Научный журнал
Успехи современного естествознания
ISSN 1681-7494
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,791

ОСОБЕННОСТИ ПРОИЗВОДСТВА И ПРИМЕНЕНИЯ АРБОЛИТОВЫХ ИЗДЕЛИЙ НА СЕВЕРЕ

Куба В.В. 1 Абрамова П.С. 1 Местников А.Е. 1
1 Северо-Восточный федеральный университет имени М.К. Аммосова
1. Абрамова П.А. и др. Температурные деформации и особенности арболита на даурской лиственнице (применительно к строительству в Якутии) // Труды конференции «Бетоны на пористых заполнителях Дальнего Востока и их применение». – Т.1. Владивосток, 1980.
2. Горчаков Г.И. Повышение трещиностойкости и водостойкости легких бетонов для ограждающих конструкций / Л.П. Орентлихер, И.И. Лифанов, Э.Г. Мурадов – М.: Стройиздат, 1971. – 158 с.
3. Местников А.Е. Каменные материалы и конструкции в северном строительстве / П.С. Абрамова, Т.С Антипкина, А.Д. Егорова. – Якутск: Изд-во ЯНЦ СО РАН, 2008. – 168 с.
4. Местников А.Е. Тепловая защита зданий на Севере: материалы, изделия и конструкции / П.С. Абрамова, Т.С Антипкина, А.Д. Егорова. – М.: Изд-во АСВ, 2009. – 236 с.
5. Егорова А.Д. Эффективные стеновые материалы на основе местного сырья для эксплуатации в суровом климате: Автореф. дис. канд. техн. наук. – МГСУ, 2002. – 18 с.

В настоящее время в малоэтажном строительстве наблюдается дефицит стеновых материалов, особенно для частного сектора, из-за резкого сокращения объема деловой древесины. Проблему частично следует решить использованием арболитовых изделий с легким заполнителем на основе отходов деревообработки.

Как было исследовано ранее, арболит в условиях Якутии вполне возможно получить хорошего качества, используя не только отходы сосны и ели, но и даурской лиственницы – основной породы, произрастающей в лесах (86,9 %), тогда как сосна составляет 11,4 %, а ель – 1 % [1]. В 70-х годах прошлого века были построены из крупных арболитовых блоков 1–2-х этажные здания жилых домов, магазинов, гаражей и т.п., которые эксплуатируются до настоящего времени.

Нами исследовано тепловое расширение компонентов арболита – даурской лиственницы (проба Б) и цементного камня нормального твердения в диапазоне температур от 20 °С до – 70 °С на дилатометрической установке по методике МГСУ (МИСИ) [2]. Чтобы учесть влияние экстрактивных веществ даурской лиственницы, цементный камень получили при твердении цементного теста, затворенного на экстракте из опилок лиственницы (проба Б) в зависимости от времени выдерживания в воде комнатной температуры в течение 3, 6, 12 и 24 часов. Коэффициент линейного теплового расширения (КЛТР) древесины даурской лиственницы вдоль волокон при 0 °С был равен приблизительно 5·10-6 1/ °С. Поперек волокон в радиальном и в тангентальном разрезах значение КЛТР – (50-40)·10-6 1/ °С.

Тепловое расширение цементного камня в воздушно-сухом состоянии практически не зависит от времени экстрагирования и условий твердения. На дилатометрических кривых этих образцов, насыщенных водой, не наблюдалось значительных аномалий при температуре –7 °С, которые, как правило, характерны для неморозостойких бетонов. В то же время вид кривых различен. Это свидетельствует о влиянии количества экстрактивных веществ на формирование капиллярно-пористой структуры цементного камня в арболите.

Установлено, что близкие значения КЛТР Бестяхского керамзита, даурской лиственницы и растворной части на керамзитовом песке предопределяет получение бетона, структура которого характерна для морозостойких бетонов. Одновременно возможность учета КЛТР компонентов по закону аддитивности позволяет расчетным путем определять температурные деформации материала и тем самым оптимизировать соотношение компонентов бетона по значениям КЛТР.

В целях изучения реальных факторов воздействия сурового климата на материал наружных ограждений применялся метод одностороннего воздействия переменных и низких отрицательных температур. 4 фрагмента арболитовой панели размерами 60×60×25 см испытывались при одностороннем воздействии низких отрицательных температур для определения теплозащитных качеств ограждения в лаборатории Испытательного центра «». Перед испытанием фрагментов определялась влажность по их сечению. Объемная масса арболита во фрагментах составляла 720–790 кг/м3. В термобарокамере в течение 2,5 суток (60 часов) сначала выдерживалась температура – 30 °С, а затем в течение других 2,5 суток поддерживалась температура – 60 °С для создания стационарного теплового режима. В конце каждого периода охлаждения производились замеры температуры на внешней поверхности фрагментов, температуры воздуха в помещении, в термобарокамере. В результате испытаний во фрагментах 1, 3 на внутренней и наружной поверхностях влажность уменьшилась на 3–4 %, тогда как в среднем сечении еще оставалась высокой. До достижения равновесной влажности стенового материала обычно проходит 2–3 года эксплуатации легких бетонов [3]. По этим результатам прогнозируется достаточная морозостойкость арболита, т.к. никаких повреждений не обнаружено.

