Пінобетон, армований дискретними поліпропіленовими волокнами - Автореферат

В умовах енергетичної кризи високі теплозахисні властивості будівельних матеріалів мають першорядне значення. Робота виконана в рамках завдань комплексної Державної програми енергозбереження України, а також Державної цільової програми „Розвиток виробництва ніздрюватобетонних виробів та їх застосування в будівництві України на 2005-2011 роки”, яка затверджена Кабінетом Міністрів України (постанова №684 від 26 травня 2004 року), науково-дослідних робіт „Розробка енергозберігаючих технологій будівельних матеріалів та виробів на основі вторинних матеріальних ресурсів”, реєстраційний номер 0106U002023, 2006 - 2009 р, рівень участі дисертанта - виконавець. визначити вплив параметрів дискретних волокон на реологічні властивості формувальної суміші та структури і властивості армованого пінобетону; розробити технологію виробництва теплоізоляційного пінобетону, армованого дискретними поліпропіленовими волокнами; Наукова новизна одержаних результатів: - встановлено залежність підвищення стійкості піни із піноутворювача ПБ-2000 за рахунок введення колоїдного стабілізатора карбоксиметилцелюлози (Na-КМЦ) та рідкого скла, які підвищують вязкість розчину міжплівкового простору та сприяють закупорці каналів Плато, що сприяє зниженню швидкості стікання рідини до 10 % / хв. та підвищенню стійкості піни з 5 до 35,5 хв.Пінобетонна технологія потребує точного дотримання регламенту виробництва, врахування взаємозвязку та впливу багатофакторного процесу кожного етапу виготовлення пінобетонної суміші на її властивості та фізико-технічні властивості пінобетону. Сьогодні використовуються в основному, три види армуючих волокнистих матеріалів: волокна (фібри) у вигляді коротких відрізків тонкого сталевого дроту, мінеральні волокна та волокна органічного походження. Для цього були проведені дослідження властивостей піни та піноцементної суміші, також властивостей неармованих розчинів, вплив параметрів волокон на структурні та фізико-механічні властивості цементного каменю. Третій розділ присвячено теоретичним та експериментальним дослідженням модифікації піноутворювача, його властивостей та складу, а також складу та властивостей матриці. Згідно з отриманих даних було визначено, що склад з найбільшою кратністю знаходиться в наступних межах відсоткового складу компонентів суміші: ПБ-2000 - 1,72-2,22%; рідке скло - 2,22-2,52% та КМЦ - 0-1,18%, а максимальна кратність при складі: ПБ-2000 - 2,016%, рідке скло - 2,184% и КМЦ - 0%, що відповідає кратності - 24,184 (рис.3).Встановлено залежність підвищення стійкості піни із піноутворювача ПБ-2000 за рахунок введення колоїдного стабілізатора карбоксиметилцелюлози (Na-КМЦ) та рідкого скла, які підвищують вязкість розчину міжплівкового простору та сприяють закупорці каналів Плато, що сприяє зниженню швидкості стікання рідини до 10 %/хв. та підвищенню стійкості з 5 до 35,5 хв. Дослідженнями встановлено, що введення піни, яку отримали на основі модифікованого піноутворювача, дозволяє отримати дрібнозернисту структуру з рівномірно розподіленими порами. Міцність на стиск цих зразків відповідає ДСТУ Б В.2.7-45-96 і дорівнює 0,74 МПА при щільності теплоізоляційного пінобетону 425 кг/м?. Введення в піномасу волокон довжиною від 5 до 30 мм в кількості 0,1-0,3% створює армуючий каркас, який знижує усадочні явища при формуванні виробів та надає структурі загальні риси з волокнистими матеріалами, які мають рівномірнорозподілену пористість, а також схожість з зернистими матеріалами, які мають високу зернову пористість. Вперше встановлено, що при заміні молотого піску відходами пиляння граніту міцність дисперсно-армованого пінобетону зростає на 19,3-26,7% (1,1-1,2 МПА) за рахунок підвищення поверхневої енергії внаслідок штучного руйнування граніту та збільшення питомої поверхні в 12,5 разів.

2. Основний зміст роботи

Основні наукові і практичні результати, висновки та рекомендації роботи полягають в наступному: 1. Встановлено залежність підвищення стійкості піни із піноутворювача ПБ-2000 за рахунок введення колоїдного стабілізатора карбоксиметилцелюлози (Na-КМЦ) та рідкого скла, які підвищують вязкість розчину міжплівкового простору та сприяють закупорці каналів Плато, що сприяє зниженню швидкості стікання рідини до 10 %/хв. та підвищенню стійкості з 5 до 35,5 хв. При цьому оптимальна концентрація Na-КМЦ складає 1%, а рідкого скла - 1,5%.

2. Дослідженнями встановлено, що введення піни, яку отримали на основі модифікованого піноутворювача, дозволяє отримати дрібнозернисту структуру з рівномірно розподіленими порами. Міцність на стиск цих зразків відповідає ДСТУ Б В.2.7-45-96 і дорівнює 0,74 МПА при щільності теплоізоляційного пінобетону 425 кг/м?.

3. Розвинуті теоретичні уявлення про механізм впливу дискретних поліпропіленових волокон на процес структуроутворення пінобетону. Введення в піномасу волокон довжиною від 5 до 30 мм в кількості 0,1-0,3% створює армуючий каркас, який знижує усадочні явища при формуванні виробів та надає структурі загальні риси з волокнистими матеріалами, які мають рівномірнорозподілену пористість, а також схожість з зернистими матеріалами, які мають високу зернову пористість.

