Оптимизация состава и технологических параметров изготовления сухих строительных смесей

Использование минеральных зернистых заполнителей способствует уменьшению усадочных деформаций конгломератных материалов на основе цемента и других вяжущих веществ. В композициях с содержанием микроармирующих волокон происходит армирование, способствующее уменьшению усадочных деформаций во всех направлениях. Проведенные исследования подтвердили данное предположение для строительных растворов из сухих смесей и показали, что на величину усадки влияет количество и геометрические размеры минерального волокнистого компонента и содержание вяжущего вещества.

Как следует из ранее представленных графиков, усадка строитель-ного раствора зависит от содержания минеральных микроармирующих добавок и степени уплотнения материала. В свою очередь, максимального уплотнения можно достичь при пластификации растворной смеси полимерными добавками. Так, введение отходов асбестоцемента в состав сухой строительной смеси уменьшает деформации усадки на 35-75%. Введение специальной добавки дегидрола также способствует уменьшению усадочных деформаций на 20- 35%. Установлено, что для каждого состава строительного раствора имеются оптимальные значения расхода цементного вяжущего, обеспечивающие минимальную усадку материала. Данный процесс усугубляется неравномерностью распределения цемент-ного вяжущего по поверхности частиц песка и волокон асбестоцемента.

Известно, что средняя усадка строительных растворов составляет 0,9-1,1x10-5, поэтому в результате усадки неизбежно произойдет интенсивное трещинообразование. Введение микроармирующих добавок - отходов асбестоцементного производства - способствует снижению усадки.

Таким образом, интенсивность трещинообразования может быть снижена в 1,5-2,0 раза, хотя вероятность появления усадочных трещин полностью не исключается.

Кроме деформации усадки в затвердевшем строительном растворе могут возникать деформации и трещины от воздействия эксплуатационных нагрузок. Отмечено, что фактическая прочность конгломератных материалов, в т.ч. строительных растворов из сухих смесей, значительно ниже теоретической, рассчитанной исходя из сил межмолекулярного взаимодействия. Объяснение этого расхождения впервые было высказано А. Гриффитом, который предположил наличие в твердом теле зародышевых трещин и показал, что напряжения в их вершинах совпадают с теоретической прочностью материала, а средние напряжения, приложенные к материалу в момент разрушения, являются мерой его технической прочности.

С целью определения оптимального состава цементных растворных композиций с отходами АЦП в работе реализованы матрицы планирования эксперимента второго порядка и получены уравнения регрессии, описывающие параметры оптимизации.

Для каждой независимой переменной были установлены соответствующие пределы варьирования: расход цемента от 200 до 300 кг/м3 (фактор Xj); добавка отходов АЦП от 5 до 15% (фактор Х2); добавка дегидрола в количестве от 1 до 3% от массы цемента (фактор Х3); расход полимерной клеевой композиции ПВА от 0,5 до 1,5 % от массы цемента (фактор Х4); плотность строительного раствора от 1000 до 1200 кг/м3 (фактор Х5). Учитывая ранее полученные данные по определению влияния отдельных компонентов на качественные характеристики затвердевшего строительного раствора, а также для упрощения процесса оптимизации по реализации эксперимента выбран трехуровневый ортогональный план второго порядка для трех факторов:

X, - расход цемента;

Х2 - расход отходов асбестоцементного производства;

Х3 - совместный расход специальной добавки дегидрол иВАЭ.

Было исследовано влияние отдельных компонентов на следующие свойства растворной смеси и готового раствора:

Yj - предел прочности строительного раствора при сжатии, МПа;

Y2- предел прочности при изгибе, МПа;

Y3 - прочность сцепления с бетонным основанием (адгезия), МПа;

Y4 - деформации при изменении температуры окружающей среды от +50 до -40 °С, мм/м;

Y5 - влажностные деформации защитного покрытия при изменении влажности, мм/м.

В результате выполненной оптимизации получен ряд уравнений регрессии, описывающих взаимосвязь между рецептурой растворной композиции с добавками направленного действия и её свойствами. Получены адекватные математические модели, описывающие закономерности изменения указанных свойств от количественного содержания компонентов:

В результате комплексного анализа полученных данных были установлены оптимальные содержания компонентов для состава сухой строительной смеси: на 100 массовых частей суммарного содержания сухой строительной смеси средний расход компонентов составит:

  • (Xj) - цемент - 22-26
  • 2) - отходы асбестоцемента (ОАЦП) - 9,5-11,5
  • 3) - специальная добавка «дегидрол» - 1,5-2,5;
  • 4) - добавка ВАЭ - 0,75-1,25.

В табл. 3.7-3.9 представлены рекомендуемые составы, а в табл. 3.10 основные свойства строительных растворов из сухих смесей.