Состав и основные физико-механические характеристики приведены в табл. 1.

В первые 2–3 года эксплуатации зданий в экстремальных климатических условиях г. Якутска проявляются усадочные деформации легких бетонов стеновых конструкций в виде сетки мелких трещин на отделочном слое из цементно-песчаного раствора, бетона и возможны другие виды дефектов.

С установлением стационарного температурно-влажностного режима в материале стен в отдельных случаях возможно снижение эксплуатационной стойкости из-за разности температурных деформаций компонентов бетона, которая проявляется в нарушении монолитности структуры легкого бетона.

Таблица 1

Состав и физико-механические свойства арболита

Серия

Расход материалов на 1 м3

Характеристика арболита

цемент, кг

вода, л

дробленка, фр. 2–10 мм, кг

минерализатор, кг

плотность кг/м3

предел прочности, кг/см2

при сжатии

при изгибе

111

380

420

250

гипс – 24; жидкое стекло – 7,6

772

18,5

3,2

С использованием дилатометрических методов были исследованы бетоны из местных материалов на влияние отрицательных температур. Термическая совместимость цементного камня с плотным заполнителем из песчаника довольно высокая, а с Бестяхским керамзитом и даурской лиственницей существенно ниже, следовательно, при многократных колебаниях температуры на границах (в контактной зоне) возможны значительные внутренние напряжения с образованием микротрещин.

Суровость климата Центральной Якутии оценивается по-разному (табл. 2) [3], но важными факторами являются: длительность зимнего периода с отрицательными температурами до – 64 °С, короткое, но жаркое лето с температурой до +39 °С, частые переходы через 0 °С в осенне-весенний периоды, что требует повышенных эксплуатационных свойств материала стен, в частности, по тепловой защите [4], морозостойкости, прочности, сохранения монолитности структуры.

Таблица 2

Интенсивность и частота колебаний температуры воздуха в г. Якутске

Наблюдаемый период

Абсолютные значения

Количество циклов

макс. полож. темп-ра, °С

миним. отриц. темп-ра, °С

годового хода температуры, °С

замораживание-оттаивание с переходом 0 °С через

нагревание-охлаждение без перехода через 0 °С

в области отриц. темп-ры

в области положит. темп-ры

1 год

35

56

91

61/68*

90

51

50 лет (прогноз)

38

65

103

3050/3400*

4500

2550

Примечание: * над чертой – по наблюдениям, под чертой – с учетом тепла прямой солнечной радиации.

Для обеспечения долговечности арболита в этих условиях нами предложено использование разработанного на кафедре совместно с ЯПНИИС, МГСУ композиционного гипсоизвестково-цеолитового вяжущего (ГИЦВ) на основе местных сырьевых ресурсов, с оптимизацией составов, применением комплексных добавок [5]. С учетом этих особенностей разработана технология изготовления арболита на основе ГИЦВ с применением отходов деревоперерабатывающих предприятий.

Таблица 3

Физико-механические свойства арболита на основе ГИЦВ

№ п/п

Наименование показателей

Ед. изм.

Величина показателей

1

Расход вяжущего

кг

600

2

Расход древесной щепы

кг

150

3

Вода

л

552

1

Средняя плотность арболита в естественном состоянии

кг/м3

850

2

Предел прочности при сжатии в возрасте 28 суток

МПа

5

3

Коэффициент теплопроводности в сухом состоянии

Вт/(моС)

0,17

4

Коэффициент размягчения

0,98

Используя методы математического планирования эксперимента, были изготовлены 9 опытных составов с различным расходом ГИЦВ и разной фракцией щепы. По итогам выполненных исследований выбран оптимальный состав, где расход ГИЦВ 600 кг/м3 и фракция заполнителя 10…40 мм. Физико-механические свойства оптимального состава приведены в табл. 3.

Полученный материал рекомендуется применять для строительства малоэтажных индивидуальных домов, толщина однослойных стен которых по теплотехническим расчетам для климатических условий Центральной Якутии составляет 0,6 м, а также нежилых помещений (гаражные и складские помещения), в т.ч. сельскохозяйственного назначения.


Библиографическая ссылка

Куба В.В., Абрамова П.С., Местников А.Е. ОСОБЕННОСТИ ПРОИЗВОДСТВА И ПРИМЕНЕНИЯ АРБОЛИТОВЫХ ИЗДЕЛИЙ НА СЕВЕРЕ // Успехи современного естествознания. – 2014. – № 11-2. – С. 114-116;
URL: https://natural-sciences.ru/ru/article/view?id=34420 (дата обращения: 18.10.2021).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074