатов исследований разработаны: технологический регламент на производство водостойкого композиционного гипсового вяжущего для производства стеновых изделий и рекомендации по изготовлению изделий из тяжелого бетона на водостойком композиционном гипсовом вяжущем, которые приняты для применения при производственном внедрении полученных результатов предприятиями в г. Вифлееме в г. Иерусалиме. Результаты экспериментальных исследований подтверждены опытными испытаниями на экспериментальном участке компании «ЭЛЬТИХАД» и завода «ЖБИ в Вифлееме для производства бетона» (в Палестине).

Выпущены опытно-промышленные партии стеновых камней из тяжелого бетона на КГВ. Результаты работы использовались при строительстве и реконструкции 1 -ой школы, 1 -ой поликлиники и 4-х домов коттеджного типа в г. Вифлееме и в г. Иерусалиме. Выпуск тяжелого бетона разработанных составов с начала внедрения технологии его изготовления составил 8800 м3, в том числе мелкозернистого Жетона - 6900 м3. Экономический эффект от внедрения результатов работы составил 30 $ на 1 м3 бетона.

ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ Статьи, опубликованные в ведущих рецензируемых научных журналах и изданиях:

1 .Чернышева, Н.В. Влияние минеральных добавок различного генезиса на микроструктуру гипсоцементного камня / Н.В. Чернышева, М.С. Агеева, Эльян Исса Жамал Исса, М.Ю. Дребезгова // Вестник Белгородского государственного техноло-гического университета им. В.Г. Шухова. 2013. №4. С.12-18.

2. Чернышева, Н.В. Расчет и подбор высокоплотного зернового состава заполнителя и бетона на гипсовом композиционном вяжущем / Н.В. Чернышева, А.Н. Хархардин, Эльян Исса Жамал Исса, М.Ю. Дребезгова // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. - 2014. - №2. - С.43-48.

Публикации в других изданиях

3. Эльян Исса Жамал Исса, Сырьевая база для производства стеновых материалов в странах Ближнего Востока / Эльян Исса Жамал Исса // Материалы Международной научно-технической конференции молодых ученых. - Белгород, 2012, [электронный ресурс].

4. Эльян Исса Жамал Исса, Модифицирующие добавки для строительного гипса и композиционных гипсовых вяжущих / Эльян Исса Жамал Исса // Материалы Международной научно-технической конференции молодых ученых. - Белгород, 2012, [электронный ресурс].

5. Эльян Исса Жамал Исса, Регулирование процессов твердения гипсового камня / Эльян Исса Жамал Исса // Материалы Международной научно-технической конференции молодых ученых. - Белгород, 2012, [электронный ресурс].

6. Чернышева, Н.В. Гипсобетон для перегородочных изделий / Н.В. Чернышева, М.Ю. Дребезгова, Эльян Исса Жамал Исса // Наука, образование, общество: проблемы и перспективы развития. Материалы Международной научно-практической конферен-ции.-Тамбов, 2013-Часть 5. -С.139-140.

7. Чернышева, Н.В. Композиционное гипсовое вяжущее с минеральной добавкой цеолитного туфа / Н.В. Чернышева, Эльян Исса Жамал Исса, М.Ю. Дребезгова // Наука, образование, общество: проблемы и перспективы развития. Материалы Международной научно-практической конференции.-Тамбов, 2013-Часть 5. -С.140-142.

8. Чернышева, Н.В. Гипсоцементные композиции на сырье стран Ближнего Востока / Н.В. Чернышева, Эльян Исса Жамал Исса, М.Ю. Дребезгова // Проблемы инновационного биосферно-совместимого социально-экономического развития в строительном, жилищно-коммунальном и дорожном комплексах. Материалы III Международной научно-практической конференции. - Брянск, 2013.-Т1- С.194-198.

9. Композиционное гипсовое вяжущее. Свидетельство о регистрации ноу-хау № 20130007,2013 г. B.C. Лесовик, Н.В. Чернышева, М.Ю. Дребезгова, Эльян

Исса Жамал Исса.

10. Лесовик, B.C. Быстротвердеющие водостойкие материалы для архитектурного строительного материаловедения / B.C. Лесовик, Н.В. Чернышева, М.Ю. Дребезгова, Эльян Исса Жамал Исса // Архитектоника инженера ВТ. Шухова. Материалы Международной научно-практической конференции, посвященной 160-летию со дня рождения В.Г. Шухова. - М.: МАРХИ, 2013. - С. 165-167.

11. Чернышева, Н.В. Водостойкий гипсобетон для зеленого строительства / Н.В. Чернышева, Эльян Исса Жамал Исса, М.Ю. Дребезгова // Materiay IX Miçdzynarodowej naukowi-praktycznej konferencji «Nauka i inowacja - 2013» Volume 17. Matematyka. Fizyka. Nowoczesne informacyjne technologie. Budownictwo i architektura.: Przemysl. Nauka i studia - S. 96-100.

Volume 17. Matematyka. Fizyka. Nowoczesne informacyjne technologie. Budownictwo i architektura.: Przemyél. Nauka i studia - S. 96-100.

12. Чернышева, H.B. Гипсоцеменгные композиты на сырье стран Ближнего Востока / Н.В. Чернышева, Эльян Исса Жамал Исса // «Гипс (не) только в строительстве. Материалы Международной 2 Веймарской гипсовой конференции.- Веймар, 2014. - С. 339 - 350.

Эльян Исса Жамал Исса

СТЕНОВЫЕ ГИПСОСОДЕРЖАЩИЕ МАТЕРИАЛЫ НА ПРИРОДНОМ И ТЕХНОГЕННОМ СЫРЬЕ СТРАН БЛИЖНЕГО ВОСТОКА

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

05.23.05 - Строительные материалы и изделия

Подписано в печать 28.04.14. Формат 60x84/16. Усл. печ. л. 1,0 Тираж 100 экз. Заказ № 90

Отпечатано в Белгородском государственном технологическом университете

им. В.Г. Шухова 308012, г. Белгород, ул. Костюкова,46

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Белгородский государственный технологический университет

' им. В.Г. Шухова»

04201459223

Эльян Иеса Жамал Исса

СТЕНОВЫЕ ГИПСОСОДЕРЖАЩИЕ МАТЕРИАЛЫ НА ПРИРОДНОМ И ТЕХНОГЕННОМ СЫРЬЕ СТРАН БЛИЖНЕГО ВОСТОКА

Специальность 05.23.05 - Строительные материалы и изделия

1

ДИССЕРТАЦИЯ

на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель: кандидат технических наук, профессор Н.В. Чернышева

Белгород 2014

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ.................................................................................5

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА..........................................................................................................................10

1.1 Анализ опыта применения гипсосодержащих строительных материалов на Ближнем Востоке и в других странах мира ....................................10

1.2 Минерально-сырьевая база для развития стройиндустрии в странах Ближнего Востока.....1..............................................................................................................................................................20

1.3 Климат в регионе Ближнего Востока....................................................................................31

1.4 Гипсосодержащие композиты для «зеленого» строительства................................32

1.5 Выводы к главе..........................................................................................................................................36

2. МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ И ПРИМЕНЯЕМЫЕ МАТЕРИАЛБ1.......! 37

2.1 Методы исследований......................................................................................................................37

2.1.1 Рентгенофазовый анализ................................................................................................37

2.1.2 Дифференциальный термический анализ......................................................38

2.1.3 Изучение микроструктуры гипсоцементного камня............................39

2.1,.4 Изучение свойств мелкодисперсных материалов композита... 42

2.1.5 Изучение свойств быстротвердеющих бетонов..........................................45

2.2 Применяемые материалы........................................................ 46

2.3 Выводы к главе.................................................................... 50

I

3. РАЗРАБОТКА СОСТАВОВ КОМПОЗИЦИОННЫХ ГИПСОВЫХ ВЯЖУЩИХ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ПРИРОДНОГО И ТЕХНОГЕННОГО СЫРЬЯ СТРАН БЛИЖНЕГО ВОСТОКА................................ 52

3.1 Основы получения композиционных гипсовых вяжущих............... 54

3.2 Разработка составов КГВ с минеральными добавками из сырьевых

I

ресурсов Ближнего Востока................................................................ 61

3.3 Повышение эффективности КГВ за счет использования химических добавок.............................................................................. 88

3.4 Выводы к главе.................................................................... 93

1

(

4. ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ СТЕНОВЫХ МАТЕРИАЛОВ НА 95 КОМПОЗИЦИОННЫХ ГИПСОВЫХ ВЯЖУЩИХ.............................

