Представлены результаты исследований по разработке вермикулитобетонных композитов с применением вулканического пепла и пемзы. Предложены составы вермикулитобетонных композитов, позволяющие существенно сократить расход портландцемента и одновременно повысить их огнезащитные свойства. Применение базальтовых волокон в композитах позволяет повысить прочность, трещиностойкость и огнезащитные свойства покрытия за счет восприятия растягивающих температурных напряжений во время пожара. Замена цемента до 30 % от массы вулканической пемзой фракции d<0,16 мм существенно повышает жаростойкие свойства цементного камня с одновременным увеличением прочности на изгиб и без заметного снижения прочности на сжатие.

Ключевые слова: портландцемент, строительный гипс, известь, вулканический пепел, вулканическая пемза, вспученный вермикулит, базальтовое волокно, смола древесная омыленная, вермикулитобетонный композит, жаростойкие свойства, предел огнестойкости, армоцементные плиты.

Введение

Повышение пожарной безопасности зданий и сооружений является актуальной проблемой в связи с увеличением количества пожаров в последние десятилетия. Основной причиной человеческих жертв и материального ущерба при пожаре является обрушение несущих строительных конструкций. Анализ возможных способов повышения предела огнестойкости конструкций показал, что наиболее эффективным считается нанесение огнезащитных теплоизолирующих покрытий с применением легких заполнителей. В качестве легких заполнителей используют вспученный вермикулит, перлит, гранулированная минеральная вата, керамзит и другие [1, 2, 3]. Легкие заполнители нашли применение и в жаростойких конструкционных и теплоизоляционных бетонах [4, 5]. Для повышения жаростойких свойств цементного камня используют шамот, золу, керамзитовую пыль, трепел и другие.

Кабардино-Балкарская республика располагает большими запасами вулканических горных пород - туфы, пеплы, пемзы, пеплопемзы. Они находят применение в качестве заполнителя и активной минеральной добавки при изготовлении вяжущих, растворов и бетонов [6, 7]. Вместе с тем объемы применения вулканических горных пород в строительстве недостаточны. Применение местного сырья для изготовления новых эффективных строительных материалов и изделий может существенно снизить стоимость строительства.

вермикулитобетонный композит вулканический пепел пемза

Вулканические породы

Для расширения области применения вулканических пород нами разработаны композиты с применением туфового песка и пепла [8, 9, 10].

Дальнейшие исследования были направлены на разработку новых огнезащитных и жаростойких композитов с использованием пепла и пемзы.

В экспериментах использовались: пепел фракции 0-0,16 мм; вулканическая пемза Псыхурейского месторождения с насыпной плотностью 700 кг/м³; вспученный вермикулит фракции 0,16-5 мм; Белгородский портландцемент ПЦ500-ДО; негашеная известь; гипс марки Г-4-II-А; воздухововлекающая добавка смола древесная омыленная (СДО), базальтовая фибра изготовления ОАО "Ивотстекло" марки РНБ-9-1200-4с.

Гранулометрические составы вспученного вермикулита и вулканической пемзы приведены в табл. 1.

Таблица 1

Гранулометрический состав заполнителей

Приготовление смеси производили в бетономешалке принудительного действия, в которой в воду с СДО последовательно загружали сухую смесь портландцемента, гипса, извести, базальтового волокна, вулканического пепла (пемзы), затем - вспученного вермикулита, или предварительно перемешанную всухую смесь портландцемента, гипса, извести, базальтового волокна, вулканического пепла (пемзы) и вспученного вермикулита. Перемешивание всех компонентов продолжали до получения однородной огнезащитной фибровермикулитобетонной сырьевой смеси. Продолжительность перемешивания смеси составляла 1,5 - 2 мин.

Образцы размерами 4х4х16 см из вермикулитобетона уплотняли на стандартной виброплощадке. Подвижность смеси составляла 3-5 см по погружению конуса СтройЦНИЛ. Образцы хранились в воздушно-сухих условиях. Перед испытанием балочки высушивались при = 105 ^оC до постоянной массы в сушильном шкафу.

