автореферат диссертации по строительству, 05.23.05, диссертация на тему:Теплоизоляционный материал на основе отходов хлопчатника Центральной Африки

На правах рукописи

САРА ГАЛЕБУЙ

ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫЙ МАТЕРИАЛ НА ОСНОВЕ ОТХОДОВ ХЛОПЧАТНИКА ЦЕНТРАЛЬНОЙ АФРИКИ

Специальность 05.23.05 - Строительные материалы и изделия

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

31 ЯНВ 2013

Иваново 2013

005048847

005048847

Работа выполнена во Владимирском государственном университете имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых

Научный руководитель

Официальные оппоненты:

Ведущая организация

доктор технических наук, профессор Жив Александр Семенович

доктор технических наук, профессор Акулова Марина Владимировна Ивановский государственный архитектурно-строительный университет, заведующая кафедрой «Производство строительных материалов»

кандидат технических наук, доцент Яворский Андрей Андреевич Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет, доцент кафедры «Технология строительного производства»

ФГБОУ ВПО «Поволжский государственный технологический университет»

Защита диссертации состоится 22 февраля 2013 г. в 10 часов на заседании объединенного диссертационного совета ДМ 212.060.01 при ФГБОУ ВПО «Ивановский государственный архитектурно-строительный университет» по адресу: 150037, г. Иваново, ул. 8 Марта, д. 20, ауд. Г-204.

Факс: (4932) 300-074, e-mail: inf@igasu.ru. littp://www.igasu.ru

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Ивановского государственного архитектурно-строительного университета, (г. Иваново, ул. 8 Марта, д. 20).

Автореферат диссертации разослан «21 »января 2013 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета sy

к.т.н„ доцент Н. В. Заянчуковская

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы исследования. В строительной индустрии Центральной Африки применяют широкий спектр теплоизоляционных материалов. Одной из стратегически важных задач развития страны является создание и обеспечение строительной отрасли новыми эффективными строительными материалами. Согласно этому в основных направлениях социально-экономического развития страны отражена необходимость использования промышленных и сельскохозяйственных отходов в производстве строительных материалов, расширения ассортимента и объема поставки высококачественной продукции для нужд республики.

В связи с постоянным ростом объемов строительства требуется все больше строительных материалов и изделий. Наблюдается тенденция к снижению массы строительных конструкций, в частности ограждающих, за счет применения легких бетонов на основе органических заполнителей растительного происхождения, характеризующихся низкой плотностью (550 - 650 кг/м3) и довольно высокой прочностью (3,0 — 7,0 МПа) при минимальном расходе сырьевых материалов.

К таким строительным материалам относится арболит, состоящий из подобранной смеси вяжущего, органических заполнителей растительного происхождения, воды и различных химических добавок. В качестве органических заполнителей используются отходы деревообрабатывающей отрасли, лесозаготовок и однолетних сельскохозяйственных культур: солома и шелуха риса, отходы сахарного тростника, костра льна, отходы хлопчатника.

В Центральной Африке, испытывающей недостаток в древесине и пористых заполнителях, практически невозможно организовать производство арболитовых изделий на основе отходов деревообрабатывающей отрасли в масштабах, необходимых для дальнейшего развития строительства, поэтому практическое применение находит использование отходов сельского хозяйства и растительности (отходы хлопчатника, сахарного тростника, солома и шелуха риса, измельченные стебли камыша) в качестве заполнителей для получения арболитовых материалов и изделий. В Центральной Африке ежегодно требуют утилизации около 5 млн т отходов хлопчатника и сахарного тростника.

Вышесказанное свидетельствует о целесообразности исследования возможности получения эффективных строительных материалов, в частности арболита различных марок и технологий изготовления, изучения его основных строительно-технических свойств и внедрения в производство в Центральной Африке.

Степень разработанности проблемы. Анализ технической литературы стран СНГ и зарубежья, касающейся теоретических исследований в области арболита на основе органического заполнителя и минеральных вяжущих и технологии изготовления, показал, что вопросами разработки и совершенствования арболита занимались такие ученые, как А. А. Акчабаев, Г. А. Батыр-баев, Г. А. Бужевич, И. К. Касимов, Е. Д. Маев, И. X. Наназашвили, Р. Б. Си-роткина, И. А. Рыбьев, В. И. Савин, Н. И. Склизков, А. С. Щербаков и др.

Было установлено, что качество арболита зависит в основном от правильного выбора составляющих компонентов и их соотношения, а также оптимального фиксирования сырьевых материалов как структуры абсолютных изделий.

Известно, что экстрактивные вещества органических заполнителей (древесины, костры льна и др.) замедляют твердение портландцемента. Механизмы влияния экстрактивных веществ заполнителя на структурообразова-ние и затвердение портландцемента и его составляющих (клинкерные минералы СзБ и С2А) изучались путем введения моносахаридов (глюкозы, сахарозы и др.) в тесто вяжущего и покрытием последним поверхности заполните-

Таким образом, анализ информации отдельных вопросов выбранного направления показывает, что арболит, полученный на измельченных отходах хлопчатника, как теплоизоляционный стеновой материал требует дальнейшего исследования технологии производства и его строительно-эксплуатационных свойств с целью оптимизации параметров состава и способа изготовления и повышения качества строительных материалов и изделий.

Цель работы. Получение теплоизоляционного арболита классов ВО,35 -В1 средней плотностью не более 500 кг/м3 на основе измельченных отходов хлопчатника путем совершенствования состава и способа изготовления и изучение его строительно-эксплуатационных свойств для возможного применения в строительстве малоэтажных зданий в странах Центральной Африки.

Для достижения цели решались следующие задачи:

1. Разработка методики подбора состава арболита на измельченных отходах хлопчатника с применением теории искусственных строительных конгломератов и математических методов планирования эксперимента.

2. Оптимальный подбор измельчительных машин для дробления отходов хлопчатника и разработка технологической схемы процесса производства арболита на основе отходов хлопчатника.

3. Изучение механизма влияния экстрактивных веществ отходов хлопчатника на кинетику роста прочности цемента и его составляющих с добавками и без добавок.

4. Разработка оптимальных составов арболита на измельченных отходах хлопчатника с применением смешанных и комбинированных добавок и наполнителей (отходов промышленности).

5. Изучение влияния способов гидрообработки заполнителя, поризации сырьевой смеси и релаксации после уплотнения арболитовой смеси на физико-механические свойства и оптимизацию технологических параметров изготовления.

6. Экспериментальное изучение физико-механических и деформативных свойств арболита при различных сжимающих напряжениях с целью применения его в ограждающих конструкциях зданий.

7. Разработка технологии изготовления конструкционного арболита на измельченных отходах хлопчатника классов В2 и В2,5 с использованием наиболее эффективных технических решений и нормирование рецептурно-технологических параметров.

8. Технико-экономическая оценка предложенной технологии производства арболита на измельченных отходах хлопчатника при изготовлении стеновых блоков на комбинате строительных конструкций в Бонгоре (Республика Чад).

Объектами исследования выступают цементный камень, цементное тесто и арболит на основе измельченных отходов хлопчатника и композиционном вяжущем - портландцементе, а также смешанные и комбинированные добавки и наполнители (отходы промышленности).

Предмет исследования - воздействие механизма влияния экстрактивных веществ отходов хлопчатника на кинетику роста прочности цемента и его составляющих с добавками и без добавок.

Область исследования. Содержание диссертации соответствует паспорту научной специальности 05.23.05 - Строительные материалы и изделия, по теме «Теплоизоляционный материал на основе отходов хлопчатника Центральной Африки».

Теоретическая и методологическая основа исследования. Теоретическую основу исследования составили научные труды российских и зарубежных ученых, внесших заметный вклад в изучение таких научных вопросов, как: твердение цемента, образование структуры арболитовых композитов, направленное воздействие на процессы структурообразования в цементном камне, гидратация цемента, структура воды.

Методологической основой послужили следующие факторы:

- методики подбора состава арболита на измельченных отходах хлопчатника с применением математических методов планирования эксперимента при установлении оптимальных параметров с использованием смешанных и комбинированных добавок и наполнителей (отходов промышленности), а также подбор измельчительных машин для дробления отходов хлопчатника с изучением процесса измельчения;

- влияние экстрактивных веществ отходов хлопчатника на кинетику роста прочности цемента и его составляющих с добавками и без добавок;

- влияние способов гидрообработки заполнителя, поризации сырьевой смеси и релаксации после уплотнения арболитовой смеси на физико-механические свойства и оптимизацию технологических параметров изготовления;

- изучение физико-механических и деформативных свойств арболита при различных сжимающих напряжениях с целью применения его в ограждающих конструкциях для малоэтажных зданий;

- общенаучные методы теоретического и эмпирического познания, такие как анализ и синтез, наблюдение, сравнение.

3

Достоверность и обоснованность основных положений, выводов и рекомендаций подтверждаются корректным применением общенаучных и специальных методов, используемых в строительной науке; репрезентативным объемом информационного массива, обсуждением основных положений диссертации на конференциях разного уровня, положительной апробацией результатов исследования.

Научная новизна исследования. Основные результаты, полученные автором и составляющие научную новизну, заключаются в следующем:

- научно обоснована и экспериментально подтверждена разработанная методика технологических решений по изготовлению арболита на основе измельченных отходов хлопчатника и новые конкурирующие направления развития технологии его производства;

- опытным путем выявлены механизмы влияния экстрактивных веществ отходов хлопчатника на кинетику твердения цемента и клинкера;

- экспериментально и методом регрессионного анализа разработаны новые составы и способы изготовления арболита на основе измельченных отходов хлопчатника с более высокими прочностными и строительно-эксплуатационными характеристиками;

- обоснованы опытные данные, полученные на образцах из арболита при длительном действии нагрузки, и механизм формирования прочности.

Теоретическое значение диссертационной работы заключается в развитии теории гидратации и твердения портландцемента с различными добавками, выявлении роли структуры и состояния вяжущих в процессе направленного воздействия на свойства арболита на основе измельченных отходов хлопчатника.

Практическая значимость результатов исследования состоит в разработке способа получения арболита на основе измельченных отходов хлопчатника с более широкими функциональными возможностями при снижении материалоемкости и энергоемкости производства. Арболит на основе измельченных отходов хлопчатника и вяжущих систем с различными смешанными и комбинированными добавками отличается меньшей себестоимостью, улучшенными технологическими и эксплуатационными свойствами по сравнению с арболитом, полученным по традиционной технологии.

Апробация и внедрение результатов исследования. Результаты исследования нашли практическое применение на Бонгорском комбинате строительных конструкций (письмо № 542/АТМ/А/2011) и в учебном процессе на инженерно-строительном факультете Энамского государственного университета Республики Чад.

Основные положения работы докладывались и обсуждались на международных научно-практических конференциях «Итоги строительной науки» (Владимир, 2010,2011).

Научные публикации. По теме диссертации опубликовано пять печатных работ, в том числе четыре статьи в центральных рецензируемых изданиях, рекомендованных ВАК РФ.

Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов, библиографического списка, включающего 86 наименований. Общий объем работы - 126 страниц машинописного текста, в том числе 47 таблиц и 34 рисунка.

Во введении обоснована актуальность диссертационного исследования, сформулированы его цель и задачи, дана характеристика объекта и предмета исследования, представлены основные результаты, обладающие научной новизной, отмечена теоретическая и практическая значимость работы.

В первой главе проведен анализ состояния проблемы и обоснована целесообразность изучения возможности получения эффективных строительных материалов, в частности арболита, различных марок и технологий производства на органических заполнителях, для применения его как местного строительного материала для стран Центральной Африки.

Во второй главе описывается методика исследования выбранного направления по изготовлению арболита на основе измельченных отходов хлопчатника. В экспериментальных исследованиях использовался органический заполнитель, полученный путем измельчения отходов хлопчатника в Республике ЧАД на измельчительном оборудовании марки Р.160-1500.

В третьей главе рассмотрено влиянне основных составляющих компонентов арболита на его прочностные свойства и изложены методы экспериментальных исследований.

В четвертой главе показаны разработки оптимальных составов заполнителей, исследование свойств и технология получения арболита на основе измельченных отходов хлопчатника.

В пятой главе рассмотрены производственные особенности и технико-экономическая эффективность применения исследуемого арболита. На Бон-горском комбинате строительных материалов совместно с Энамским университетом была разработана типовая технологическая линия цеха по выпуску арболита на основе измельченных отходов хлопчатника производительностью 12 тыс. м3 применительно к местным условиям. Экономическая эффективность от использования арболита на основе измельченных отходов хлопчатника рассчитывалась при применении его как местного строительного материала для стран Центральной Африки и сравнивалась с экономической эффективностью, полученной при использовании других легкобетонных материалов.

В общих выводах подведены итоги работы, приведены результаты, достигнутые в процессе исследования, сформулированы основные выводы и рекомендации.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ, ВЫНОСИМЫЕ НА ЗАЩИТУ

1. Научно обосновано и подтверждено, что одним из путей повышения эффективности производства и улучшения свойств арболита является целенаправленное изменение реологии арболитовой смеси и структуры самого материала.

Арболит, как известно, это разновидность искусственного строительного конгломерата, изготовляемого на основе портландцемента, органических заполнителей, различных добавок и воды. В составе арболита органический заполнитель занимает наибольший объем. Поэтому одними из факторов, влияющих на качество арболита, являются структурные характеристики, физические, механические и химические свойства используемого заполнителя. Последнее включает сбор, пакетирование, транспортирование и хранение отходов хлопчатника, устранение вредного воздействия на твердение вяжущего (растворение и частичная промывка экстрактивных веществ заполнителя по отношению к портландцементу).

Таким образом, качество арболита зависит в основном от правильного выбора составляющих компонентов и их соотношения, а также оптимального фиксирования сырьевых материалов как структуры абсолютных изделий.

Известно, что экстрактивные вещества органических заполнителей (древесины, костры льна и др.) замедляют твердение портландцемента. Механизмы влияния экстрактивных веществ заполнителя на структурообразо-вание и твердение портландцемента и его составляющих (клинкерные минералы С38 и С3А) изучались путем введения моносахаридов (глюкозы, сахарозы и др.) в тесто вяжущего и покрытием последним поверхности заполнителя.

Учеными стран СНГ разработан состав арболита на отходах хлопчатника с ускорителем твердения - хлоридом кальция СаС12. Марка полученного арболита М1 (класс ВО,75) при плотности 600 кг/м3.

Эти данные указывают на необходимость совершенствования исследований по введению добавок в состав арболита на основе измельченных отходов хлопчатника и изучения механизма влияния экстрактивных веществ отходов хлопчатника на кинетику роста прочности арболита.

Анализ информации показал, что одним из путей повышения эффективности производства и улучшения свойств арболита является целенаправленное изменение реологии арболитовой смеси и структуры самого материала. Это достигается поризацией арболитовой смеси предварительно подготовленной пеной в пеногенераторе или воздухововлекающими добавками в различных бетоносмесителях.

В Центральной Африке, испытывающей недостаток в древесине и пористых заполнителях, практически невозможно организовать производство арболитовых изделий на основе отходов деревообрабатывающей отрасли в масштабах, необходимых для дальнейшего развития строительства. Практи-

6

ческое применение находит использование отходов сельского хозяйства и растительности (отходы хлопчатника, сахарного тростника, солома и шелуха риса, стебли камыша) в качестве заполнителей для получения арболитовых материалов и изделий. В Республике Чад ежегодно утилизируют около 5 млн т отходов хлопчатника и сахарного тростника.

Сказанное свидетельствует о целесообразности изучения возможности получения эффективных строительных материалов, в частности арболита, различных марок и технологий производства, изучения его основных строительно-технических свойств с внедрением в производство.

2. Определена методика исследовании и подобрано измельчитель-ное оборудование по изготовлению арболита на основе отходов хлопчатника для стран Центральной Африки.

В работе описывается методика исследования выбранного направления по изготовлению арболита на основе измельченных отходов хлопчатника. При проведении экспериментов применялся органический заполнитель, полученный путем измельчения отходов хлопчатника в Республике ЧАД на из-мельчительном оборудовании марки Р.160-1500. Были использованы портландцемет марки 400 и 500 Сархского цементного завода (Республика Чад) и синтезированные клинкерные минералы: трехкальциевый и двухкаль-цисвый силикаты С,Я и С28, трехкальциевый алюминат С3А, четырехкапь-циевый алюмоферрит С,АР, приготовленные на опытном оборудовании завода.

В качестве наполнителей и добавок применялись фильтрационный осадок Кумринского сахарного завода (Республика Чад) и шламовый отход Сархского асбестоцементного комбината средней плотности.

3. Установлено, что расход нейтрализующих добавок зависит от удельной поверхности заполнителя и количества сахара, содержащегося на поверхности измельченных отходов хлопчатника, а расход ускорителей твердения зависит от количества цемента и расхода нейтрализующих добавок. Однако при применении этих смешанных добавок необходимо, чтобы кинетика нарастания прочности арболита соответствовала нормативным требованиям и даже их превышала.

Проведены исследования влияния основных составляющих компонентов арболита на его прочностные свойства. Установлено, что с увеличением содержания заполнителя возрастает водоцементное отношение. Величина водоцементного отношения в свежеприготовленной арболитовой смеси составляет от 1,2 до 1,8 и оно зависит от времени вымачивания заполнителя и плотности вводимых в водный раствор добавок (табл. 1).

Таблица I

Влияние удельного расхода вяжущего на свойства арболита

Удельный Водоцементное Средняя

расход отношение плотность,

вяжущего Ц/3 В/Ц кг/м3

0,9 1,8 470

1,14 1,63 530

1,36 1,5 600

1,59 1,37 650

1,81 1,15 700

Предел прочности при сжатии, МПа

0,6 1,1 1,5 2,0 2,5

Толщина цементного теста, мм

36,3 45,9 54,8 64,1 73,0

Анализ данных, полученных в наших исследованиях, показал, что измельченные отходы хлопчатника выступают в арболите как армирующий заполнитель. При сравнительно высоком их содержании они упрочняют цементный камень, несмотря на воздействия экстрактивных веществ заполнителя (количество моносахарида менее 0,1 % от массы цемента). При содержании заполнителя выше 7 % по массе влияние негативных факторов, в первую очередь экстрактивных веществ заполнителя, на прочность цементного камня и арболита становится более значительным и прочность на сжатие

быстро снижается.