4.1 Проектирование состава мелкозернистого бетона на основе КГВ для стеновых материалов............................................................ 98

4.2 Разработка составов тяжелого бетона на сырьевых материалах

Палестины.......................................................................... 103

i

4.3 Оптимизация структуры тяжелого бетона на КГВ за счет высокоплотного зернового состава заполнителя........................... 107

4.4 Исследование контактной зоны заполнителя и гипсоцементного

камня................................................................................. 115

4.5 Изучение деформативных свойств мелкоштучных стеновых материалов.........'............................................................... 117

4.6 Выводы к главе.................................................................... 118

5. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ И ВНЕДРЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ................................................ 120

I

5.1 Разработка нормативных документов....................................... 121

5.2 Расчет капитальных вложений на проведение НИР....................... 123

5.3 Расчет экономии материальных затрат на получение КГВ с различными минеральными добавками...................................... 126

5.4 Выводы к главе.................................................................... 128

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ...!................................................................ 129

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ.................................................................. 132

ПРИЛОЖЕНИЯ.............................................................................. 149

Приложение 1. РФА КГВ с минеральными добавками в различные сроки

твердения.................................................................. 150

Приложение 2. Рекомендации по изготовлению изделий из тяжелого бетона

на композиционном гипсовом вяжущем............................ 159

Приложение 3. Технологический регламент на производство композиционного гипсового вяжущего для стеновых

материалов................................................................ 166

Приложение 4. Акт о выпуске опытной партии стеновых блоков из

мелкозернистого бетона на основе композиционного

!

гипсового вяжущего, модифицированного химическими

добавками ................................................................ 179

Приложение 5. Акт о производственном внедрении стеновых блоков из мелкозернистого и тяжелого бетона на основе

I

композиционного гипсового вяжущего при строительстве и реконструкции 1 школы, 1 поликлиники, 3-х домов коттеджного типа в г. Вифлееме и в г. Иерусалиме

(Палестина)......................................................................... 180

Приложение 5. Справка.............................................................................. 182

ВВЕДЕНИЕ

Важной задачей строительства в странах Ближнего Востока является обеспечение материалами и изделиями с преимущественным использованием для их изготовления местного природного и техногенного сырья, сохраняя при этом традиционную своеобразную архитектуру. В последние десятилетия в результате массовых разрушений зданий на Ближнем Востоке (в Палестине, Сирии, Ливане, Ираке, Египте и др.) образуются большие объемы бетонного лома. Его

I

рациональная утилизация позволит обеспечить ценным сырьем строительно-восстановительные работы и во многом решить экологические проблемы, связанные с захоронением больших объемов строительных отходов.

Для проведения ремонтно-восстановительных работ и нового строительства зданий и сооружений целесообразно применение современных эффективных

I

быстротвердеющих гипсосодержащих композитов, т.к. в этих странах гипс является традиционным строительным материалом и применяется с давних времен. Их использование инвестиционно привлекательно и позволит с учетом местных социальных и природно-климатических условий расширить

I

номенклатуру строительных материалов для создания комфортного быстровозводимого жилья с учетом устойчивости системы «человек -материал - среда обитания».

Диссертационная работа выполнена в рамках программы развития и стабилизации строциндустрии стран Ближнего Востока; тематического плана

I

госбюджетных НИР Федерального агентства по образованию РФ, проводимого по заданию Министерства образования и финансируемого из средств Федерального бюджета на 2010-2014 гг., программы стратегического развития БГТУ им. В.Г. Шухова на 2012-2016 г.г.,

I

Цель работы

Повышение эффективности производства стеновых материалов на основе водостойких гипсосодержащих композиционных вяжущих из природного и техногенного сырья стран Ближнего Востока.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи: -изучение физико-механических свойств и особенностей сырьевых ресурсов с!ран Ближнего Востока, как компонентов композиционных гипсовых вяжущих для стеновых материалов;

-оптимизация вещественного состава композиционных гипсовых вяжущих

I

(КГВ), получаемых из местного природного и техногенного сырья;

-проектирование и изучение свойств стеновых материалов, получаемых на основе композиционных гипсовых вяжущих для различных видов ремонта и реконструкции зданий и сооружений;

-подготовка нормативных документов и реализация теоретических и экспериментальных исследований. ' Научная новизна работы

Предложены принципы повышения эффективности стеновых материалов, заключающиеся в разработке и использовании водостойкого композиционного

I

гипсоцементного вяжущего, содержащего тонкомолотые минеральные добавки природного и техногенного происхождения и суперпластификатор. Установлено синергетическое влияние минеральных, добавок и гетерогенного состава композиционного гипсового вяжущего с направленным воздействием( на формирование более плотной и мелкозернистой структуры композита за счет увеличения содержания низкоосновных гидросиликатов кальция, уменьшения кбличества Са(ОН)г, а также устранения условий роста высокоосновных гидроалюминатов кальция и эттрингита, что ведет к повышению прочности в 1,5 раза, водостойкости и долговечности затвердевщей матрицы.

Выявлен характер влияния разработанной комплексной химической добавки, состоящей из органического водопонижающего реагента Uniplast Р211 и суперпластификатора итр1аБ1 8Р95, . заключающийся в направленном образовании мелкокристаллической структуры гипсоцементного камня, способствующей улуч-шению его физико-механических показателей: снижению водопотребности (в 2 раза), увеличению прочности затвердевшего КГВ через 2 чйса (в 3 раза), через 7 и 28 суток (в 2,4 раза), повышению водостойкости в 1,5

раза, а также замедлению начала схватывания (в 8 раз),

Установлен характер влияния состава, структуры и условий эксплуатации композитов на их свойства, заключающиеся в оптимизации размеров и мррфологии частиц вяжущего, создании высокоплотной упаковки заполнителя, что приводит к оптимизации микроструктуры гипсоцементного камня и контактной зоны с заполнителем и, как следствие, повышает предел прочности при сжатии на 24% .

Достоверность результатов работы и выводов обеспечена систематическими исследованиями с применением стандартных средств и методов измерения, использованием комплекса современных физико-химических методов анализа,

I

методов лазерной гранулометрии при определении фракционного состава композиционного гипсового вяжущего, рентгенофазового и дифференциально-термического анализов, электронной микроскопии, достаточным объемом исходных данных и результатов исследований. Практическое значение работы

Предложеца рациональная область использования тонкомолотого бетонного

лома, цеолитного туфа и кварцевого песка в качестве активных минеральных

добавок при производстве водостойких КГВ.

1

Установлена возможность получения композиционных гипсовых вяжущих и стеновых материалов на их основе с применением природного и техногенного сырья стран Ближнего Востока.

, Подтверждена эффективность применения в качестве заполнителя для тяжелого бетона на основе водостойкого КГВ известнякового щебня, щебня из бетонного лома и местных песков стран Ближнего Востока. Внедрение результатов исследований

Для внедрения результатов диссертационной работы разработаны нормативно-технические документы: технологический регламент на производство

композиционного гипсового вяжущего для стеновых материалов; рекомендации

1

по изготовлению изделий из тяжелого бетона на композиционном гипсовом вяжущем. Внедрение проведенных исследований в промышленных условиях

осуществляли на экспериментальном участке компании «ЭЛЬТИХАД» и завода «ЖБИ в Вифлееме для производства бетона» (в Палестине). Выпущены опытно-промышленные партии стеновых камней из тяжелого бетона на КГВ. Результаты работы использовались при строительстве поликлиники, школы и 4-х домов коттеджного типа в г. Вифлееме. Планируется выпуск водостойкого КГВ с

V

минеральными добавками разного генезиса в ряде фирм г. Вифлеема.

Результаты экспериментальных исследований и промышленного внедрения используются в учебном процессе БГТУ им. В.Г Шухова при подготовке инженеров по специальности 270106 «Производство строительных материалов, изделий и конструкций», а также бакалавров и магистров по направлению «Строительство».

Апробация работы '

Основные положения диссертационной работы представлены на: Международной научно-технической конференции молодых ученых БГТУ им. В.Г. Шухова (Белгород, 2012); Международной молодежной конференции «Экологические проблемы горно-промышленных регионов» (г. Казань, 2012); Международной научной конференции «Геоника: Проблемы строительного материаловедения; энергосбережение; экология» (Белгород, 2012); 3-й научно-практической конференции «Проблемы инновационного биосферно-совместимого социально-экономического' развития в строительном, жилищно-коммунальном и дорожном комплексах» (Брянск, 2013); Международной научно-технической онлайн конференции студентов, аспирантов и молодых ученых БГТУ им. В.Г. Шухова (Белгород, 2013); Международной научно-практической конференции, посвященной 160-летию со дня рождения В.Г. Шухова (Москва, 2013); 2 Веймарской гипсовой конференции «Гипс (не) только в строительстве» (Веймар, 2014).