В результате проведенных экспериментов разработаны вермикулитобетонные композиты с применением вулканического пепла (табл.2).

Таблица 2

Соотношение компонентов в смеси и физико-механические свойства вермикулитобетонных композитов

Результаты исследований показывают, что разработанные составы имеют одинаковую прочность на сжатие и изгиб по отношению к контрольным составам при одновременном снижении расхода цемента и плотности, что обеспечивается пуццолановыми свойствами пепла и применением СДО. Применение строительного гипса и извести в качестве возбудителя скрытой гидравлической активности вулканического пепла позволил значительно сократить расход цемента без снижения прочности огнезащитного композита. При введении смолы древесной омыленной 0,1-0,3 % от массы цемента расход воды для смеси снижается, плотность вермикулитобетона уменьшается на 40-50 кг/м³.

Было исследовано влияние параметров фибрового армирования базальтовыми волокнами на свойства вермикулитобетона с применением ротатабельного плана второго порядка типа правильного шестиугольника.

По результатам эксперимента получены уравнения регрессии в кодированном виде:

Из уравнений регрессии следует, что повышение прочности на сжатие происходит в области плана с и , а прочности на изгиб - и .

Огнезащитные свойства разработанных фибровермикулитобетонных композитов исследовались на двухслойных армоцементных плитах. Плиты изготавливали на стандартной виброплощадке.

Двухслойные плиты размерами 190Ч190 мм испытывали на огнестойкость в соответствии с ГОСТ 30247.0-94. Предел огнестойкости по несущей способности (R) армоцементных плит оценивали по прогреву тканой сетки в конструктивном слое (на границе слоев) до 300 ^оС. Нарушений целостности двухслойных армоцементных плит не обнаружено во время испытаний.

Составы разработанной огнезащитной фибровермикулитобетонной сырьевой смеси приведены в табл.3.

Таблица 3

Соотношения компонентов в вермикулитобетонной смеси

Физико-механические свойства разработанных фибровермикулитобетонных композитов, пределы огнестойкости двухслойных армоцементных плит приведены в табл.4.

Таблица 4

Физико-механические свойства композитов и пределы огнестойкости двухслойных армоцементных плит

Из таблицы 3 и 4 видно, что составы со средней плотностью 480 - 570 кг/м³ имеют более высокие огнезащитные свойства. Кроме того, армирование исходной матрицы базальтовыми волокнами повышает трещиностойкость и огнезащитные свойства покрытия за счет восприятия растягивающих температурных напряжений во время пожара.

В дальнейших экспериментах для получения огнезащитных и жаростойких композитов применялась вулканическая пемза Псыхурейского месторождения.

Результаты исследований свойств композитов на портландцементе ПЦ500-Д0 без добавок и с добавками вулканической пемзы приведены в табл. 5.

Таблица 5

Свойства цементного камня и бетона на цементе с пемзой

Из таблицы 5 следует, что добавка вулканической пемзы фракции d<0,16 мм до 30 % от массы цемента существенно повышает жаростойкие свойства цементного камня с одновременным увеличением прочности на изгиб и без заметного снижения прочности на сжатие, что связано с гидравлической активностью пылевидной фракции вулканической пемзы. Применение пемзы с большими размерами зерен в большей степени снижает прочность на сжатие композита, но при этом существенно повышаются жаростойкие свойства и незначительно снижается средняя плотность композита.

Далее были проведены исследования по разработке огнезащитных и жаростойких вермикулитобетонов с применением вулканической пемзы, результаты экспериментов приведены в табл.6.

Таблица 6

Физико-механические свойства вермикулитобетонов с применением вулканической пемзы

Исследования показали, что при введении до 30 % пемзы фракции 0-0,16 мм по массе от цемента прочностные характеристики вермикулитобетона снижаются незначительно, но при этом повышаются их жаростойкие свойства. Замена части вулканической пемзы вспученным вермикулитом позволяет снизить среднюю плотность вермикулитобетонного композита и повысить их жаростойкие свойства.

Дальнейшие исследования направлены на исследования огнезащитных свойств разработанных композитов с применением вулканической пемзы.

Литература