Главная // Статьи // Огнезащитные гипсовые растворы на вспученном вермикулите с применением вулканического пепла

Огнезащитные гипсовые растворы на вспученном вермикулите с применением вулканического пепла

Инженерный вестник Дона, №2 (2019) ivdon.ru/ru/magazine/archive/n2y2019/5781

Т.А. Хежев, А.Р. Кажаров, М.А. Гегиев, М.Х. Канкулов, З.Б. Мукаева, Т.Б. Токмаков, Р.С. Чеченов

Кабардино-Балкарский государственный университет, Нальчик

Аннотация: Разработаны гипсовые огнезащитные композиты с использованием вспученного вермикулита, вулканического пепла и многофункциональной добавки Д–5.

Выявлено, что введение добавки Д–5 по массе от вяжущего заметно ускоряет сроки схватывания композиционного гипсового раствора на вспученном вермикулите, гипсовермикулитовые растворы с добавками портландцемента и Д–5 имеют более высокую водостойкость. Разработаны составы композиционного гипсового раствора на вспученном вермикулите и пепле. Установлено, что вулканическим пеплом фракции 0,0- 0,315 мм можно заменить вспученный вермикулит без заметного увеличения средней плотности. Добавки портландцемента и Д–5 увеличивают прочность гипсового композиционного вермикулитового раствора с пеплом, коэффициент размягчения композита возрастает до 0,75.

Ключевые слова: гипс, портландцемент, вермикулит вспученный, пепел вулканический, добавка Д-5, огнезащита, гипсовый вермикулитовый раствор, прочность на изгиб и сжатие, средняя плотность, коэффициент размягчения.

Количество пожаров в нашей стране и за рубежом растет с каждым годом. Это приводит к росту материального ущерба и человеческих жертв. Низкая огнестойкость несущих тонкостенных железобетонных и металлических конструкций приводит к их обрушению и гибели людей. Огнестойкость строительных конструкций можно существенно повысить путем устройства теплоизолирующих покрытий на портландцементе и гипсе [1-5]. Гипсовые вяжущие нашли большое применение для огнезащиты строительных конструкций благодаря его свойствам: относительно низкая теплопроводность и легкость, достаточная огнестойкость, невысокие энергозатраты и экологичность производства [6].

Для повышения огнезащитных свойств гипсовых материалов используют легкие заполнители. Наибольшее применение нашли вспученный вермикулит и перлит [1, 5, 7].

К недостаткам гипсовых вяжущих и изделий относятся ползучесть и низкий коэффициент размягчения [6].

Недостатки гипсовых вяжущих и растворов можно устранить за счет применения активных минеральных добавок и пластификаторов. Для этого в гипс можно вводить тонкомолотые вулканические рыхлые породы [8, 9].

Цель работы заключалась в разработке огнезащитных гипсовых растворов на вспученном вермикулите с применением вулканического пепла и пластификатора с улучшенными характеристиками.

В экспериментах применялись: гипс марки Г–5 БII; портландцемент ПЦ500-ДО; вермикулит вспученный с насыпной плотностью 150 кг/м3 и зернами до 2,5 мм; пепел вулканический с зернами до 2,5 мм; добавка Д–5 производства г. Владикавказ [10-12].

Гранулометрические характеристики вермикулита и пепла представлены в табл. 1.

Таблица 1 Гранулометрические характеристики вермикулита и пепла

Заполнитель Частные остатки на ситах, % Прошло сквозь

2,5 1,25 0,63 0,315 0,14 сито 0,14

Вермикулит 54 31 6,2 4 2,8 2

Пепел 13,5 19,5 22 24 18 3

В работе [13] нами были проведены исследования свойств композиционного вяжущего с применением гипса, цемента и многофункциональной добавки Д–5. Выявлено, что прочность композита существенно возрастает на 28 сутки твердения и незначительно через 2 часа твердения по сравнению с гипсовыми. Введение добавки Д–5 существенно ускоряет сроки схватывания композиционного вяжущего.

Вначале было исследовано влияние соотношения гипса, вспученного вермикулита, цемента и многофункциональной добавки на свойства огнезащитного композита. Из композиционного гипсового раствора на вспученном вермикулите нормальной густоты изготавливались образцыбалочки размерами 4х4х16 см, балочки хранились в естественных условиях, затем свойства композитов определялись по ГОСТ 23789–79.

Результаты исследований представлены в таблице 2.

Таблица 2 Характеристики гипсовермикулитового раствора

Отношение вяжущего к заполнителю по объему Замена портландцементом гипса, в % по массе Д–5, в % по массе вяжущего Сроки схватывания, мин Прочность на изгиб, МПа Прочность на сжатие, МПа начало конец

через 2 ч на 28 сутки через 2 ч на 28 сутки

1 2 3 4 5 6 7 8 9

1:2 – – 6,25 17,32 1,05 1,13 1,40 2,20

1:2 – 2 5,20 15,27 0,84 1,05 1,30 1,80

1:2 – 3 4,10 12,16 0,46 1,05 1,10 1,59

1:2 20 – 6,30 16,02 0,58 1,39 1,20 2,60

1:2 20 2 5,54 13,11 0,40 1,23 0,95 1,88

1:2 20 3 5,20 11,13 0,39 1,17 0,86 1,68

1:3 – – 8,32 17,10 0,45 0,83 0,81 1,32

1:3 – 2 7,41 15,05 0,41 0,71 0,75 1,26

1:3 – 3 7,08 14,33 0,39 0,68 0,72 1,19

1:3 20 – 8,23 16,48 0,32 0,50 0,68 1,65

1:3 20 2 7,21 14,42 0,30 0,47 0,65 1,58

1:3 20 3 6,58 14,16 0,29 0,41 0,63 1,49

Из таблицы 2 следует, что применение добавки Д–5 до 2–3 % по массе от вяжущего заметно ускоряет сроки схватывания композита, прочностные характеристики раствора остаются практически неизменными. Во время испытания растворы имели плотность 460–700 кг/м3 и влажность на 28 сутки твердения 4,1–7,0 %, добавка Д–5 снижает остаточную влажность за счет уменьшения водовяжущего отношения. Коэффициент размягчения композиционного вяжущего повысился с 0,45 до 0,68, образцы с добавками портландцемента и Д–5 имеют более высокую водостойкость. Далее исследовалась возможность замены части вермикулита пеплом для снижения себестоимости композита (табл. 3).