Публикации

Результаты исследований и основные положения диссертационной работы, изложены в 12 научных публикациях, в том числе в 2 статьях ведущих

(

рецензируемых изданий, рекомендуемых для публикации по диссертационным исследованиям. Зарегистрировано ноу-хау. Объем и структура работы

Диссертация состоит из введения, 5 глав, основных выводов, списка литературы из 162 наименований и 5 приложений. Работа изложена на 183

страницах машинописного текста, включает 40 таблиц, 48 рисунков и «

фотографий. На защиту выносятся:

— результаты эксперимрнтально-теоретических исследований продуктов гидратации и процессов структурообразования водостойкого КГВ требуемого качества с использованием природного и техногенного сырья Ближнего Востока;

— принципы повышения эффективности стеновых материалов путем использования водостойкого КГВ с минеральными добавками из природного и техногенного сырья;

—зависимости основных физико-механических свойств гипсосодержащих

I

композитов;

- составы гипсосодержащих композитов на водостойком КГВ для производства стеновых материалов; ,

- результаты внедрения.

1., СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА

1.1. Анализ опыта применения гипсосодсржащих строительных ¡материалов на Ближнем Востоке и в других странах мира

I

Ближний Восток является одним из регионов мира с большими темпами

развития строительства. В нём встречаются три материка - Европа, Азия и

!

Африка. Он имеет многовековую историю строительства.

Натуральный гипс во всех своих формах применялся уже на заре цивилизации благодаря доступности, про<ртоте его обработки и переработки, низкой цене и эстетическим качествам. Гипсовые строительные материалы традиционно использовали в Древнем Египте, Персии, Риме, Греции при возведении зданий и сооружений, многие из которых сохранились до наших дней [1-4,114,149,159161]. Геологи установили, что гипс начал появляться на поверхности Земли 200 -300 миллионов лет назад. Исследования, проводимые археологами, показали, что

впервые натуральный гипс начал использоваться около 9 000 г. до н.э. в Анатолии <

(сегодняшняя Турция).

При археологических раскопках в Палестине, южнее озера Тибериас, были обнаружены полы, покрытые, гипсом за 7 тысяч лет до н.э.. Аналогичные находки были сделаны в городе Ерихо, там гипс применяли за 16 тысяч лет до н.э. За 3 тысячи лет до н.э. гипс использовали как стройматериал в Евфрате вблизи города Урук.

Египтяне в 5000-2600 г.г. до н. э. начали первыми применять обожженный гипс. Наряду с илом из Нила он применялся для растворов при строительстве сфинксов,

а также для стенной штукатурки и полов в гробницах (Тутанхамона). Гипс для

<

египетских растворов обжигался слабо и неравномерно, скорее всего в гончарных печах или просто на кострах, часто содержал кальцит и песок из-за наличия этих примесей в сырье. ,

Для каменной кладки в храмах и царских гробницах, для укрепления в пирамидах больших камней и блоков, для устройства полов с росписью (в колонном зале

храма в Луксоре, (1350-1200 гг. до н.э.), обмазки стыков и швов труб, подводивших воду от запасных бассейнов к помещению для жертвоприношений в храме фараона Сахура ( 2600 г. до н.э.) использовали раствор на основе гипса [1,2,114,159-161]. Его применяли в облицовочных плитах для связки камней (толщиной около 0,5 мм), заделки швов, а также в качестве своеобразной подушки между камнями, которая предохраняла их кромки от разрушения. 'При отсутствии кранов, огромные камни-блоки скользили по гипсовой смазке и точно устанавливались на место. Плиты пирамид IV династии настолько плотно укладывались друг к другу по всей толщине, что между ними не могли пройти лист папируса или лезвие ножа.

В Древнем Египте со времени первых династий (в «тайнике Эхнатона» IV, XVIII династия, гробницах Тутанхамона (XIX династия), Рамзеса XII (XX династия, 1200-1090 гг. до н.э.) и др. для отделки зданий широко применялась гипсовая штукатурка [1].

Особенно широко ее использовали для подготовки гладкой поверхности с-^ен и потолков под роспись, сглаживания и шпаклевки неровностей камня. Применялась также штукатурка, состоящая из глины и гипса, по составу похожая на строительный раствор. В результате проведенных исследований и химического анализа многочисленных проб образцов древних растворов, штукатурок и современного • египетского гипса было установлено в их составе, наряду с гипсом, содержание переменного количества карбоната кальция и кварцевого песка, что привело к представлению о намеренном добав