Разработан метод проектирования оптимального состава арболита, сходный с общим методом проектирования составов искусственных строительных конгломератов.

Установлено, что эффективным решением для изготовления арболито-вых изделий на основе отходов хлопчатника является применение смеси на фракции заполнителя, полученного при измельчении отходов через решето с диаметром отверстий 20 мм и смешанной добавкой (жидкого стекла и хлорида кальция СаС12 или жидкого стекла и сернокислого алюминия А12(804)3) при виброуплотнении под давлением 0,35 МПа. При проектировании расхода измельченных отходов хлопчатника и портландцемента для класса арболита со средней плотностью не более 650 кг/м3 был применен метод математического планирования эксперимента.

Расчетные расходы компонентов на 1 м3 изделия следующие: измельченные отходы хлопчатника-210 кг, портландцемент - 350 кг.

Этот состав можно использовать в производстве и в заводских условиях. Установлено, что введение в состав арболита смешанных добавок из жидкого стекла и СаС12 или жидкого стекла и А12(504)3 приведет к появлению новых гидратных соединений, т.е. при их присутствии повышается степень гидратации цемента в арболите на измельченных отходах хлопчатника.

Основную прочность арболиту придает наличие клинкерного минерала

СзБ с введением нейтрализующих добавок (жидкого стекла и А12(804)з) и ус-

8

корителя твердения СаС12. Наиболее оптимальными фракциями для конструкционного арболита являются измельченные отходы хлопчатника, полученные при применении решета с диаметром отверстий 15... 18 и 20 мм. Изучение кинетики нарастания прочности арболита в малых образцах на различных клинкерных минералах без добавок дало возможность выяснить, какие минералы цементного клинкера способны гидратироваться в составе арболита.

Из рис. 1 видно, что арболиты на С38 и С28 в начальные сроки незначительно набирают прочность, в 7-суточном возрасте прочность их достигает: на СзБ - 0,4 МПа; на С28 - 0,08 МПа. При поздних сроках твердения нарастание их прочности не наблюдается. Арболиты на С3А и С4Р показывают, что кинетика набора их прочности довольно высокая: в возрасте 56 сут с момента затвердения смеси прочность их составила соответственно 2,8 и 2,0 МПа. Отсюда видно, что степень гидратации минералов С3А и С4Р в арболите довольно высокая.

Данные эксперимента по изучению кинетики нарастания прочности арболита на цементном тонкомолотом клинкере и цементе показывают, что без добавок очень низки прочностные показатели, а при введении добавок из жидкого стекла и хлорида кальция СаС12 прочность повышается в несколько раз. Можно сделать вывод, что расход нейтрализующих добавок зависит от удельной поверхности заполнителя и количества сахара, содержащегося на поверхности измельченных стеблей хлопчатника, а расход ускорителей твердения - от количества цемента и расхода нейтрализующих добавок.

" ...........- —

7 ^ й-

Сроки твердения, сут

Рис. 1 Нарастание прочности арболита на основе клинкерных минералов и смешанных добавок из жидкого стекла и хлорида кальция: 1 - арболит на трехкальцие-вом силикате, 2 - то же на двухкальциевом силикате, 3 -то же на трехкальциевом алюминате, 4 — то же на че-тырехкальциевом алюмоферрите 9

4. Установлено, что введение в арболитовую смесь смешанной добавки, содержащей 0,8 % А12(504)3 и 1,6 % СаС12 от массы цемента, является наиболее эффективной добавкой. Необходимо отметить, что прочность арболита больше зависит от вида (состава) добавок, их количества и способа введения в состав смеси. Одним из способов увеличения объёма цементного камня и улучшения адгезионно-когезионных процессов является введение в состав арболита в сочетании со смешанными и комбинированными добавками активных или инертных наполнителей вяжущего.

При использовании шламового отхода цементного завода качество арболита повышается, и предел прочности достигает от 0,6 до 1,0 МПа к 28-суточному возрасту твердения по сравнению с ранее известным цементным арболитом. Установлено, что с увеличением массы пригруза при вибрировании, т.е. с увеличением удельного давления уплотнения, повышается предел прочности при сжатии арболита. Производство изделий из арболита на измельченных отходах хлопчатника можно осуществлять по стендовой или полуконвейерной технологии.

Показаны разработки оптимальных составов, исследование свойств и технология получения арболита. Известно, что добавки в технологии изготовления арболита применяются с целью повышения прочности и ускорения его твердения - нейтрализация вреднего воздействия экстрактивных веществ отходов хлопчатника на процессы струюгурообразования и затвердевания цемента в арболите. Этим достигаются хорошая адгезия между заполнителем и цементным камнем и когезия последнего в арболите.

Результаты опытных работ показали, что водные вытяжки измельченных отходов хлопчатника имеют водородный показатель 6,2 и 6,3 через 48 ч при холодной экстракции, а при горячей - 6. В эти водные вытяжки вводились следующие смешанные добавки (в виде водных растворов), которые повышали рН до 10,1... 11,31 (1,8 % Ж. С. и 0,5 % А12(804)3; 0,8 % А12(804)3 и 1,6 % СаС12; 0,8 % А12(804)3 + 1 % МН4Ж)3; 1,6 % СаС12+ 0,9 % Ыа2804; 1,6 % СаС12 и Ре804). Кроме того, влияние добавок на химическую агрессивность вытяжек из отходов хлопчатника изучалось и на процессах структуро-образования и затвердевания цемента в арболите, что оценивалось по прочности при сжатии образцов-кубов, испытанных через 7 и 28 сут. Эталонными являлись контрольные образцы-кубы из арболитовой смеси без добавок и с добавкой жидкого стекла и хлорида кальция СаС12 в количестве 1,8 и 1,6 % масс, цемента.

В табл. 2 приведено влияние индивидуальных и смешанных добавок на предел прочности при сжатии арболита.

Таблица 2

Влияние индивидуальных и смешанных добавок на предел прочности при сжатии арболита

№ п/п Расход цемента, % по массе, и наименование добавок Предел прочности при сжатии, МПа, через сутки

7 28

1 Без добавок 0,22 0,65

2 1,8% Ж. С. 0,9...1,1 1,6... 1,8

3 1,6 % СаСЬ 0,7 1,2

4 0,8%A12(S04)3 0,5 0,9

5 2,0 % NH4NO3 0,7 1,02

6 1,8% Ж. С.+ 1,6% СаСЬ 0,3 0,7

7 1,8 % Ж. С. + 0,5 % Al2 (S04b 1,22 ... 1,64 1,6 ...2,14

8 0,8 % Al2 (S04)3 + 1,6 % СаСЬ 1,7 2,7

9 0,8 % Al2 (S04)3 + 1,0 % NH4NO3 1,3 2,03

10 1,6 % СаСЬ + 0,9 % Na2S04 0,65 1,75

11 1,6 % СаСЬ + 1,0 % FeS04 0,67 1,45

Из приведенных данных следует, что индивидуальные добавки не ускоряют твердение арболита и повышают его марочную прочность по сравнению с эталонными составами. В результате поиска эффективных ускорителей твердения арболита, способных повышать кинетику нарастания прочности, были использованы смешанные добавки, состоящие из различного сочетания двух добавок — электролитов.

Установлено, что введение в арболитовую смесь смешанной добавки, содержащей 0,8 % А12(804)з и 1,6 % СаС12 от массы цемента, является наиболее эффективной.

Экспериментальные данные по изучению влияния смешанных добавок на скорость твердения показали, что наиболее эффективными являются добавки 1,8 % Ж. С. и 0,5 % А12(804)3 в начальные сроки твердения. Такое содержание смешанной добавки в арболите на портландцементах марок 400 и 500 позволяет достигать прочности в течение одних суток соответственно 0,7 и 1,0 МПа, а через 3, 7 и 28 сут- 1,0; 1,4; 2,1 и 1,4; 1,9; 2,9 МПа.

Изучение влияния плотности добавок показало, что с уменьшением плотности вводимых в необходимом количестве (в пересчете на сухое вещество) добавок увеличивается влажность арболитовой смеси (это повышает В/Ц смеси) и снижается прочность материала, при увеличении плотности водных растворов добавок также снижается прочность изделий.

Анализируя результаты исследований, можно отметить, что те добавки, которые при проверке их действия на вытяжку отходов хлопчатника повышали рН, положительно повлияли на прочность арболита по сравнению с контрольными образцами без добавок. Обобщая полученные данные, необходимо отметить, что прочность арболита больше зависит от вида добавок, их количества и способа введения в состав смеси.

Оптимальная дозировка шламового отхода Папского цементного производства (г. Пала, Республика Чад) и других составляющих цементного арболита на измельченных отходах хлопчатника показали, что в 28-суточном возрасте достигается прочность изделий 1,8...3,0 МПа. Повышение прочности также объясняется большой щелочностью шламового отхода. Последнее способствует значительной гидратации клинкерных минералов цемента, что и повышает прочность арболита.

