Армирование газосиликата: Армирование газобетонных блоков — стены, проёмы, армопояс — Бетонный завод в Феодосии: доставка продукции с РБУ от производителя

Содержание

Нужно ли армировать кладку из газосиликатных блоков?

Использование современных строительных материалов позволяет добиться ощутимых преимуществ. Основными плюсами замены стандартного кирпича на различные виды блоков являются снижение стоимости строительства, уменьшение трудозатрат и времени на реализацию проектов, отличные тепло- и звукоизоляционные характеристики построек. Одним из материалов, пользующимся спросом на рынке, являются газосиликатные блоки, кладка которых может усиливаться сеткой фасадной армирующей и другими способами.

Причины усиление кладки газосиликатных блоков

Стандартные газосиликатные блоки имеют правильную геометрию и ровные грани, монтируются с использованием специального клея, не имеют мостиков холода и могут применяться в капитальном строительстве. Небольшая масса, простота обработки и монтажа, хорошие теплоизоляционные показатели выделяют материал среди аналогов.

Усиливать конструкцию с помощью сетки металлической, арматуры других элементов необходимо ввиду склонности материала к деформации по следующим причинам:

Газосиликатные блоки не выдерживают нагрузок на растяжение.

Воздействие влаги вызывает ее впитывание и набухание камней.

Постоянные перепады температуры приводят к расширению и сжиманию блоков, изменению структуры.

При слабом фундаменте блоки также подвергаются усадке и деформации.

Наличие слабой почвы и движение грунтовых вод вызывают изменение геометрии кладки.

Сетка фасадная металлическая или арматура, уложенные при монтаже блоков, позволяют усилить конструкцию, обеспечить необходимый уровень прочности и избежать деформации стен, соответственно, продлить эксплуатационный ресурс здания.

Места и материалы для усиления кладки

Сетка металлическая и фасадная являются основными материалами для усиления газосиликатных блоков. Продукция выполняется из проволоки толщиной от3 до 5 мм и имеет размер ячеи 50 мм. Возможно использование арматуры сечением от 8 до 10 мм, уложенной в предварительно подготовленные пазы.

Усиление кладки выполняется в следующих местах:

Между фундаментом и нижним рядом газосиликатных блоков. В результате повышаются несущие характеристики всей конструкции.

Через каждые 4 ряда опорной поверхности выполняется усиление с помощью сетки. Этого вполне достаточно для придания стенам прочности.

При монтаже протяженных по длине стен, а также боковых поверхностей зданий также должно выполняться усиление арматурой или сеткой.

С помощью стальной арматуры укрепляется верхний ряд блоков, на котором монтируется стропильная система.

Дверные и оконные проемы также подлежат усилению.

При укреплении стены арматурой в блоках прорезаются штробы, поверхность очищается от пыли и увлажняется. Арматура укладывается в пазы, которые заполняются цементным раствором. Между собой стальные элементы свариваются или связываются проволокой. Металлическая сетка также укладывается на цементный раствор, после чего монтируется следующий ряд газосиликатных камней.

Обе технологии позволяют поднять такие характеристики здания, как прочность, надежность, способность выдерживать механические и климатические загрузки до уровня более прочных материалов. При этом стоимость строительства остается доступной для владельцев земельного участка, а сроки монтажа существенно короче, чем при использовании конкурирующих материалов. Армирование является не обязательным, но желательным условием долгосрочной эксплуатации постройки из газосиликатных блоков.

как и чем лучше армировать кладку

Уже хорошо известный, современный строительный материал – газосиликат – первоначально предназначался для утепления возводимых построек. Быстро оценив удобство монтажа, прочность, лёгкость обработки газосиликатные блоки стали использовать как полноценный материал при кладке малоэтажных зданий и сооружений. Важным моментом такого строительства является армирование стен из газосиликатных блоков. Теперь по порядку рассмотрим сам материал для кладки, особенности его армирования, советы для тех, кто решил построить стены из газосиликата.