Таблица 3 Характеристики гипсовермикулитового раствора с применением вулканического пепла

Отношение вяжущего к вермикулиту по объему Пепел по объему взамен вермикулита Замена портландцементом гипса, в % по массе Д–5, в % по массе вяжущего Средняя плотность, кг/м3 Прочность на изгиб, МПа Прочность на сжатие, МПа через 2 ч на 28 сутки через 2 ч на 28 сутки 1:2 фракция 0-0,315 мм – –

578 0,48 0,82 1,00 1,20 1:2 фракция 0-0,315 мм – 2 632 0,53 1,13 1,10 1,60 1:2 фракция 0-0,315 мм – 3 668 0,61 1,21 1,30 1,70 1:2 фракция 0-0,315 мм 20 – 679 0,33 1,22 0,71 1,60 1:2 фракция 0-0,315 мм 20 2 699 0,39 1,50 0,83 2,00 1:2 фракция 0-0,315 мм 20 3 715 0,43 1,54 0,93 2,28 1:3 фракция 0-0,315 мм – – 511 0,31 0,59 0,44 1,01 1:3 фракция 0-0,315 мм – 2 523 0,35 0,62 0,53 1,20 1:3 фракция 0-0,315 мм – 3 550 0,42 0,68 0,61 1,40 1:3 фракция 0-0,315 мм 20 – 562 0,29 0,51 0,38 1,20Инженерный вестник Дона, №2 (2019) ivdon.ru/ru/magazine/archive/n2y2019/5781 © Электронный научный журнал «Инженерный вестник Дона», 2007–2019 1:3 фракция 0-0,315 мм 20 2 578 0,34 0,57 0,45 1,50 1:3 фракция 0-0,315 мм 20 3 593 0,39 0,63 0,50 1,70

Исследования показали, что вулканическим пеплом фракции 0,0-0,315 мм можно заменить вспученный вермикулит без заметного увеличения средней плотности. Добавки портландцемента и Д–5 увеличивают прочность гипсового композиционного вермикулитового раствора с пеплом, коэффициент размягчения композита возрастает до 0,75. Установлено, что комплексная добавка Д–5 улучшает реологию смеси и повышает прочность огнезащитного гипсового композиционного раствора.

Литература

1. Руководство по выполнению огнезащитных и теплоизоляционных штукатурок механизированным способом. М.: Стройиздат, 1977. 46 с.

2. Journal of Materials Science Letters. 1987. Vol. 6. № 5. PP. 562–564.

3. Steel Strategy and Fire Protection. Internotional Construction. 1972. Vol. 11. № 1. PP. 13 – 15.

4. Некрасов К.Д., Масленникова М.Г. Легкие жаростойкие бетоны на пористых заполнителях. М.: Стройиздат, 1982. 152 с.

5. Денисов А.С., Швыряев В.А. Теплоизоляционные жаростойкие торкрет-массы на основе вермикулита. М.: Стройиздат, 1973. 104 с.

6. Гипс: исследование и применение гипсовых строительных материалов / пер. с нем. под ред. В.Б. Ратинова. М.: Стройиздат, 1981. 223 с.

7. Хежев Х.А., Хежев Т.А., Кимов У.З., Думанов К.Х. Огнезащитные и жаростойкие композиты с применением вулканических горных пород // Инженерный вестник Дона, 2011. №4 URL: ivdon.ru /magazine/archive/n4y2011/710.

8. Ахматов М.А. Эффективность применения местных строительных материалов и бетона. Нальчик: Эльбрус, 1986. 160 с.Инженерный вестник Дона, №2 (2019) ivdon.ru/ru/magazine/archive/n2y2019/5781 © Электронный научный журнал «Инженерный вестник Дона», 2007–2019

9. Ахматов М.А. Эффективность применения легких бетонов, изделий и конструкций из них // Строительные материалы. 1998. № 4. С. 9 – 13.

10. Хежев Т.А., Жуков А.З., Журтов А.В., Гулиев М.И., Хежев А.Л., Глашев А.Х. Жаростойкие фиброармированные композиты на основе вулканической пемзы // Инженерный вестник Дона, 2016. №2. URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n2y2016/3582.

11. Хигерович М.И., Байер В.Е. Гидрофобно-пластифицирующие добавки для цементов, растворов и бетонов. М.: Стройиздат, 1979. – 126 с.

12. Ратинов В.Б., Розенберг Т.И. Добавки в бетон. М.: Стройиздат. 1989. – 186 с.

13. Хежев Т.А., Кажаров А.Р., Алкассир Ф., Браева Д.А., Гергов А.В., Османова А.А. Композиционные гипсовые растворы на вулканическом пепле с многофункциональной добавкой // Инженерный вестник Дона, 2018. №2 URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/N2y2018/4955.

огнезащита айсберг, огнезащитная краска, огнезащитный состав, огнезащита углеводородное горение, углеводородный пожар, огнезащита металла, огнезащита кабеля, огнезащита углепластика, повышение предела огнестойкости, огнезащитная эффективность, огнезащита карбона, огнезащита композитных материалов, конструктивная огнезащита, степень огнестойкости