Тонкомолотую золу сухого отбора Бонгорской ТЭС вводили в состав арболитовой смеси, предварительно перемешивая ее с портландцементом в соотношении 1:10 - 1:12, после минерализации заполнителя. Влияние золы на физико-механические свойства арболита изучали на шести составах. Результаты эксперимента (табл. 3 и 4) показали, что с увеличением содержания золы повышаются прочность, средняя плотность и коэффициент теплопроводности арболита при относительно небольшом расходе цемента.

Таблица 3

Состав арболитовой смеси, содержащий золу сухого отбора

Наименование компонентов Составы, % масс.

1 И III IV V VI

Измельченные отходы хлопчатника Портландцемент Стекло натриевое жидкое Зола сухого отбора Хлорид кальция Вода 21,6 28,1 0,9 2,8 0,7 46,5 20,9 27,2 0,8 4,3 0,7 46,1 20.3 26.4 0,8 6,1 0,7 45,7 18,6 27,9 0,7 8,4 0,7 43,7 17,9 26,9 0,7 10,8 0,6 43,1 17,9 26,0 0,7 13,0 0,7 42,4

Таблица 4

Физико-механические свойства арболита, содержащего золу сухого

отбора

Свойства Результаты испытаний составов

I П III IV V VI

Предел прочности при сжатии, МПа,

сроки твердения: 7 сут 28 сут Средняя плотность, кг/м3. 0,8 1,2 500 1,0 1,5 510 1,2 1,8 520 1,5 2,5 530 1,6 2,7 540 1,6 2,9 550

Коэффициент теплопроводности, Вт/(м-К) 0,08 0,09 0,09 0,10 0,105 0,11

Таким образом, экспериментальные работы по использованию отходов промышленности в качестве наполнителей в арболите на измельченных от-

12

ходах хлопчатника дали положительные результаты (рис. 2). При применении шламового отхода цементного завода качество арболита повышается и предел прочности достигает от 0,6 до 1,0 МПа к 28-суточному возрасту твердения по сравнению с ранее известным цементным арболитом. Введение в состав арболита золы сухого отбора Бонгорской ТЭС не только повысило прочностные характеристики арболита, но привело и к снижению расхода цемента.

Известно, что одним из физических способов устранения вредного влияния органических заполнителей и повышения устойчивости технологического процесса изготовления арболита является водная обработка (вымачивание) заполнителей. Основные факторы вымачивания, которые следует учитывать, — гидромодуль (отношение заполнителя к воде по массе), продолжительность выдержки заполнителя в воде, температура и среда. Количество вытекаемой воды после гидрообработки за определенное время зависит от фракционного состава измельченных отходов хлопчатника, содержания очесов и хлопка.

3,0

2,0

1,0

»

--3 ^ 1 ■

V

3 б 9 12 1Ь

Содержание наполнителей, % масс.

18

Рис. 2. Влияние наполнителей на прочность цементного арболита на измельченных отходах хлопчатника: 1 — фильтрационный осадок Кумринского сахарного завода; 2 -шламовый отход Сархского цементного завода; 3 - зола-унос Бонгорской ТЭС

Нами проведены исследования арболита на основе измельченных отходов хлопчатника плотностью до 550 кг/м3 при различных сжимающих напряжениях.

Экспериментальные исследования проводили на образцах в 28-дневном возрасте. При длительных испытаниях постоянную нагрузку на образцы создавали с помощью специально изготовленных пружинных установок.

Величина максимальной нагрузки была ограничена (60 — 120 кН), что определялось предельным уровнем загружения образцов, равным 0,75Rbn-

13

Всего было испытано три основных серии образцов из арболита и для сравнения три серии из керамзитобетона. Поскольку ползучесть керамзитобетона, как показали исследования НИИЖБ, вызывается в основном ползучестью геля, входящего в состав цементного камня, то предполагалось, что эти закономерности можно будет распространить и на арболит. Данные испытаний позволили построить кривые нарастания прочности легких арболитобетонов во времени (рис. 3, 4). Загружение призм-образцов осуществляли при уровнях напряжений 0,15Яьп, 0,44 Яьп» 0,74 Яьп-

Исследования на призмах показали, что деформации, возникающие при приложении нагрузки, растут ей пропорционально. Пропорциональная зависимость упругих мгновенных деформаций от напряжений наблюдалась в работах и другими экспериментаторами, отклонения от этой закономерности для легких арболитобетонов были выявлены только при высоких сжимающих напряжениях.

Ксж, МП«

... *

к А к *

vr ^ Lk.

Рис. 3. Кривые нарастания прочности арболита для I - III серий: А - серия I, х - серия II, • - серия III

Рис. 4. Кривые нарастания прочности керамзитобетона для IV - VI серий: • - серия IV, ♦ - серия V, ■ - серия VI

Анализ роста деформаций призм во времени указывает на некоторые отклонения от закономерности. Деформации приз из арболита, загруженных

14

при уровне напряжений 0,15 Rbn росли медленней, чем такие же деформации, но загруженные при более высоких уровнях напряжений. В образцах из ке-рамзитобетона таких отклонений не наблюдалось. Это, по-видимому, объясняется большой неоднородностью арболитобетона, приготовленного на отходах хлопчатника.

Таким образом, скорость нарастания деформаций ползучести во времени зависит не только от уровня напряжений, но и от того, сколько времени прошло с момента загружения. На основе полученных экспериментальных данных по составам и способам производства, а также с учетом рекомендаций других исследователей, предлагается следующая технология производства арболита на основе измельченных отходов хлопчатника для Республики Чад.

Производство изделий из арболита на измельченных отходах хлопчатника можно осуществлять по стендовой или полуконвейерной технологии. Влияние кинетики изменения сорбционной влажности на предел прочности при сжатии показало, что при нормальных условиях значительно повышается прочность материала, а при относительной влажности 38 % прочность материала ниже по сравнению с высушенными образцами до равновесной влажности при нормальных условиях.

Таким образом, при высокой относительной влажности воздуха (96 %) существенно снижается прочность при сжатии, поэтому стеновой материал из этого арболита рекомендуется применять в среде, где относительная влажность воздуха не более 70 %.

5. Расчеты показали, что себестоимость 1 м3 стены из арболита на основе измельченных отходов хлопчатника класса В1,5 при мощности предприятия 12 тыс. м3 стеновых блоков в год составила 32 и 37 дол. США соответственно при стоимости 1 т стеблей хлопчатника 90 и 115 дол. США.

На Бонгорском комбинате строительных материалов совместно с Энамским университетом была разработана типовая технологическая линия цеха по выпуску арболита на основе измельченных отходов хлопчатника производительностью 12 тыс. м3 применительно к местным условиям.

Данной технологической линией была выпущена опытная партия арбо-литовых стеновых блоков с использованием портландцемента марки 500 и смешанных добавок. Предел прочности при сжатии разработанных арболи-товых изделий в 28-суточном возрасте составил 2,8, 3,0, 3,1 и 2,1 МПа.

Экономическая эффективность от применения арболита на основе измельченных отходов хлопчатника рассчитывалась при применении его как местного строительного материала для стран Центральной Африки и сравнивалась с экономической эффективностью, полученной при использовании других легкобетонных стеновых материалов (табл. 5).

Сравнение показателей говорит в пользу разработанного материала. Кроме того, в отличие от керамического кирпича арболит создает благопри-

ятную экологическую атмосферу, хорошо гвоздится, несгораем, обладает достаточной прочностью, имеет доступную стоимость. Применение арболита на основе измельченных отходов хлопчатника и местных органических заполнителях для малоэтажного жилищного строительства в Республике Чад представляется перспективным.

Таблица 5

Экономическая эффективность от применения арболита на основе измельченных отходов хлопчатника

Показатели

Виды легкобетонных изделий Толщина стен, см Себестоимось, $ Годовая эффективность от применения 120 тыс. м3 легкобетонных изделий, $

1. Ячеистобетонные блоки 30 55 95

2. Кирпич: керамический силикатный 38 38 48 43 130 168

3. Арболиговые блоки: при стоимости 1т отходов хлопчатника 90$ 115$ 20 20 32 37 268 245

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Основными результатами исследования являются следующие положения, развивающие теорию изготовления арболита на основе измельченных

отходов хлопчатника:

1. Для стран Центральной Африки перспективным видом заполнителя для изготовления арболитобетонов являются измельченные отходы хлопчатника. Использование их в производстве легких бетонов позволит расширить сырьевую базу, снизить стоимость бетонов и будет способствовать оздоровлению окружающей среды за счет перехода на безотходное производство.

2. Анализ полученных данных показал, что измельченные отходы хлопчатника выступают в арболите как армирующий заполнитель. При сравнительно высоком их содержании они упрочняют цементный камень, несмотря на воздействие экстрактивных веществ (количество моносахаридов менее 0,1 % от массы цемента) заполнителя.

3. Установлено, что эффективным решением для изготовления арболи-товых изделий на основе отходов хлопчатника является применение смеси на

фракции заполнителя, полученного при измельчении отходов хлопчатника через решето с диаметром отверстий 20 мм со смешанной добавкой (жидкого стекла и хлорида кальция СаС12 или жидкого стекла и сернокислого алюминия А12(804)з, и уплотненной под давлением 0,35 МПа.

4. Согласно методу математического планирования экспериментов расчетные расходы компонентов на 1 м3 изделия составляют: измельченные отходы хлопчатника —210 кг, портландцемент —350 кг.

5. Установлено, что введение в состав арболита смешанных добавок из жидкого стекла и СаС12 или жидкого стекла и А12(504)3 приведет к появлению новых гидратных соединений, т.е. при их присутствии повышается степень гидратации цемента в арболите.

6. Влияние смешанных добавок на сроки твердения показывает, что наиболее эффективными добавками в начальные сроки являются 1,8 % Ж. С. и 0,9 % А12(804)3; Прочность материала в этом случае в суточном возрасте составляет 0,7 и 1,0 МПа, а в 28-суточном возрасте достигает 2,1 и 2,9 МПа. Наибольшую прочность 2,7 и 3,7 МПа в 28-суточном возрасте при использовании марок цемента 400 и 500 показала добавка 1,6 % СаС12 и 0,8 % А12(804)3.

7. Использование золы сухого отбора Бонгорской ТЭС в составе арболита привело к повышению прочности его на 1,1 МПа и снижению расхода цемента до 20 % масс.

8. Показано, что с увеличением удельного давления прессования уменьшается релаксация смеси, повышаются прочность и средняя плотность арболита. Оптимальным давлением прессования при уплотнении арбо-литовой смеси на измельченных отходах хлопчатника является 5... 10 кг/см2, что способствует получению конструкционного арболита класса В 1,5 при расходе на 1 м3 изделий 300...310 кг цемента.

9. Опытным путем установлено, что анализ роста деформации призм из арболита во времени указывает на некоторые отклонения от закономерности. Деформации призм, загруженных при уровне 0,15Кьп> росли медленнее, чем такие же деформации призм при более высоких уровнях загружения. В образцах из керамзитобетона таких отклонений не наблюдалось. Это объясняется большей неоднородностью арболита, приготовленного на отходах хлопчатника.

10. Прочность поризованного арболита пористого строения формируется в одну фазу, разрушение происходит одноступенчатое — по кольматиро-ванному органическому заполнителю, и им определяется в основном прочность материала.

11. Расчеты показали, что себестоимость 1 м3 стены из арболита на основе измельченных отходов хлопчатника класса В 1,5 при мощности предприятия 120 тыс. м3 стеновых блоков в год составила 32 и 37 дол. США соответственно при стоимости 1 т отходов хлопчатника 90 и 115 дол. США.

12. По сравнению с керамическим кирпичом арболит создает благоприятную экологическую атмосферу, хорошо гвоздится, несгораем, обладает достаточной прочностью, имеет доступную стоимость.

ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

Публикации в ведущих рецензируемых научных журналах и изданиях, рекомендованных ВАК

1. Галебуй, Сара. Поризованный арболит на местных отходах сельскохозяйственного производства в Республике Чад / Сара Галебуй // Приволжский научный журнал. - 2011. - № 4. - С. 79 - 85.

2. Жив, А. С. Разработка оптимальных составов поризованного арболита методом математического планирования экспериментов / А. С. Жив, Сара Галебуй, Б. Р. Исакулов // Механизация строительства. - 2012. - № 9. - С. 22 26.

3. Галебуй, Сара. Исследования ползучести поризованного арболита при сжимающих напряжениях / Сара Галебуй // Механизация строительства. -

2011.-№ 9.-С. 18-20.

4. Галебуй, Сара. Механизм формирования прочности и разрушения поризованного арболита на стеблях хлопчатника / Сара Галебуй // Механизация строительства. - 2011.— № 10. - С. 23 — 24.

Публикация в сборнике научно-практической конференции

5. Галебуй, Сара. Теоретические основы механизма формирования прочности и разрушения поризованного арболита на стеблях хлопчатника / Сара Галебуй ; Владим. гос. ун-т // Итоги строительной науки : материалы VI Междунар. науч.-практ. конф. 26 - 28 окт. г. Владимир. - Владимир : ВИТ-принт, 2010. - С. 28 - 32. - 18ВЫ 978-5-9902312-5-2.

Автор выражает глубокую благодарность к. т. и., доц. Б.Р. Исакуловуза научные консультации при проведении экспериментов и обсуждении результатов работы.

Подписало в печать 21.01.13. Формат 60x84/16. Усл. печ. л. 1,16. Тираж 100 экз. Заказ £ Издательство Владимирского государственного университета Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых. 600000, Владимир, ул. Горького, 87.

ВВЕДЕНИЕ.

Глава 1. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР ТЕОРЕТИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ В ОБЛАСТИ АРБОЛИТА НА ОСНОВЕ ОРГАНИЧЕСКИХ ЗАПОЛНИТЕЛЕЙ И ТЕХНОЛОГИИ ИХ ИЗГОТОВЛЕНИЯ.

1.1. Изученность отдельных вопросов для выбра направления исследования.

1.2. Технология получения арболита в странах СНГ и России.

1.3. Возможности республики Чад для производства арболита на основе отходов местных сырьевых ресурсов.,.

1.4. Теоретические предпосылки исследований.

Выводы по главе.

Глава 2. МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ ВЫБРАННОГО НАПРАВЛЕНИЯ ПО ИЗГОТОВЛЕНИЮ АРБОЛИТА НА ОСНОВЕ ИЗМЕЛЬЧЕННЫХ СТЕБЛЕЙ ХЛОПЧАТНИКА.

2.1. Исходные сырьевые материалы и методика их испытаний.

2.2. Методика технологических исследований.

2.3. Исследования формирования микроструктуры арболита на основе измельченных стеблей хлопчатника.

2.4. Анализ результаты исследований и технико-экономическая эффективность выбранного направления.

Выводы по главе.

Глава 3. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ОСНОВНЫХ

СОСТАВЛЯЮЩИХ КОМПОНЕНТОВ АРБОЛИТА НА

ЕГО ПРОЧНОСТНЫЕ СВОЙСТВА.

3.1. Изучение зависимости прочностных характеристик арболита от расхода портландцемента и органического заполнителя.

3.2. Проектирование состава арболита с применением теории ИСК и математических методов планирования эксперимента.

3.3. Влияние физических свойств органического заполнителя на физико-механические характеристики арболита.

3.4. Определение причин снижения прочности цементного арболита на измельченных стеблях хлопчатника.

Выводы по главе.

Глава 4. РАЗРАБОТКА ОПТИМАЛЬНЫХ СОСТАВОВ, ИССЛЕДОВАНИЕ СВОЙСТВ И ТЕХНОЛОГИИ ПОЛУЧЕНИЯ АРБОЛИТА НА ОСНОВЕ ИЗМЕЛЬЧЕННЫХ СТЕБЛЕЙ ХЛОПЧАТНИКА.

4.1. Повышение прочности арболита смешанными икомбинированными добавками и наполнителями.

4.2. Повышение физико-механических свойств арболита с использованием отходов промышленности.

4.3. Установление оптимальных параметров гидрообработки измельченных стеблей хлопчатника.

4.4. Влияние поризации сырьвой смеси на прочность арболита.

4.5. Технология получения поризованного арболита на основе измельченных стеблей хлопчатника и гипсо пуццолановых вяжущих.

4.6. Влияние релаксации уплотненной арболитовой смеси на качественные показатели арболита.

4.7. Изучение прочностных и деформационных свойств арболита на основе измельченных стеблей хлопчатника.

4.7.1. Исследование ползучести и механизма формирования прочности арболита на основе измельченных стеблей хлопчатника.

4.7.2. Исследование механизма формирования прочности и разрушения арболита.

4.8. Рекомендуемая технология изготовления арболита на основе измельченных стеблей хлопчатника.

4.9. Огнестойкость.

4.10. Коррозия арматуры, водопоглощение и другие свойства арболита на основе измельченных стеблей хлопчатника.

4.11. Изменение влажности и прочности арболита во времени.

Выводы по главе.

Глава 5. ПРОИЗВОДСТВЕННОе ВНЕДРЕНИЕ И ТЕХНИКО

ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ АРБОЛИТА НА ОСНОВЕ ИЗМЕЛЬЧЕННЫХ СТЕБЛЕЙ ХЛОПЧАТНИКА. .113 5.1. Выпуск опытной партии арболитовых стеновых блоков на основе измельченных стеблей хлопчатника.

5.2. Нормирование технологических параметров производства арболита на основе измельченных стеблей хлопчатника.

5.3 . Расчет ожидаемой технико-экономической эффективности производства арболита на основе измельченных стеблей хлопчатника.

Выводы по главе.

Актуальность темы. В строительной индустрии Центральной Африки применяют широкий спектр теплоизоляционных материалов. Одной из стратегически важных задач развития Республики Чад является создание и обеспечение строительной отрасли новыми эффективными строительными материалами. Согласно этму в основных направлениях социально-экономического развития страны отражена необходимость использования промышленных и сельскохозяйственных отходов в производстве строительных материалов, расширения ассортимента и объема поставки высококачественной продукции для нужд республики.