Получение газосиликата

Для производства этого пористого материала требуются следующие составляющие: кварцевый песок, известь, алюминиевая пудра, цемент. В смеси исходных компонентов инициируется газообразовательный процесс. Его результат – смесь поднимается и растёт, словно тесто на дрожжах, с образованием многочисленных пор. Затем отвердевший массив тонкими струнами разрезают на блоки нужных размеров и геометрии.

Уникальная структура газосиликатного блока создаётся в специальном автоклаве, благодаря действию насыщенного пара, температуры (примерно +190°С) и давлению (12 атмосфер). Более дешёвый способ изготовления – не автоклавный. Смесь затвердевает в естественной среде. Блоки получаются менее прочные, чем при автоклавном способе.

Характеристики и свойства материала

В зависимости от диаметра и количества пор материал может иметь плотность 300-600 кг/м3. Менее плотный газосиликат имеет меньшую теплопроводность и используется как утепляющий материал. Плотные блоки применяют непосредственно для строительства капитальных стен.
Кладка блоков идеальной геометрии может производиться на специальный клей. Получаемый при таком способе малый зазор (от 2 мм) исключает перемычки холода и гарантирует уменьшение теплопотерь.
Объёмные изделия небольшого веса легко транспортируются, грузятся, ускоряют производительность кладочной работы (вместо 22 кирпичей достаточно положить один блок), не требуют специальной техники для подъёма тяжестей.
Изменить размеры и получить сложную конфигурацию блоков можно в результате их несложной обработки вручную и электроинструментом.
Материал, изготовленный из составляющих природного происхождения, безвреден для здоровья.
Низкая цена.
Фундамент под кладку не требует усиления из-за лёгкости блоков. Может использоваться ленточный фундамент.
Газосиликат обладает высокими звукоизоляционными показателями.
Сделанный из негорючих неорганических веществ, сам газосиликат является пожаробезопасным.

Область применения

Возведение межкомнатных перегородок и несущих стен.
Наращивание этажности уже эксплуатируемых зданий.
Восстановление старых зданий.
Выполнение ступеней.
Облицовка для утепления и необходимой звукоизоляции.
Возведение мансард.

Необходимость армирования и подлежащие усилению области

Любое сооружение вследствие неравномерности усадки, температурных перепадов, осаждения почвы, постоянного сильного ветра испытывает нагрузки, способные привести к деформациям. Результатом действия перечисленных факторов могут стать волосяные (очень тонкие) трещины. При их появлении стены не теряют своей несущей способности. Но их эстетичный вид и изолирующие свойства ухудшаются.

Склонность стен из газосиликатных блоков к объёмным деформациям повышается из-за:

Слабой устойчивости блоков материала к изгибающим и растягивающим усилиям.
Гигроскопичности газосиликата, который набухает при повышенной влажности окружающей среды.

Усилить отрицательные факторы способны: недостаточная прочность фундамента, усиливающая усадку; проблемные участки грунта с близкорасположенными водоносными слоями (в результате их пучения, сдвига, проседания).

Чтобы избежать воздействия перечисленных отрицательных факторов – все конструкции из газосиликатных блоков обязательно армируют. Для упрочнения возводимого объекта нужно армировать следующие участки:

Первый (нижний) ряд кладки, воспринимающий всю массу возведённой конструкции. Арматура или металлическая сетка усилят несущую способность этого ряда и помогут равномерно распределить нагрузку на фундамент.
Поверхность кладки по всему периметру через каждые 4 ряда уложенных блоков.
Поверхности наиболее нагруженных и имеющих большую длину стен.
Верхний ряд стены, на которую приходится нагрузка от стропил и крыши постройки. Армирующая система помогает сделать контур усиления монолитным, что позволяет распределить по периметру точечные нагрузки.
Области проёмов. Усиливается часть ряда, проходящего под проёмом. Армирование выполняется на 0,9 м в обе стороны от края оконного проёма. А также подлежат укреплению участки кладки над перемычками. Именно они являются высоко нагруженными массой выше расположенной кладки.

