Виталова нина михайловна эффективные строительные материалы на основе торфа с улучшенными теплотехническими свойствами

Изготавливались образцы составом торф:гипс 1:1,5, естественная влажность торфа 55%, водогипсовое отношение В/Г 0,5. Время перемешивания определялось экспериментально – до получения однородной смеси. Перемешивание производилось в лопастных мешалках принудительного действия. Для каждого варианта перемешивания изготавливались по 12 образцов-кубов с размерами 40×40×40 мм и балочек с размерами 40×40×160 мм. Образцы получали методом прессования с усилием 0,8 МПа. Испытания проводились после сушки при температуре 50…75о С, относительной влажности 50…60% в течение 1 часа. Увеличение или уменьшение оптимального времени и интенсивности перемешивания приводит к ухудшению качества композиционной смеси, что в итоге влияет на физико-механические свойства торфогипсового камня. Кроме этого, на прочностные свойства торфогипсового камня оказывает влияние метод формования. Так как в большинстве случаев для получения штучных изделий применяется метод виброформования, нами также использован данный метод получения торфогипсовых изделий. Рис.1. Пресс-форма для изготовления образцов:1- матрица; 2- пуансон; 3- поддон; 4- пресс-масса Экспериментально установлено, что существует связь между количеством воды затворения и прочностью торфяного камня. Увеличение содержания торфа приводит к снижению плотности и прочности торфогипсового камня как при изгибе, так и при сжатии (табл. 2). Одновременно повышается влажность образцов. Таблица 2 Физико-механические свойства торфогипсового композита Содержание торфа и гипса, % по массе торф/гипс Средняя плотность, кг/м3 Влажность после распалубки, % Предел прочности, МПа при изгибе при сжатии 10/90 20/80 30/70 40/60 50/50 60/40 70/30 80/20 90/10 1180 1090 906 838 670 593 521 450 368 27,0 32,0 37,5 41,2 46,2 41,4 44,9 53,9 57,0 4,1 3,2 2,06 1,92 1,10 0,36 0,28 0,20 0,13 5,8 4,6 3,2 2,91 1,41 0,70 0,54 0,30 0,32 Основными требованиями, предъявляемыми к составу торфогипсового вяжущего, являлись: минимальная плотность при максимальных теплоизоляционных показателях, прочность при сжатии для обеспечения требуемых эксплуатационных характеристик. Экспериментальные исследования показали, что при плотности гипсового камня 500…800 кг/м3 изменения его прочности не наблюдается. Структурообразование торфогипса сопряжено с двумя противоположно направленными процессами. С одной стороны протекают конструкционные процессы, связанные с твердением гипсового камня, а с другой наблюдаются деструкционные явления, характеризуемые свойствами торфа. Таким образом, механические свойства торфогипсового композита зависят не только от особенностей гипсового вяжущего, но и от его количества. Существенное влияние на физико-механические свойства торфогипсового композита оказывает гранулометрический состав торфа. Как чрезмерно мелкие, так и крупные частицы торфа снижают механические свойства композита. Так, например, крупные частицы торфа способствуют образованию пористой матрицы, снижая механическую прочность торфогипсового камня. Экспериментально показано, что для достижения требуемых физико-механических свойств торфогипсового камня частицы торфа должны иметь размеры не более 5 мм. При размерах, больших указанных, происходит перераспределение внутренних усилий в композите, которое в значительной мере зависит от соотношения жесткостей или модулей деформаций его компонентов. Частицы торфа менее жесткие, чем обволакивающая их гипсовая матрица, поэтому прочность торфогипсового композита не достигает прочности самого вяжущего. В этой связи необходимо, чтобы торф имел определенный гранулометрический состав и влажность. Эти два показателя оказывают существенное влияние на прочность полученного торфогипсового камня.