Состав № 1 сухой строительной смеси для монтажных работ и каменной кладки из бетонных блоков (К = 0,9-1,2х10-51/°С)

Компоненты сухой смеси

Расход материалов на м3 строительного раствора

кг

%

Кварцевый песок

840-950

71,56

Цемент

280-300

23,40

Отходы АЦП

50-70

4,80

Дегидрол

ВАЗ

  • 2,0
  • 1,0
  • 0,16
  • 0,08

Таблица 3.8

Состав № 2 сухой строительной смеси для каменной кладки из силикатного кирпича и легкобетонных блоков (К = 0,7-1,0*10-51/°С)

Компоненты сухой смеси

Расход материалов на м3 строительного раствора

кг

%

Кварцевый песок

750-790

66,50

Цемент

260-270

23,74

Отходы АЦП

100-120

9,50

Дегидрол

ВАЗ

  • 2,0
  • 1,0
  • 0,16
  • 0,08

Таблица 3.9

Состав № 3 сухой строительной смеси для каменной кладки из керамического кирпича и газобетонных блоков (К = 0,6-0,8хЮ-51/°С)

Компоненты сухой смеси

Расход материалов на м3 строительного раствора

кг

%

Кварцевый песок

630-660

62,50

Цемент

230-250

22,26

Отходы АЦП

140-170

15,00

Дегидрол

ВАЗ

  • 2,0
  • 1,0
  • 0,16
  • 0,08

Оптимизация данных позволила снизить трещинообразо- вание в контактной зоне заполнителя и цементной матрицы.

В результате статистической обработки данных получены адекватные (при уровне значимости 95 %) уравнения регрессии.

Таблица 3.10

Основные свойства строительных растворов из сухих смесей

п.п.

Свойства

Ед.

изм.

Показатели по составам

№ 1 Мар- каМрЮО

№ 2 Мар- каМр75

№ 3 Мар- каМр 50

1

Плотность

кг/м3

1200-1400

1000-1200

800-1000

2

Предел прочности при:

сжатии

изгибе

МПа

МПа

10,0-12,3 1,4-1,6

7,6-8,5 1,8-2,6

5,2-7,1 1,7-2,4

3

Трещиностойкость по прочности на удар

МПа

3,8-5,9

4,6-6,1

4,9-6,7

4

Усадка

мм/м

0,35-0,45

0,30-0,40

0,25-0,35

5

Деформация ползучести при 80% нагрузке

мм/м

0,4-0,6

0,5-0,7

0,6-0,8

6

Истираемость

г/см2

0,04-0,06

0,06-0,08

0,08-0,12

7

Адгезия к бетонному и каменному основанию

МПа

1,4-1,8

1,3-1,6

1, М,4

8

Коэффициент

теплопроводности

Вт/

(м°С)

0,65-0,78

0,42-0,56

0,31-0,48

9

Сорбционное

увлажнение

%

1,7-2,5

2,2-2,9

3,4-4,1

10

Водопоглощение

%

3,3^1,7

4,2-5,6

5,5-6,8

11

Морозо стойко сть

Кол-во

циклов

100

50

25

Анализ полученных моделей показывает, что наибольшее влияние на свойства оказывают расход отходов АЦП и цемента, а также степень уплотнения затвердевшего раствора. Было исследовано формирование прочности затвердевшего строительного раствора из сухой смеси с минеральными добавками. Большую часть прочностных показателей строительный раствор приобретает в течение двух-трех недель, после чего процесс выравнивается, и дальнейший набор прочности происходит значительно медленнее. Оптимизация составов позволила снизить трещинообразование затвердевшего строительного раствора благодаря введению минеральных добавок направленного действия при минимальном расходе цементного вяжущего, а также выработать необходимые рекомендации для проектирования составов сухой строительной смеси с микроармирующими минеральными добавками.

Таким образом, на основании проведенных исследований можно сделать следующие выводы.

  • 1. Разработаны оптимальные составы сухой строительной смеси на основе местных песков с добавками направленного действия: отходами асбестоцемента, дегидролом и ВАЭ.
  • 2. Проведены испытания различных физико-механических, физико-химических и эксплуатационных свойств полученного материала, которые показали достаточно высокие качества и устойчивость к большинству нагрузок и воздействий; проведена оптимизация составов сухих строительных смесей для целевого использования.
  • 3. По показателям коэффициентов линейного температурного расширения определены оптимальные рецептурные параметры для строительных растворных смесей, предназначенных для использовании при устройстве каменной кладки или выполнении монтажных работ из различных каменных материалов (основаниях).
  • 4. Изучены деформативные и адгезионные свойства разработанных композиций и показана хорошая сопротивляемость воздействиям воды и отрицательных температур.
  • 5. Показаны пути увеличения адгезионных показателей строительных растворных смесей за счет введения специальной проницаемой добавки дегидрол в совокупности с ВАЭ, что обеспечивает прочность и высокую устойчивость затвердевших строительных растворов в условиях повышенного увлажнения и воздействия знакопеременных температур.
  • 6. Исследована длительная стойкость композиций при разрушающих нагрузках на растворобетонных образцах в различных средах. Показана положительная роль микроармирующей добавки отходов асбестоцемента, придающей высокую сопротивляемость материала внешним деформациям.
 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >