Огне- и теплозащитные сухие строительные смеси и изделия на гипсовом вяжущем

Изучено поведение фрагментов огнезащитных экранов на основе разработанных ССС в зависимости от их толщины и состава на экспериментальной установке, обеспечивающей рост температуры до 1100°С в течение 180 мин.

Исследовались гипсо-перлито-вермикулитовые фрагменты огнезащитных экранов размером 18х20 см с применением вспученных заполнителей и волокнистых добавок. Высокотемпературные испытания фрагментов экранов проводились в лабораторной печи по режиму, приближенному к режиму ВНИИПО на экспериментальной установке (рис.14). Определялась температура на внещней стороне образца и фиксировалось появление трещин до достижения температуры 220⁰С .

Рис. 14. Установка по определению температуростойкости экранов с измерителем температуры микропроцессорный ОВЕН 2ТРМО-Щ1.У

Сперва были проведены испытания фрагментов гипсового сердечника и фрагмента гипсо-вермикулитового экрана толщиной 20 мм для определения степени влияния добавки вермикулита на огнезащитные свойства экранов. (рис.15). Температура на внешней от огня стороне гипсо-вермикулитовой панели не превысила 220⁰С в течение 180 минут и сохранила целостность. (рис. 17)

Рис. 15. Температурные кривые: 1 – температурная кривая ВНИИПО, 2 – температурная кривая муфельной печи, 3 – температурная кривая гипсовой панели, 4 – температурная кривая фрагмента гипсо-вермикулитового экрана

Гипсовые листы различных размеров и толщины получили широкое распространение в качестве отделочного материала. Гипсовый камень сам по себе является огнестойким материалом. Но процесс испарения воды вызывает значительную усадку гипсовых листов, в результате которой образуются трещины, вследствие чего наступает предел огнестойкости конструкции (рис.16)

Далее были проведены высокотемпературные испытания фрагментов гипсо-перлитовых и гипсо-вермикулитовых экранов различной толщины.

Как видно из графиков подъема температуры на необогреваемой стороне (рис. 18) время, в течение которого температура на внешней от печи стороне не превысила 220°С – от 120 до 180 мин при толщине экрана от 10 до 25 мм. Этот показатель ниже, чем при тех же условиях у гипсо-вермикулитовых образцов.

Высокотемпературные испытания в течение 180 минут (до 1100°С) показали, что температура на внешней от жерла печи стороне гипсо-вермикулитовых экранов толщиной 20 мм не превышает 180 °С. (рис.19)

3. 
   Подобрана технологическая схема производства огнезащитных ССС на гипсовом вяжущем, выполнено технико-экономическое обоснование эффективности производства разработанных ССС.
   

Подобрана технологическая схема производства огнезащитных ССС с учетом опыта современных заводов. (рис.20)

Рис. 20. Технологическая схема изготовления ССС повышенной огнестойкости. 1 – склад строительного гипса, 2, 4,16 – шнек, 3,15 – элеватор, 5 –вибросито, 6 –бункеры строительного гипса, 7- склад вспученного вермикулита, 8– слад вспученного перлита, 9 – дозаторы, 10 –бункеры добавок, 11 – конвеер с вертикальным бункером, 12 – смеситель, 13,16 - бункер, 17 – упаковочная машина, 18- приемный стол

Рекомендуется также схема производства огнезащитных плит (экранов), которая приведена в диссертации.

Для определения экономической целесообразности производства разработанной огнезащитной ССС были выполнены предварительные расчёты себестоимости и отпускной цены данного продукта. Себестоимость ССС с учетом производства на существующей технологической линии ООО "КЖБИ-211" составила 11083 руб/т. Отпускная цена с учетом рентабельности 7% и НДС 18% составила 14072 руб/т. В сравнении с ценами огнезащитных штукатурных смесей-аналогов, цена разработанной ССС вдвое ниже.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. 
   Впервые разработаны составы и исследованы свойства ССС с применением гипсового вяжущего, вспученного вермикулита и перлита, волокнистых минеральных наполнителей, минеральных добавок (глины, перлита-сырца, жидкого стекла), обеспечивающие штукатурным растворам на их основе повышенную огнестойкость;
   
2. 
   Применяя метод математического планирования эксперимента, подобраны ССС с оптимальным соотношением гипсового вяжущего и вспученного заполнителя (смеси вермикулита и перлита) Г:З = 1:1,5 (по объему), которое обеспечивает среднюю плотность 600-700 кг/м³ при пределе прочности на сжатие 2,5-3,2 МПа. Оптимальное количество волокнистой добавки – 2-3%;
   
3. 
   Проведены высокотемпературные испытания образов растворов ССС в лабораторной печи по режиму, приближенному к режиму печи ВНИИПО, при котором температура достигает 1100⁰С в течение 180 минут. Установлено, что совместное применение вспученного вермикулита и перлита позволяет вдвое снизить усадочные деформации образцов при высокотемпературном воздействии. При этом у образцов отсутствуют видимые трещины. Оптимальными по соотношению вспученных заполнителей являются составы ССС, где соотношение пористых заполнителей (по объему) Г:В:П = 1:1:0,5 и 1:0,75:0,75;
   