В связи с постоянным ростом объемов строительства требуется все больше строительных материалов и изделий. Наблюдается тенденция к снижению массы строительных конструкций, в частности ограждающих, за счет применения легких бетонов на основе органических заполнителей растительного происхождения и автоклавных ячеистых бетонов, характеризующихся низкой плотностью (550 — 650 кг/м3) и довольно высокой прочностью (3,0 - 7,0 МПа) при минимальном расходе сырьевых материалов.

К таким строительным материалам относится арболит, состоящий из подобранной смеси вяжущего, органических заполнителей растительного происхождения, воды и различных химических добавок. В качестве органических заполнителей используются отходы деревообрабатывающей отрасли, лесозаготовок и отходы однолетних сельскохозяйственных культур: солома и шелуха риса, отходы сахарного тростника, костра льна, стебли хлопчатника.

Организация производства строительных материалов, в частности легкого арболитобетона, с использованием в качестве сырьевых компонентов отходов промышленности и сельского хозяйства представляет актуальную проблему в области строительной отрасли в странах Африки.

В данное время более десяти научных, строительных и учебно-проектных организаций в Центральной Африке занимаются исследовательскими работами в области арболита, а более 15 предприятий, в том числе в Республике Чад, производят арболитовые изделия и конструкции, построен не один десяток объектов промышленного и гражданского назначения. Широко применяются арболитовые изделия и конструкции в строительной индустрии ЮАР, Анголы, Алжира, Марокко, Египта, Ливии, Ганы и Чада.

Современные требования к качеству арболита ставят задачу по дальнейшему повышению физико-механических и химических показателей данного материала. Проведенные исследования учеными разных стран показали, что повысить эффективность производства, упростить технологию изготовления изделий из арболита и улучшить свойства материала можно целенаправленным изменением свойств и структуры арболитовой смеси.

Исследования указывают на высокую деформативность этого материала, что требует постановки дополнительных опытных работ [2, 47, 53, 63].

Для производства арболита страны Центральной Африки имеют богатейшую базу. В безлесных районах сырьем могут служить измельченные стебли хлопчатника, рисовая солома и лузга, измельченные отходы сахарного тростника, запасы которых в данное время практически неисчерпаемы и ежегодно возобновляются [2, 3, 5, 8].

Цель данной работы - получение конструкционного арболита классов о

ВО,35 — В1 средней плотностью не более 650 кг/м на основе измельченных стеблей хлопчатника путем совершенствования состава и способа изготовления и изучение его строительно-эксплуатационных и деформативных свойств для возможного применения в несущих и ограждающих стеновых конструкциях.

В соответствии с поставленной целью решаются следующие задачи: разработка методики подбора состава арболита на измельченных стеблях хлопчатника с применением теории искусственных строительных конгломератов и математических методов планирования эксперимента; оптимальный выбор измельчительных машин для дробления стеблей хлопчатника и изучение процесса измельчения последних;

- изучение механизма влияния водоэкстрактивных веществ на стебли хлопчатника и кинетику роста прочности цемента и его составляющих с добавками и без добавок;

- разработка оптимальных составов арболита на измельченных стеблях хлопчатника с применением смешанных и комбинированных добавок и наполнителей (отходов промышленности);

- изучение влияния способов гидрообработки заполнителя, поризации сырьевой смеси и релаксации после уплотнения арболитовой смеси на физико-механические свойства и оптимизацию технологических параметров изготовления;

- экспериментальное изучение физико-механических и деформативных свойств арболита при различных сжимающих напряжениях с целью применения его в ограждающих конструкциях зданий;

- разработка технологии изготовления конструкционного арболита на измельченных стеблях хлопчатника классов В2 и В2,5 с использованием наиболее эффективных технических решений и нормирование рецептурно-технологических параметров;

- технико-экономическая оценка предложенной технологии производства арболита на измельченных стеблях хлопчатника при изготовлении стеновых блоков на комбинате строительных конструкций в Бонгоре Республике Чад.

Научную новизну работы составляют:

- впервые разработана методика технологических решений по изготовлению арболита на основе измельченных стеблей хлопчатника и новые конкурирующие направления развития технологии производства арболита.

- впервые выявлены механизмы влияния экстрактивных веществ стеблей хлопчатника на кинетику твердения цемента, клинкера и его отдельных минералов;

- разработаны новые составы и способы изготовления арболита на основе измельченных стеблей хлопчатника с более высокими прочностными и строительно-эксплуатационными характеристиками;

- обоснованы опытные данные, полученные на образцах из арболита при длительном действии нагрузки, и механизм формирования прочности.

Автор защищает:

- правомерность использования нового состава заполнителя, смешанных и комбинированных добавок и отходов промышленности для арболи-товых смесей;

- механизм влияния экстрактивных веществ стеблей хлопчатника на кинетику твердения цемента, клинкера и составляющих минералов;

- методику оценки качества заполнителя и подбора состава арболита на измельченных стеблях хлопчатника, обеспечивающую оптимальную структуру;

- совершенствование передовых технических и технологических решений по получению конструкционного арболита ускоренного твердения;

- экспериментально полученные физико-механические свойства на образцах из арболита при длительном действии нагрузки и теоретические основы механизма формирования прочности с новыми техническими решениями;

Достоверность результатов работы обеспечена статистической обработкой экспериментально полученных данных на основе длительных наблюдений за ростом формирования прочности нового материала.

Практическое значение заключается в разработке технологий теплоизоляционного и конструкционного арболита на измельченных стеблях хлопчатника классов В 1,0 и В2,0. Технология позволяет использовать измельченные стебли без рассева, интенсифицировать твердение арболита и повысить его прочность на 50 - 70 % при умеренном расходе цемента, что способствует организации безотходной технологии и улучшению комплекса физико-механических свойств изделий из арболита.

Результаты исследований использованы при составлении норм: NN4.10.1.109 «Стебли хлопчатника прессованные»; "ЫМ. 10.1.273, «Измельченные стебли хлопчатника для арболита»; NM. 10.1.313 «Арболит на измельченных стеблях хлопчатника и изделий из него» NM. 10.1.109.

Научные публикации. По теме диссертации опубликовано пять печатных работ, в том числе четыре статьи в центральных рецензируемых изданиях, рекомендованных ВАК РФ:

1. Галебуй, Сара. Поризованный арболит на местных отходах сельскохозяйственного производства в Республике Чад / Сара Галебуй // Приволжский научный журнал. - 2011. - № 4. - С. 79 - 85.

2. Жив, А. С. Разработка оптимальных составов поризованного арболита методом математического планирования экспериментов / А. С. Жив, Сара Галебуй, Б. Р. Исакулов // Механизация строительства. — 2012. — № 9. — С. 22 -26.

3. Галебуй, Сара. Исследования ползучести поризованного арболита при сжимающих напряжениях / Сара Галебуй // Механизация строительства. — 2011.-№9.-С. 18-20.

4. Галебуй, Сара. Механизм формирования прочности и разрушения поризованного арболита на стеблях хлопчатника / Сара Галебуй // Механизация строительства. - 2011- № 10. - С. 23 - 24.

5. Галебуй, Сара. Теоретические основы механизма формирования прочности и разрушения поризованного арболита на стеблях хлопчатника / Сара Галебуй ; Владим. гос. ун-т // Итоги строительной науки ¡материалы VI Меж-дунар. науч.-практ. конф. 26 - 28 окт. г. Владимир. — Владимир : ВИТ-принт, 2010. - С. 28 - 32. - ISBN 978-5-9902312-5-2.

Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов, библиографического списка, включающего 86 наименований. Общий объем работы — 150 страниц машинописного текста, в том числе 126 страниц основного текста, 47 таблиц и 34 рисунка

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Для стран центральной Африки перспективным видом заполнителя для изготовления арболит обетонов являются измельченные стебли хлопчатника. Использование их в производстве легких бетонов позволит не только расширить сырьевую базу, снизить стоимость бетонов и будет способствовать оздоровлению окружающей среды за счет перехода на безотходное производство.

2. В экспериментальных исследованиях для измельчения стеблей хлопчатника было выбрано измельчительное оборудование марки Р160-1500.

3. Установлено, что с увеличением содержания заполнителя возрастает водоцементное отношение. Анализ полученных в наших исследованиях данных показал, что измельченные стебли хлопчатника в выступают в арболите как армирующий заполнитель. При сравнительно невысоком их содержании они упрочняют цементный камень, несмотря на воздействия водоэкстрактивных веществ (количество моносахарида менее 0,1 % от массы цемента) заполнителя.

4. Установлено, что эффективным решением для изготовления арболи-товых изделий на основе стеблей хлопчатника является применение смеси, на фракции заполнителя, полученного при измельчении стеблей через решето с диаметром отверстий 20 мм со смешанной добавкой (жидкого стекла и хлорида кальция или жидкого стекла и сернокислого алюминия) и виброуплотненной под давлением 0,35 МПа.

5. Согласно методу математического планирования экспериментов расчетные расходы компонентов характеристики на 1 м3 изделия составляют: измельченные стебли хлопчатника - 210 кг, портландцемент - 350 кг.

6. Установлено, что введение в состав арболита смешанных добавок из жидкого стекла и СаСЬ или жидкого стекла и А^фО^з приведет к появлению новых гидратных соединений, т.е. при их присутствии повышается степень гидратации цемента в арболите.