Способы армирования

Усиление конструкции из газосиликатных блоков достигается укладкой армирующего каркаса одним из способов:

Заглубление в подготовленную полость блоков. По предварительной разметке в блоках всего ряда устраивается штраба, проходящая по горизонтальной верхней грани. Сечение штрабы (чаще 25х25 мм) должно обеспечить полное погружение арматуры. Работать можно ручным или электрическим штроборезом, также подойдёт угловая шлифмашинка. Работа с ней потребует больше внимательности и тщательного измерения размеров в процессе получения штрабы. Затем полученная полость очищается от крошки и пыли обычной кистью или пылесосом. Чистые бороздки смачивают и заполняют применяемым раствором или клеем до половины, можно немного больше. На раствор укладывают арматуру и полностью покрывают её связующей смесью. При армировании угловых зон прутки загибают по радиусу.
Армирование парными металлическими полосами. Оцинкованные полосы (8х1,5 мм) укладываются на тонкий слой клея, прижимаются, сверху наносится ещё слой клеящей смеси. Метод не требует наличия штрабы и дополнительной подготовки поверхности.
Укрепление с помощью армирующих металлических сеток. Вырезают сетку необходимого размера. Её можно располагать на слой раствора или укладывать в подготовленные канавки. Сетки из оцинкованной проволоки, армирующие конструкции из газосиликата, кроме металла, также могут быть выполнены из базальтового волокна и стеклопластика. Последние недостаточно прочные, ими армируют только стены.

Армирующий пояс

Любое строение из газосиликатных блоков завершает железобетонный каркас (пояс), напоминающий фундамент. Порядок его сооружения следующий. Собирается деревянный короб на верхнем ряду. Внутри размещают объёмный каркас из металлических прутьев, связанных или сваренных под прямым углом. Размещают каркас равноудаленно от краёв опалубки, для защиты металла от возможной коррозии. Для получения большей прочности армирующего пояса в верхний ряд кладки равномерно вбивают куски катанки, арматуры или гвозди. Заливают армирующую конструкцию за один раз. Если это условие не выполнено – практического усиления возведённой постройки не произойдёт.

Важные рабочие нюансы

Все отклонения и неровности кладки легко устраняются наждачной бумагой, пилой по металлу, рубанком, болгаркой.
В возводимом газосиликатном сооружении обязательно укрепляются все наружные стены.
6 см минимум – расстояние от внешнего края газосиликатного блока до прорезанной штрабы. При меньшем расстоянии увеличивается вероятность сколов материала.
По горизонтали расстояние между армированными участками должно быть меньше метра. По вертикали каждый четвёртый ряд блоков должен быть армированный (для блоков высотой 25 см), при высоте 30 см – каждый третий.
Нельзя выполнять кладку «промокшими» блоками, которые легче поддаются разрушению и теряют свою прочность. При морозе попавшая внутрь влага разрывает соседние участки и нарушает целостность всего блока. Поэтому нужно работать с газосиликатом в сухую погоду и беречь от лишней влаги его пористую структуру.
Конструкции из газосиликата усиливают стеклопластиковой или металлической арматурой класса А3 диаметром от 6 мм.
От толщины применяемых блоков зависит число рядов арматуры. При толщине до 20 см один ряд металлического прутка укладывают по центру кладки. 25 см и больше – два ряда.

Выполненное армирование кладки из газосиликатных блоков позволяет получить конструкцию высокой прочности. В этой конструкции друг друга будут дополнять хорошая прочность газосиликата на сжатие и отличная прочность стали, применяемой для изготовления арматуры, на растяжение. Соблюдение технологии возведения построек из газосиликатных блоков обеспечивает их длительную эксплуатацию без периодических ремонтных и восстановительных работ.

Армирование кладки из газосиликатных и керамзитобетонных блоков

По мере того, как развивались технологии, камень, кирпич и дерево утратили популярность среди материалов для возведения домов. Сегодня в строительстве активно используются керамзитобетонные и газосиликатные блоки, которые отлично себя зарекомендовали в строительстве.