Показателей торфогипсовых изделий представленны в табл. 3. Таблица 3 Показатели торфогипсовых изделий Показатели Единицы измерения Назначение изделия теплоизоляционное конструкционно-теплоизоляционное Средняя плотность Предел прочности при изгибе при сжатии Коэффициент теплопроводности Отпускная влажность Пористость кг/м3 МПа Вт/м ∙ К % % 350…550 0,16…0,56 0,40…1,25 0,10…0,14 15 60…75 600…800 0,60…2,85 1,30…3,72 0,2…0,4 17 35…55 Состав композитов приведен в табл. 2, метод уплотнения – виброформование с пригрузом. На прочность торфогипсового композита оказывает влияние последующая сушка. Для получения необходимой прочности торфогипсовые изделия следует сушить при мягком режиме. Тепловая обработка торфогипсового композита в среде насыщенного пара недопустима. Четвертая глава посвящена разработке и исследованию торфоцементных строительных материалов. Разработка состава и проектирование торфоцементного камня заключались в нахождении оптимальной технологии получения композиции, обладающей высокими механическими характеристиками и огнестойкостью. Экспериментальные исследования включали четыре этапа: подбор вида вяжущего; повышение огнестойкости; снижение плотности полученных изделий. Образцы для испытаний на сжатие и изгиб изготавливались методом прессования. Перед прессованием компоненты перемешивались, то есть во влажный торф добавляли вяжущее в необходимых весовых процентах. Отпрессованные изделия выдерживались в естественных условиях в течение 7 и 28 суток, затем определялись следующие показатели: прочность, водопоглощение и морозостойкость. Для определения прочности при изгибе и при сжатии изготавливались методом прессования стандартные кубы размерами 40 × 40 × 40 мм и балочки размерами 40 × 40 × 160 мм. Результаты экспериментальных исследований приведены на рис. 2. Время выдержки – 7 суток Содержание цемента , % по массе Рис. 2. Влияние вяжущего на прочность торфоцементных образцов: 1 - прочность при изгибе, МПа; 2 - прочность при сжатии, МПа Торф в составе торфоцемента выполняет две функции: является органическим заполнителем и одновременно обладает вяжущими свойствами. Кроме этого, вследствие однородности своих частиц, торф обладает текучестью, что является важной характеристикой при прессовании. Свойство торфа удерживать воду оказывает влияние на дальнейшее повышение прочности после прессования. При твердении в течение 28 суток, прочность образцов оказалась выше, чем при 7-суточном твердении. Согласно общей теории твердения, в этом процессе присутствуют две стадии. На первой стадии высокодисперсное вяжущее переходит в качественно измененное метастабильное состояние, а на второй - в относительно устойчивое камневидное вещество. По сравнению с исходным вяжущим в состав затвердевшего камня входит до 60% и более новообразований и небольшая часть цемента не успевает претерпеть деструкционных изменений. Следует отметить, что эти две стадии твердения не изолированы между собой, а накладываются одна на другую без четких границ раздела. Водостойкость торфоцементных образцов характеризуется коэффициентом размягчения, который определяется как отношение предела прочности при сжатии в насыщенном водой состоянии (Пв) к пределу прочности в сухом состоянии (Псх) (рис. 3). С ростом количества вяжущего водостойкость торфоцемента возрастает и практически приближается к значению 0,8. При низком содержании вяжущего вода поглощается оболочками клеток торфа, его капиллярами, а также межклеточными пустотами. Количество влаги в торфе зависит от общего объема этих капилляров и от крупности его частиц. Если сушку торфоцемента проводить в обычных условиях, то наличие влаги, содержащейся в торфе, способствует протеканию гидратационных процессов. Содержание цемента, % по массе Рис. 3. Зависимость коэффициента размягчения от содержания цемента Как и у всех строительных материалов, морозостойкость торфоцемента зависит от водопоглощения. Торфоцементные изделия с большим содержанием вяжущего имеют высокую морозостойкость (рис. 4). Морозостойкость торфоцементных образцов с содержанием цемента по массе 5% после 20-ти циклов замораживания и оттаивания снижается на 18,5%, а после 30-ти циклов – на 27,1%. Число циклов Рис. 4. Зависимость потери прочности торфоцементных образцов от количества циклов замораживания и оттаивания: 1-содержание цемента 5%; 2- содержание цемента 3%; 3 - содержание цемента 1% Недостатком строительных материалов из торфа является их низкая огнестойкость. Для повышения этого показателя было решено в состав торфа вводить молотый шунгит. Выбор этого заполнителя обосновывался тем, что, во-первых, шунгит незначительно повышает плотность готовых изделий, а во-вторых, обладает вяжущими свойствами низкой активности. Заполнители из шунгита с размерами частиц до 90 мкм и от 90 