7. Влияние смешанных добавок на сроки твердения показало, что наиболее эффективными добавками в начальные сроки твердения являются 1,8 % жидкого стекла и 0,9 % А12(804)3, при этом прочность материала в суточном возрасте составляет 0,7 и 1,0 МПа, а в 28 - суточном возрасте достигает 2,1 и 2,9 МПа. Наибольшую прочность 2,7 и 3,7 МПа в 28 - суточном возрасте, при использовании марок цемента 400 и 500, показала добавка 1,6 % СаС12 и 0,8 %А17{80,\.

8. Введение комбинированных добавок - сочетания карбалидо-формальдегидной смолы (КФ-МТ) с индивидуальными и смешанными добавками влияет на предел прочности арболита при сжатии показало. При йене пользовании КФ-МТ 14,3 %. масс в сочетании ее с индивидуальными добавками (Ж.С., СаС/2 и др.) не дает увиличения прочности, а при введении 1,3 % КФ-МТ с 1,8 % Л/2(£04)з и смешанной добавки 1,8 % Ж.С и 1,6 % СаС/2 прочность арболита при сжатии повышается в 28 суточном возрасте до 1,8 и 2,1 МПа.

9. Использование золы сухого отбора Бонгорского ТЭЦ в составе арболита привело к его повышению прочности на 1,1 МПа и снижению расхода цемента до 20 %. Масс.

10. Показано, что с увеличением удельного давления прессования уменьшается релаксация смеси, повышаются прочность и средняя плотность арболита. Пптимальным давлением прессования при уплотнении арболитовой смеси на измельченных стеблях хлопчатника являются 5.10 кг/м , что способствует получению конструкционного арболита класса В 1,5 при расходе на 1 м3 изделий 300.330 кг цемента.

11. Опытным путем установлено, рост деформации призм из арболита во времени указывает на некоторые отклонения от закономерности. Деформации призм, загруженных, при уровне 0,15 КЬп, росли медленней, чем такие же деформации призм, загруженных при более высоких уровнях. В образцах из керамзитобетона таких отклонений не наблюдалось. Это объясняется большей неоднородностью арболита, изготовленного на измельченных стеблях хлопчатника.

12. Прочность поризованного арболита пористого строения формируется в одну фазу, разрушение происходит одноступенчатое - по кольматирован-ному органическому заполнителю и им определяется, в основном, прочность материала.

13. Применение арболитовых блоков объемной массой 600-650 кг/м для возведения наружных стен малоэтажных жилых зданий вместо традиционного керамического и силикатного кирпича сокращает трудоемкость строительства в 2,5 - 3,3 раза, энергоемкость производства уменьшается в 2 раза, энергозатраты на отопление при эксплуатации зданий - на 20 %.

14. Расчеты показали, что себестоимость 1 м стены из арболита на основе измельченных стеблей хлопчатника класса В 1,5 при мощности предприятия 120 тыс. м3 стеновых блоков в год составила 32 и 37 дол США соответственно при стоимости 1 т стеблей хлопчатника 90 и 115 дол США.

15. По сравнению с кирпичом арболит создает благоприятную экологическую атмосферу, хорошо гвоздится, несгораем, обладает достаточной прочностью, имеет доступную стоимость.

1. Арболит. Производство и применение. — М. : Стройиздат, 1977. — 347 с.

2. Абраменко, Н. Й. Поризованный цементный арболит на древесных заполнителях :автореф. дис. канд. техн. наук / Абраменко Н. И. ; Науч.-исслед. ин-т бетона и железобетона. — М., 1980. 18 с.

3. Александровский, С. В. О влиянии длительного действия внешней нагрузки на режим высыхания и усадку бетона / С. В. Александровский // Труды НИИЖБ. Вып. 4. М., 1959. - С. 158 - 165.

4. Арутюнян, H. X. Некоторые вопросы теории ползучести / H. X. Ару-тюнян. M.-JI. : Гостехиздат, 1952. - 302 с.

5. Арболит и его применение / под ред. М. И. Клименко. — Саратов : Изд-во Сарат. ун-та, 1976. С. 16.

6. Батырбаев, Г. А. Оборудование для измельчения стеблей хлопчатника для производства арболита / Г. А. Батырбаев // Арболит и его применение : сб. ст. / под ред. М. И. Клименко. — Саратов : Изд-во Сарат. ун-та, 1976.-С. 65-71.

7. Батырбаев, Г. А. Арболит на одубине и гуза-пае / Г. А. Батырбаев, Р. Б. Ермекбаева // Труды Алма-Атинского НИИстромпроекта. Алма-Ата, 1969. - Ко 9 (11). - С. 59 - 63.

8. Батырбаев, Г. А. Параметры изготовления и эффективность арболита на дробленых стеблях хлопчатника / Г. А. Батырбаев // Бетон и железобетон. 1977. - № 7. - С. 28 - 29.

9. Гвоздев, А. А. Температурно-усадочные деформации в массивных бе-^тонных блоках / А. А. Гвоздев // Известия Академии наук СССР, отдние техн. наук. 1953. - № 4. - С. 156 - 158.

10. Гвоздев, А. А. Некоторые механические свойства бетона, существенно важные для строительной механики железобетонных конструкций / А.

11. A. Гвоздев // Труды НИИЖБ. Вып. 4. М., 1959. - С. 7 - 18.

12. Крылов, Г. А. Механизация переработки сырья в производстве дре-весно-стружечных плит / Г. А. Крылов // Плиты и фанера. Вып. 12. — М., 1984.-С. 12-14.

13. Исакулов, Б. Р. Прочность и деформативность поризованного арболита / Б. Р. Исакулов. Актобе, 2007. - 132 с. - ISBN 9965-02-066-3.

14. Isakulov, В. R. Imparting stzenth to foam fibrius contoining organic concrete / B. R. Isakulov // Our world in Concrete and Structures. 22 24 Aug. - Singapore, 2000.

15. Справочник по производству сборных железобетонных изделий / под ред. К. В. Михайлова, А. А. Фоломеева. М. : Стройиздат, 1982. — 440 с.

16. Производство и применение арболита / под ред. С. М. Хасдана. М. : Лесная промышленность, 1981. — 216 с.

17. Пономаренко, Б. Н. Арболит в сельском строительстве / Б. Н. Понома-ренко. Краснодар, 1973. - 120 с.

18. Наназашвили, И. X. Арболит эффективный строительный материал / И. X. Наназашвили. - М., 1984. - 122 с.

19. Оболевская, А. Б. Химия древесины и полимеров / А. Б. Оболевская,

20. B. П. Щеглов. М., 1980. - 168 с.

21. Касимов, И. К. Забытая гуза-пая / И. К. Касимов // Правда Востока. -1984.-23 нояб.-С. 4.

22. Пономаренко, Б. Н. Индустриальные конструкции из арболита на местных заполнителях (по материалам Краснодарского края) : автореф.дис. . канд. техн. наук / Пономаренко Б. Н.; Ростов, инженер.-строит. ин-т. Ростов н/Д, 1974. - 16 с.

23. Маслов, Г. Н. Термическое напряженное состояние бетонных массивов при учете ползучести бетона / Г. Н. Маслов // Известия НИИГ. Т. 28. М.: Госэнергоиздат, 1941. - С. 278 - 280.

24. Исакулов, Б. Р. Применение промышленных отходов в строительстве / Б. Р. Исакулов // Вестник Каракалпакского отд-ния Академии наук Республики Узбекистан. -Нукус, 2005. -№2(201).- С. 33-34.

25. Инструкция по проектированию, изготовлению и применению конструкций и изделий из арболита // СН 549-82 / Госстрой СССР. М. : Стройиздат, 1983. — 47 с.

26. СНиП 2.03.01 84. Бетонные и железобетонные конструкций / Госстрой СССР. - М.: Стройиздат, 1983. - 77 с.

27. Коротаев, Э. И. Производство строительных материалов из древесных отходов / Э. И. Коротаев, М. И. Клименко. М. : Лесная промышленность, 1977. - 168 с.

28. Котин, Н. И. Исследование ползучести бетона при высоких напряжениях / Н. И. Котин // Труды НИИЖБ. Вып. 4. М., 1959. - С. 95 - 114.

29. Кириллов, А. П. Ползучесть бетона в условиях двухосного сжатия / А. П. Кириллов, Э. Я. Багрий / Бетон и железобетон. 1990. - № 1. - С. 13 -14.

30. Нехорошее, А. В. О влиянии электрических и магнитных полей на процессы структурообразования коллоидных систем / А. В. Нехорошее и др. // Труды VIII Всесоюз. конф. по коллоидной химии и физико-химической механике. — Ташкент, 1983. — С. 93 — 94.

31. Щербаков, А. С. Влажностные деформации арболита / А. С. Щербаков // Бетон и железобетон. 1976. — № 10. - С. 51.

32. СН 549-82. Инструкция по проектированию, изготовлению и применению конструкций и изделий из арболита / Госстрой СССР. М., 1982.-С. 44.

33. Саталкин, A.B. Раннее нагружение бетона и твердение его под нагрузкой / А. В. Саталкин, Б. А. Сенченко // Труды военно-транспортной академии Вооруженных сил. Вып. 20. М., 1946. - С. 220.

34. Справочник по производству и применению арболита / под ред. И. X. Наназашвили. — М.: Стройиздат, 1987. — С. 195.

35. Рыбьев, И. А. Строительные материалы на основе вяжущих веществ (искусственные строительные конгломераты) : учеб. пособие для вузов / И. А. Рыбьев. М.: Высш. шк., 1978. - 309 с.

36. Фрайфельд, С. Е. Собственные напряжения в железобетоне / С. Е. Фрайфельд. М.: Стройиздат, 1941. - 300 с.

37. ТУ 65-484-84. Арболит на шлакощелочном вяжущем. — Киев, 1984. -26 с.

38. Пирадов, К. А. Подход к оценке напряженно-деформированного состояния железобетонных элементов через параметры механики разрушения / К. А. Пирадов, Е. А. Гузеев // Бетон и железобетон. — 1994. — №5.-С. 19-23.

39. Временные рекомендации по механизации уборки и заготовки стеблей хлопчатника для промышленных целей / М-во сел. хоз-ва УзССР. -Ташкент, 1982. 19 с.

40. Савин, В. И. Технология и свойства поризованного арболита / В. И. Савин, Н. И. Абраменков, JL Е. Будашкина // Тезисы докл. науч.-техн. конф. 2-4 сент. Владивосток, 1980. - С. 30.

41. Совещание по теории расчета и конструированию железобетона, организованное в 1956 г. НТО строительной промышленности СССР // Тезисы докл. — М. : Изд-во НТО строительной промышленности СССР, 1956.-С. 243.

42. Хорошун, JI. П. Прочность и деформативность арболита / JT. П. Хоро-шун, А. С. Щербаков. Киев : Наук, думка, 1979. - 192 с.

43. Рекомендации по применению химических добавок в бетоне / НИИЖБ Госстроя СССР. М.: Стройиздат, 1977. - 16 с.

44. Ржаницын, А. Р. Неупругие деформации систем во времени / А. Р. Ржаницын // Исследования по строительной механике. — М. : Госстрой-издат, 1954. 286 с.

45. Кавалерова, В. И. Нефелиновый цемент в строительное производство / В. И. Кавалерова, Б. 3. Чистяков // Строительство и архитектура. -1970. -№12.-С. 28-36.

46. Румако, Т. К. Исследования влияния водорастворимых веществ на гидратацию портландцемента в арболите / Т. К. Румако, И. Ф. Замасова // Арболит и его применение : сб. науч. тр. Саратов : Изд-во Сарат. унта, 1976.-С. 114-120.

47. А. с. 442061 СССР. Технологическая линия для изготовления изделий из бетонной смеси с органическим заполнителем растительного происхождения / А. А. Акчабаев, Ж. Т. Тусубеков, К. К. Данияров (СССР) // Открытия. Изобретения. 1974. - № 33.

48. Исакулов, Б. Р. Легкие бетоны на основе отходов промышленности и местных сырьевых ресурсов Казахстана и Средней Азии / Б. Р. Исакулов, А. С. Жив. Актобе, 2011. - 350 с. - ISBN 9965-13-916-3.

49. Яшин, А. В. Ползучесть бетона в раннем возрасте // Исследование свойств бетона и железобетонных конструкций / А. В. Яшин // Труды НИИЖБ. Вып. 4. М., 1959. - С. 35 - 74.

50. Куликов, В. А. Технология клееных материалов и плит : учеб. для вузов по спец. "Технология деревообработки" / В. А. Куликов, А. Б. Чубов. М.: Лесная промышленность, 1984. — 343 с.

51. Склизков, Н. И. Эффективный способ формования арболита / Н. И. Склизков, И. X. Наназашвили // БСТ. 1978. - № 4. - С. 47 - 48.

52. Слесарев, Ю. М. Приготовление бетонной смеси и строительногораствора : учеб. для ПТУ / Ю. М. Слесарев. 2-е изд., перераб. и доп. -М.: Высш. шк., 1984. - 135 с.

53. ВНТП 01-82. Временные нормы технологического проектирования предприятий арболитовых изделий. М., 1982. - 125 с.

54. Gianvill, W. Н. The creep of flow of concrete under load. Building Research Technical paper / W. H. Gianvill. Hus Majestys Stationery Office, 1930.-№12.

55. Буданов, H. А. Расчет железобетонных конструкций с учетом ползучести бетона / Н. А. Буданов. — М.: Стройиздат, 1949. 376 с.

56. Кузнецов, А. А. Экспериментальная проверка формул проектов НИТУ 1938 г. для расчета гибких колонн на внецентренное сжатие в условиях длительного действия нагрузки / А. А. Кузнецов // Учебные тр. НИПС за 25 лет. М.: Госстройиздат, 1952. - С. 256.

57. Комар, А. Г. Строительные материалы и изделия : учебник / А. Г. Комар. М.: Высш. шк., 1983. — 483 с.

58. Клименко, М. И. Исследование арболита на основе высокопрочного гипса : автореф. дис. . канд. техн. наук / Клименко М. И. ; Всесоюз. заоч. инженер.-строит. ин-т (ВЗИСИ). М., 1971. - 18 с.

59. Мень, А. Н. Физико-химические свойства нестехиометрических оксидов / А. Н. Мень, Ю. П. Воробьев, Г. И. Чуфаров. Л.: Химия, Ленингр. отд-ние, 1973.-223 с.

60. Пирадов, К. А., Механика разрушения железобетона / К. А. Пирадов, Е. А. Гузеев. М.: Новый век, 1998. - 192 с.

61. Столяров, Я. В. Введение в теорию железобетона / Я. В. Столяров. -М.: Стройиздат, 1941.-232 с.

62. Чистяков, Б. 3. Использование минеральных отходов промышленности в производстве строительных материалов / Б. 3. Чистяков, А. Н. Лялинов. — Л.: Стройиздат, Ленингр. отд-ние, 1984. — 152 с.

63. Минас, А. И. Специфические свойства арболита / А. И. Минас, И. X. Наназашвили // Бетон и железобетон. 1978. - № 6. - С. 19 -20.

64. Касимов, И. К. Особенности получения арболита на основе гуза-паи / И. К. Касимов. А. А. Тулаганов, Ш. Т. Абдукамилов // Бетон и железобетон. 1991. -№ 5. - С. 20-22.

65. Камилов, X. X. Технология и свойства арболита на основе безобжигового вяжущего и сельскохозяйственных отходов : автореф. дис. . канд. техн. наук / Камилов X. X. — Ташкент, 1997. — 20 с.

66. Norme NF EN 206-1 ТС 104 du Comité Européen de Normalisation (CEN) Annexe Nationale. 2008. - N 5. - P. 26 - 28.

67. Norme NF EN 20-620 TC 104 du Comité Européen de Normalisation (CEN) Annexe Nationale. 2004. - N 2. - P. 80 - 108.

68. Norme NF EN 934-2 TC 104 du Comité Européen de Normalisation (CEN) Annexe Nationale. 2005. - N 5. - P. 75 - 88.

69. Norme NF EN 450-1 TC 104 du Comité Européen de Normalisation (CEN) Annexe Nationale. 2004. - N 4. - P. 31 - 37.

70. Norme NF EN 197-1 TC 104 du Comité Européen de Normalisation (CEN)

71. Annexe Nationale. 2003. - N 4. - P. 36 - 43.

72. Norme NF EN 13055-1 TC 104 du Comité Européen de Normalisation (CEN) Annexe Nationale. 2007. - N 3. - P. 40 - 58.

73. Norme NF EN 18-506 TC 104 du Comité Européen de Normalisation (CEN) Annexe Nationale. 2004. - N 4. - P. 26 - 28.

74. Norme XPENV 199-2 TC 104 du Comité Européen de Normalisation (CEN) Annexe Nationale. 2006. - N 5. - P. 45 - 55.

75. Nonne EN 1961-1 TC 104 du Comité Européen de Normalisation (CEN) Annexe Nationale. 2002. - N 5. - P.l 00 - 108.

76. Norme NFP 18-305 TC 104 du Comité Européen de Normalisation (CEN) Annexe Nationale. 2004. - N 4. - P. 107 - 109.

77. Norme NFX 10-021 TC 104 du Comité Européen de Normalisation (CEN) Annexe Nationale. 2007. - N 5. - P. 43 - 47.

78. Norma NFN 934-2 TC 104 du Comity European de Normalization (CEN) Annexes National. 2007. - N 5. - P. 33 - 37.

79. ENV 1992-1-1. TC 104 du Comity European de Normalization (CEN) Annexe Nationale. 2003. - N 2. - P. 43 - 47.

80. NORME ENV 1992-1-4. TC 104 du Comity European de Normalization (CEN) Annexe Nationale. 2004. - N 3. - P. 27 - 35.

81. SU 1618737 AI Арболитовая смесь.

82. SU 1618737 AI Сырьевая смесь для получения арболита.

83. SU 15870.27 AI Способ изготовления арболитовых строительных конструкций.

84. RU 2088547 Cl Способ изготовления изделий из композиционного материала на основе целлюлозосодержащего заполнителя растительного происхождения и минерального вяжущего.

85. RU2331 618C2 Теплоизоляционный арболит