4. Вперше встановлено, що при заміні молотого піску відходами пиляння граніту міцність дисперсно-армованого пінобетону зростає на 19,3-26,7% (1,1-1,2 МПА) за рахунок підвищення поверхневої енергії внаслідок штучного руйнування граніту та збільшення питомої поверхні в 12,5 разів.

5. Теоретично обґрунтована та експериментально підтверджена можливість підвищення фізико-механічних властивостей пінобетону за рахунок армування дискретними поліпропіленовими волокнами та модифікації піноутворювача. Підвищення міцності на ранніх термінах твердіння до 0,6 МПА повязано зі структуруванням суміші фібровими включеннями, збільшенням внутрішнього тертя та обмеженим переміщенням компонентів матриці в присутності волокон. Підвищення показників міцності на пізніх термінах є результатом інтенсифікації гідратаційних процесів при твердінні цементного каменю та внаслідок збільшення твердої фази за рахунок введення волокон.

6. Розроблено оптимальний склад компонентів для виготовлення теплоізоляційного дисперсно-армованого пінобетону щільністю до 400 кг/м3. Пропонуються наступні співвідношення компонентів: обєм піни - 1107 -1145 л, довжина волокон - 10-15 мм и концентрація волокон - 0,16-0,22%. Цей склад відповідає наступним властивостям: щільність 400 кг/м3; міцність на стиск 0,88 МПА; міцність на вигин 0,2 МПА; коефіцієнт теплопровідності 0,1 Вт / м ОС та загальна пористість - 80%.

7. Удосконалена технологія виготовлення пінобетонних виробів, армованих дискретними поліпропіленовими волокнами, на основі піску, відходів пиляння граніту, цементу та модифікованого піноутворювача “ПБ-2000”, що дозволило знизити енерговитрати на виробництво та зменшити собівартість теплоізоляційних виробів.

8. Економічний ефект за рахунок зниження собівартості матеріалів дорівнює 31,96 грн./м?. Економічний ефект від використання виробів з розробленого теплоізоляційного матеріалу в обємі 1000 м? складає 29450 грн./рік.

1. Мосьпан В.И. Стеклоэмаль. Утилизация техногенних отходов. Охрана окружающей среды: Монография / В.И. Большаков, Ю.Л. Савин, А.П. Приходько, Л.С. Савин, В.Я. Иоффе, М.Т. Загуральски, Н.С. Сторчай, А.В. Дзюбан, В.И. Мосьпан, В.О.Петренко. - Днепропетровск: ПГАСА, 2008. С.128-164.

2. Мосьпан В.И. Использование ячеистого бетона для производства мелкоштучных стеновых блоков/ В.А. Мартыненко, В.И. Мосьпан, Г.Я. Яковенко // Ресурсосберегающие технологии бетонов в транспортном и гидротехническом строительстве.- Дн-вск: ДГТУТЖТ, ПГАСА, 1995. - Вып.1. - С. 38.

3. Мосьпан В.И. Использование отходов промышленности в производстве ячеистого бетона / В.А. Мартыненко, В.И. Мосьпан, Г.Я. Яковенко, Ю.И. Калениченко // Ресурсосберегающие технологии бетонов в транспортном и гидротехническом строительстве.- Днепропетровск: ДГТУЖТ, ПГАСА, 1995. - Вып.1. - С. 39.

4. Мосьпан В.И. Технологические факторы, определяющие возможность использования неавтоклавного ячеистого бетона в производстве строительных материалов / В.И. Мосьпан // Вісник Придніпровської державної академії будівництва та архітектури.- Дніпропетровськ: ПДАБА, 1998. - №4. - С. 26 -28.

5. Мосьпан В.И. Экологические терминоэлементы / Л.С. Савин, Л.Г. Чесанов, Ю.Л. Савин, В.И. Мосьпан // Строительство, материаловедение, машиностроение. - Днепропетровск: ПГАСА, 2002. -Вып.21. - С. 48-52.

6. Мосьпан В.И. К вопросу о дисперсном армировании пенобетона / В.Н. Деревянко, В.И. Мосьпан, А.С. Вечер // Вісник Придніпровської державної академії будівництва та архітектури.- Дніпропетровськ: ПДАБА, 2008. - № 4-5. - С. 26 -30.

7. Мосьпан В.И. Повышение стойкости пены в бетонной смеси / В.И. Мосьпан // Вісник Придніпровської державної академії будівництва та архітектури .- Дніпропетровськ: ПДАБА, 2011. - № 1-2. - С. 73 -76.

8. Мосьпан В.И. Физико-химические аспекты взаимодействия техногенного сырья в производстве строительных материалов. /Л.Г. Чесанов, Ю.Л. Савин, В.И. Мосьпан // Безопасность жизнедеятельности в XXI веке: II международный симпозиум, 29 янв. 2002 г.: тезисы докл. - Днепропетровск, 2002.- С. 26-27.

9. Мосьпан В.И. Перспективы использования отходов черной металлургии в промышленности строительных материалов / Л.Г. Чесанов, Ю.Л. Савин, В.И. Мосьпан // Безопасность жизнедеятельности в XXI веке III международный симпозиум, 21 февр. 2003 г.: тезисы докл. - Хургада (Єгипет):2003.- С. 54-55.