до 1200 мкм оказывают неодинаковое влияние на прочностные свойства торфошунгитового композита (табл. 4). Таблица 4 Содержание шунгита, % Предел прочности, МПа шунгит с размерами частиц до 90 мкм шунгит с размерами частиц от 90 до 1200 мкм при сжатии при изгибе при сжатии при изгибе 1 3 5 7 2,39 2,74 2,94 2,32 1,06 0,85 0,81 1,10 2,92 2,50 3,82 4,10 1,10 0,92 1,21 1,38 В связи с низкими физико-механическими показателями образцов на торфошунгитовой основе было решено в состав композита вводить дополнительное вяжущее в виде цемента. При введении цемента прочность образцов после 28 суточного твердения увеличилась до 12 МПа (рис.5). Было установлено, что интенсивный набор прочности образцов из торфо-шунгито-цементной композиции наблюдается в первые 14 суток - до 90%. Найден оптимальный состав торфо-шунгито-цементных образцов – 90% торфа, 5% цемента, 5% шунгита. Получены торфо-шунгито-цементные материалы с теплоизоляционными свойствами, плотность которых находится в интервале 700…750 кг / м 3, а теплопроводность – 0,08…0,1 Вт / м ∙ К. Время выдержки – 28 суток Содержание цемента , % по массе Рис. 5. Зависимость прочности торфоцементных образцов от содержания цемента: 1 - прочность при изгибе; 2 - прочность при сжатии Одной из важнейших характеристик строительных материалов на основе торфа является его горючесть. Исследования горючести строительных материалов основаны на оценке потери ими массы при огневом воздействии. В работе нас интересовала горючесть торфо-шунгито-цементного композита. Опыты проводились в соответствии с ГОСТ 30244-94, определялось влияние времени выдержки образцов на возгораемость. Испытаниям подвергался ряд материалов из торфа: блоки «Геокар», торфоцемент, торфогипс и торфо-шунгито-цемент (рис. 6). В экспериментальных исследованиях при появлении следов возгорания подъем температуры прекращался. При температуре 100 о С плиты «Геокар» начинали тлеть. Наибольшую температуру выдерживали торфо – шунгито – цементные образцы. На рис. 5 температура тления обозначена горизонтальным участком. Температура возгорания торфо – шунгито – цементной композиции сопоставима с температурой возгорания большинства пород древесины (200…250 о С). Из представленных результатов следует, что разработанные строительные материалы имеют достаточно высокие физико-механические и теплофизические свойства. Характерным является и то, что при возгорании торфошунгитовой композиции выделяется углекислый газ (СО2), продукт разложения шунгита, который препятствует процессу горения. Время огневого воздействия, мин Рис. 6. Температура возгорания изделий на основе торфа 1 – блоки «Геокар»; 2 – торфоцемент; 3 – торфогипс; 4 – торфо-шунгито-цемент В пятой главе на основании экспериментальных исследований разработана технология производства, подобрано необходимое оборудование для него. Результаты внедрены в производство на предприятии «Южа-Торф». Технологическая схема производства торфо-шунгито-цементных плит приводится на рис.7. 1 – склад торфа; 2 – сепаратор; 3 – скребковый транспортер; 4 – бункер торфа; 5 – склад вяжущего; 6 – бункер вяжущего; 7 – дозатор; 8 – смеситель; 9 – формовочная машина; 10 – вагонетка; 11 - сушилка Рис. 7. Технологическая схема производства торфо-шунгито-цементных плит Технологическая схема производства включает в себя этап поступления торфа из карьера в складское хозяйство с последующим отделением крупных и посторонних включений. Со склада, разделённый на виброгрохотах, торф поступает на измельчение до достижения необходимого размера частиц (5 мм). Измельчённый торф подвергается классификации. Подрешёточный продукт поступает на дальнейшую обработку, а надрешёточный – на повторное измельчение. В качестве вяжущего применяется портландцемент, который поступает на предприятие в бумажных мешках. На закрытый склад поступает шунгит и с помощью ковшового элеватора подаётся в приёмный бункер. Из приёмного бункера с помощью питателя шунгит поступает на дробление в волновую дробилку. Измельчённый в волновой дробилке шунгит поступает на вибросито, где происходит его разделение на фракции. Крупные частицы, не проходящие через отверстия вибросита, поступают на повторное измельчение. Дробилки работают в замкнутом цикле. Далее отдозированные компоненты поступают в смеситель, туда же подаётся также необходимое количество воды. После тщательного перемешивания (9…11 минут) получается однородная масса. Полученная после смешивания формовочная масса имеет консистенцию сухой смеси. В качестве перемешивающего устройства выбран смеситель периодического действия лопастного типа. После смешивания масса ленточным транспортёром подаётся в бункер, установленный над агрегатом для прессования. Пресс является двухпозиционным. Процесс формования блоков начинается с заполнения одной формы, а вторая форма, заполненная, находится в режиме прессования. Таким образом, в момент заполнения формовочной массой одной формы, происходит прессование в другой. Пуансон пресса ударно-сжимающего типа после заполнения матрицы формовочной смесью делает 12…15 ударов, затем сжимает её до высоты блока (88 ± 2 мм). Выгрузка отформованного блока осуществляется толкателем, расположенным в нижней части матрицы пресса. Отформованные блоки устанавливаются толкателем на поддон стеллажа. Стеллажи с готовыми блоками (размер 510 × 250 × 88 мм) поступают на пост выдержки, контроля качества и упаковки, а освободившиеся стеллажи транспортируются к прессу формования блоков. Таким образом, технологический цикл производства повторяется. Готовые блоки в течение 14 суток приобретают свою отпускную прочность. Контроль качества блоков производится работниками ОТК, после чего изделия пакуются в пакеты из термоусадочной полиэтиленовой плёнки согласно ГОСТ 25951 - 93. Стоимость одного торфо-шунгито-цементного блока размерами 510 × 250 × 88 мм составляет 11,38 руб., что в 2…3 раза ниже стоимости силикатного кирпича (6,5 руб. за штуку). Рис. 7. Торфо-шунгито-цементные плиты

Похожие:

	Композиционные материалы Будет максимальное использование отходов различных производств, отработавших изделий, местного и домашнего мусора. Строительные материалы...		Композиционные материалы Будет максимальное использование отходов различных производств, отработавших изделий, местного и домашнего мусора. Строительные материалы...
	Кириченко Н. Б. К431 Автомобильные эксплуатационные материалы: Учеб... К431 Автомобильные эксплуатационные материалы: Учеб пособие для сред проф образования / Нина Борисовна Кириченко. — М.: Издательский...		Системы технологий промышленности. Строительные материалы Основные виды строительных материалов, их классификация и применения в строительстве
	1. Цель и задачи изучения дисциплины (учебного курса) В. 3 «Строительные материалы при усилении, восстановлении и реконструкции зданий и сооружений»		Программа вступительного экзамена в аспирантуру по специальности... Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования
	Конспект занятия «Знакомство со свойствами бумаги» Методические материалы для студентов дневного отделения		«Строительные машины» ...
	Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... В состав мо входят восемь учителей: Ирина Борисовна учитель информатики, Эльвира Равильевна учитель математики, Ольга Евгеньевна...		Реферат по материаловедению Тема: Теплоизоляционные материалы Целью работы является ознакомление со свойствами теплоизоляционных материалов, их использованием и предназначением
	Федоренко Людмила Михайловна Учитель моу сош №47, г. Хабаровск. Кривонос... Цель урока: ознакомить учащихся с понятиями: «силуэт», «стиль в одежде», с видами женского легкого платья, с эстетическими, гигиеническими...		План реферата по курсу «Местные строительные материалы» анализ сырьевой... Кузнечевский кскм, Завод силикатного кирпича, Уемский керамический комбинат, «Росснор», лесозавод
	Методическая разработка проектная работа в урочной и внеурочной деятельности... Обращение к школьникам города: девчонкам и мальчишкам, подросткам, старшеклассникам, всем и каждому		Программа вступительного экзамена по направлению подготовки Направление... Строительные материалы. Под общей ред. В. Г. Микульского и Г. П. Сахарова М.; Изд-во асв, 2007
	Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... О событиях военных лет очень много рассказано в книгах, показано в фильмах. Люди, которые жили в западной части нашей страны, своими...		Урок «Химические вещества как строительные и поделочные материалы» Цель урока: Формирование знаний о химических веществах ( мел, мрамор, известняк, стекло, цемент), как о строительных и поделочных...