4. 
   Проведенный подбор составов ССС при разном процентном содержании волокнистого наполнителя (стекловолокно, волокна каменной ваты, распушенный хризотил-асбест, распушенная каолиновая вата), показал, что оптимальным является использование стекловолокна. Его применение обеспечивает наивысший ККК;
   
5. 
   За счет введения функциональных добавок (суммарно до 1,5% от массы вяжущего) улучшена подвижность, адгезия, увеличены сроки схватывания до 45 мин.). Технические характеристики полученных растворных смесей соответствуют ГОСТ 31377-2008 «Смеси сухие строительные штукатурные на гипсовом вяжущем. Технические условия»;
   
6. 
   Скоростное перемешивание в миксере (600 об/мин) в присутствии воздухововлекающей добавки позволило увеличить выход растворной смеси на 15-20% по сравнению с приготовлением растворной смеси в смесителе (60 об/мин), что связано с обильным воздухововлечением. Рост коэффициента конструктивного качества составил в среднем 7-10%;
   
7. 
   Исследовано влияние активных минеральных добавок – кембрийской глины и перлита-сырца на остаточную прочность образцов после высокотемпературного воздействия. За счет добавок снизились усадочные деформации, повысилась остаточная прочность до 18% за счет образования волластонита и муллита, что отмечено а рентгенограммах;
   
8. 
   Проведены испытания на горючесть образцов ССС в аккредитованной лаборатории «МЧС – ТЕСТ-Северо-Запад». По результатам испытаний представленные образцы ССС признаны негорючими (НГ), то есть они не воспламеняются, не образуют дыма, не выделяют токсичных продуктов.
   
9. 
   Высокотемпературные испытания фрагментов гипсо- вермикулитовых огнезащитных экранов размером 18х20 см и толщиной 20 мм, выполненных на основе разработанных ССС, подтвердили их высокую огнезащитную эффективность. В течение трех часов испытаний (максимальная температура 1100⁰С) температура на противоположной от печи стороне экрана не превысила 180 ⁰С без образования видимых трещин.
   
10. 
    Технико-экономические расчеты доказали эффективность производства разработанных ССС (цена разработанной гипсо-перлито-вермикулитовой ССС ниже огнезащитных смесей-аналогов).
    

III. ОСНОВНЫЕ НАУЧНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИОННОГО ИССЛЕДОВАНИЯ:

публикации в периодических научных изданиях, рекомендованных ВАК РФ:

1. Гугучкина, М.Ю. К вопросу об огнестойкости гипсосодержащих материалов / Тихонов Ю.М., Гугучкина М.Ю.// Вестник гражданских инженеров. – 2012г. -–№1(30). – с 168–171– 0,25 п.л.

2. Гугучкина, М.Ю. О влиянии компонентов смесей на гипсовом вяжущем на их огнестойкость / Гугучкина М.Ю. Тихонов Ю.М., Стожаров В.М.// Вестник гражданских инженеров. – 2013г. -–№4(39) с.162 - 166– 0,32 п.л.

публикации в других изданиях:

3. Гугучкина, М.Ю. К вопросу повышения огнестойкости гипсосодержащих материалов. / Гугучкина М.Ю., Никитина Ю.Н. // Актуальные проблемы современного строительства: Сб. трудов 64-й междунар. научно-технической конференции молодых ученых (аспирантов, докторантов) и студентов, посвященной 300-летию со дня рождения М.В. Ломоносова. СПбГАСУ – СПб. – 2011г. – с. 120-122– 0,19 п.л.

4. Гугучкина, М.Ю. Композиции на гипсовом вяжущем для тепло- и огнезащиты строительных конструкций / Гугучкина М.Ю., Тихонов Ю.М., Карелин А.В. // Инновации в области применения гипса в строительстве: сборник тезисов докладов международного симпозиума (31 мая – 01 июня 2012г.)/ ФГБОУВПО «Московский государственный строительный университет». Группа КНАУФ СНГ. М.: ООО «Аделант», 2012.–с. 19- 23– 0,32 п.л.

5. Гугучкина, М.Ю. Огне- и теплозащитные материалы с применением гипсового вяжущего / Гугучкина М.Ю., Тихонов Ю.М.// Актуальные проблемы современного строительства и пути их эффективного решения: материалы Международной научно-практической конференции. 10-12 октября 2012 г. /под общей редакцией А.Н. Егорова, А.Г. Черных; СПбГАСУ. – В 2. Ч.II. – СПб., 2012. –с. 28-33– 0,38 п.л.

6. Гугучкина, М. Ю. Сухие строительные смеси на гипсовом вяжущем повышенной огнестойкости / Гугучкина М. Ю.// III международный семинар-конкурс молодых ученых и аспирантов, работающих в области вяжущих веществ, бетонов и сухих смесей: сборник докладов. СПб.: Издательство «АлитИнформ», 2012. – с 44-49– 0,38 п.л.

7. Гугучкина, М.Ю. Факторы, определяющие огнестойкость вермикулито-перлитовых штукатурных растворов. / Гугучкина М.Ю., Тихонов Ю.М., А.В. Карелин// Актуальные проблемы строительства и архитектуры: Сборник материалов международной научно-практической конференции студентов, аспирантов, молодых ученых и докторантов. Часть II. СПбГАСУ: – СПб. – 2012г. – с 133-135– 0,19 п.л.