Преимущества керамзитобетонных блоков

Многим строителям полюбился керамзитобетон за свои свойства:

Удержание тепла. Блоки из керамзитобетона превосходно держат тепло. Их теплоизоляционные свойства позволяют использовать данный материал даже в самых суровых климатических условиях.
Прочность. Из качественных керамзитобетонных блоков можно строить дома до трех этажей, чего вполне хватает для коттеджей.
Долговечность. Блоки послужат вам не один десяток лет. Это особенно важно для тех людей, которые строят дом на продолжительное время и не собираются делать ремонт.
Морозостойкость. Еще один важный показатель, актуальный для Беларуси и стран СНГ. Керамзитобетонные блоки не боятся низких температур.
Низкий уровень водопоглощения. Если вода просачивается внутрь стен, это может быстро привести к появлению трещин и разрушению конструкции. Керамзитобетон хорошо противостоит влаге, что также повлияло на его популярность.
Экологичность. В состав блоков входит цемент, песок, вода и керамзит. Все это натуральные материалы, в которых нет вредных примесей.
Относительно низкий вес стены. В сравнении с кирпичом, керамзитобетонная стена весит примерно в 2,5 раза меньше. Это позволяет существенно сэкономить на фундаменте.
Простота кладки. С блоками из керамзитобетона справится даже новичок после небольшой тренировки. Кроме того, каждый блок равен примерно 7 кирпичам, что положительно сказывается на скорости выполнения работ.
Хорошая шумоизоляция. Если ваш дом располагается возле больших магистралей или железных дорог, то вам точно понадобится хорошая защита от внешнего шума.
Огнеустойчивость. Керамзитобетонные блоки хорошо переносят воздействие огня.
Противостояние плесени и грибку. Благодаря своей химической инертности, керамзитобетон отлично противостоит различным микроорганизмам.
Хорошо подходит для отделки. На стены можно с легкостью нанести штукатурку, а затем наклеить обои или другие облицовочные материалы.

Выбирая керамзитобетонные блоки, постарайтесь их взвесить и подсчитать плотность. Эти показатели должны соответствовать заявленной производителем марке. Также обратите внимание на форму блоков: они должны быть аккуратными и не иметь серьезных сколов. При необходимости керамзитобетон легко поддается распиливанию и не раскалывается.

Преимущества газосиликатных блоков

Блоки из газосиликата похожи по своим свойствам на керамзитобетон.

Плюсы газосиликатных блоков:

Низкая стоимость;
Хорошая теплоизоляция;
Небольшой вес;
Негорючесть;
Высокая шумоизоляция;
Паропроницаемость;
Экологичность.

Преимущества газобетонных блоков

«Родственником» газосиликата можно назвать газобетон. Разница в том, что в его составе преобладает цемент, а в газосиликате – известь. Армирование кладки из газобетонных блоков проходит по той же схеме, что и кладки из газосиликата.

Его особенностями являются:

Хорошая теплоизоляция;
Большие размеры блоков и их точная форма;
Возможность использовать специальный клей вместо цементного раствора;
Хорошая воздухо- и паропроницаемость;
Огнеустойчивость;
Небольшой вес;
Легкость обработки;
Морозоустойчивость.

Необходимо отметить, что в Беларуси производят и тот, и тот материала, но газобетон стоит дешевле газосиликатных блоков. На цену влияет способ сушки: для газосиликата нужна автоклавная обработка, а газобетон можно просушить естественным способом.

Зачем армировать кладку из газосиликатных, керамзитобетонных и газобетонных блоков?

Как и в любом другом типе кладки, керамзитобетону нужно дополнительное укрепление. Сразу необходимо отметить, что армирование кладки из газосиликатных блоков или керамзитобетона не повышает несущую способность конструкции. Ее основной целью является упрочнение стены и защиты от образования трещин.

На конструкцию из блоков оказывается негативное влияние окружающая среда, например, усадка и перемена температуры. Арматура помогает избежать различных деформаций, которые могут привести к растрескиванию и обрушению стен. Также армирование необходимо в тех случаях, когда длина стены превышает 6 метров. В этом случае блоки могут стоять не очень устойчиво, для чего и производится их укрепление.

Правила расположения армирования регулируются СНиП II-22-81 (1995) – Каменные и армокаменные конструкции. В нем содержатся подробные инструкции о том, где должно осуществляться укрепление. Также решение о том, куда поместить арматуру, принимается во время проектирования здания. На этом этапе специалисты должны точно определить, какие части дома нуждаются в дополнительном укреплении.

Существуют общие случаи, когда необходимо армирование кладки бетона:

Фундамент здания. В частности, арматура располагается на первом ряду кладки, так как это одно из самых уязвимых мест в конструкции.
Каждый 4-й ряд в кладке. Если стена имеет протяженность более 6 метров, то ее также необходимо укреплять.
Зоны перемычек. В месте, где происходит опирание перемычек на кладку, также должна быть арматура.
Оконные проемы. Эта часть стены также подвергается дополнительным нагрузкам, поэтому тоже требует армирования.
Перекрытия. Практически в каждом доме с несколькими этажами требуется армированный пояс. Он нужен для каждого перекрытия, а также под стропильной системой крыши.
Стены, подвергающиеся боковым нагрузкам. Как правило, это длинные стены, на которые постоянно воздействуют ветра или давление грунта.
Другие части конструкции с высокой нагрузкой. Любое место, которое испытывает дополнительное давление, должно быть армировано. Это сделает всю конструкцию более надежной.

Устройство трехслойных стен из блоков

Для дополнительной теплоизоляции дома строители возводят трехслойные стены. Это не влияет на необходимость армирования кладки из газосиликата и керамзитобетона, так как укреплять ее нужно в любом случае.

Конструкция такой стены делится на внутреннюю и внешнюю стену из блоков, а между ними прокладывается слой изоляции. Для соединения и удержания стен обычно используются металлические стержни арматуры. Это значительно повышает долговечность всей конструкции, а теплоизоляция удерживает тепло внутри дома. Как правило, выбор изоляции зависит от климатических условий, в которых возводится строение, а также от толщины самой стены.

При строительстве трехслойной стены необходимо использовать гидроизоляцию. Хотя кладка и несет от этого теплопотери, без этого слоя стена прослужит меньше. Для строительства стены чаще всего используют армированный ячеистый керамзитобетон.

При выборе материалов следует учитывать их влияние друг на друга. Если они подобраны неправильно, то вы не сможете добиться паропроницаемости конструкции. Есть два универсальных правила, которых придерживаются профессионалы:

Чем плотнее материал, тем ближе он должен располагаться к внутренней поверхности панели. Материалы, обладающие высокой пористостью, наоборот, должны быть ближе к наружному краю. Это обеспечивает более свободный выход воздуха и влаги наружу.
Толщина внутренней стены должна быть больше наружной. Тогда вы сможете сохранить больше тепла внутри здания.

Многие люди, решившие построить дом из керамзитобетона, прибегают именно к такой пошаговой технике устройства стен. Хотя эта схема и кажется немного сложной, однако на деле все оказывается легче. Сегодня можно без проблем купить кладочную сетку в Минске и других городах, а также приобрести теплоизоляцию нужного качества. Выполнив такую работу, вы точно не пожалеете, так как дом станет еще теплее, надежнее и уютнее.

Технология армирования стен из газосиликатных и керамзитобетонных блоков

Если стену из керамзитобетона или газосиликата не армировать, велика вероятность того, что со временем на ней образуются трещины. Также кладка может растрескиваться из-за неправильного выбор строительного материала, поэтому перед покупкой блоков необходимо проконсультироваться со специалистами. Трещины могут пойти и том случае, если панель перекрытия недостаточно глубоко опирается на стену. Чтобы избежать всех этих проблем и используется арматура.

Для блочных коттеджей выполняют контурное армирование стен. Давно установлено, что для большей прочности необходимо армировать каждый 4-ый ряд. Для этого в блоке делают специальные штробы, куда потом закладывается арматура. Делать их можно вручную или электроинструментом, что значительно экономит время. На углах штробы должны быть закруглены, так как в них будут укладываться согнутые прутья арматуры.

Чаще всего для армирования используют рифленые металлические пруты диаметром 8 мм. Для ее сгибания на углах применяют ручные приспособления. В некоторых случаях в качестве арматуры используется сетка кладочная50х50х3 и 50х50х4 мм. Но ее можно применять только тогда, когда кладка не будет дополнительно утепляться теплоизоляционными плитами (как для трехслойной стены). Арматуру можно приобрести на специализированной металлобазе, где продавцы помогут рассчитать количество прутьев или сетки. В некоторых случаях вместо прутов используются арматурные каркасы, которые делают швы более тонкими.

После того, как штробы будут готовы, их очищают от пыли. Затем в них кладется арматура и покрывается клеевым раствором. Важно следить, чтобы клей полностью покрывал пруты. Согласно существующим стандартам, арматура должна находиться на расстоянии 6 см от фасадной поверхности арматуры. В обязательном порядке нужно армировать оконные проемы. Арматура должна выходить за пределы проема как минимум на 90 см, а лучше на 1,5 метра.

Что касается количества прутов, необходимых для армирования, то все зависит от толщины блоков.

Толщина < 250 мм – 1 прут;
Толщина от 250 до 500 мм – 2 прута;
Толщина > 500 мм – 3 прута.

Если вы будете строго придерживаться технологии, то в кладке никогда не образуются трещины. Внутренние стены также нуждаются в армировании. Заложив арматуру и в межкомнатных стенах, вы сделаете дом по-настоящему прочным.

Схема армирования блочной кладки

Видеоурок: армирование блочной кладки сварной сеткой

Видеоурок: армирование блочной кладки арматурой

Бетонный армопояс для стен

Не секрет, что керамзитобетонные блоки плохо справляются с точечной нагрузкой. Для того, чтобы в кладке не образовывались трещины, нужно равномерно распределить нагрузку по всей поверхности стены. Для этих целей и предназначен монолитный каркас из бетона, который обычно имеет высоту 10-20 см. Если же вы планируете сделать облицовку фасада кирпичом, то пояс должен иметь высоту двух рядов кладки из кирпича.

Чтобы бетонный армопояс не повышал потери тепла, его нужно теплоизолировать. Чаще всего ширина этого пояса составляет 25-30 см при толщине стен 30-40 см. Остальное пространство нужно заполнить теплоизоляцией с фасадной стороны и облицевать для эстетичного внешнего вида.

В случае, когда перекрытия устанавливаются на деревянные балки, армопояс делают из полнотелых кирпичей, укладываемых на блоки. Для армирования используется не кладочная сетка, а пруты арматуры диаметром от 8 до 10 мм. Иногда вместо этого применяется другой способ укрепления: вертикальные швы просто заполняются раствором.

Для дополнительной надежности армопояс тоже армируют. Для этого используют пруты диаметром 10-12 мм. Их соединяют между собой по всей длине путем накладывания концов друг на друга, при этом расстояние должно равняться 40-50 диаметрам прута.

Бетонный пояс для стропильной системы

Достаточно большое количество загородных домов строится с мансардами. Чтобы увеличить площадь помещения, нередко используют конструкцию с аттиковыми стенами. Они являются продолжением несущих стен. Обычно высота этих стен составляет от 0,7 до 1,2 метра.

На аттиковые стены опирается стропильная система крыши. Чтобы увеличить устойчивость этих стен, по верху несущих стен прокладывают железобетонный пояс, на который часто опирается мауэрлат стропильной системы.

В целом, конструкция этого монолитного пояса почти такая же, как и для уровня перекрытий. Высота пояса должна составлять не меньше 15 см. Если планируется утепление стен, то бетонный пояс занимает всю ширину наружной стены. Если же теплоизоляции не будет, то с внешней стороны оставляется место для утеплителя, чтобы через бетон не уходило тепло.

Для четырехскатной крыши пояс делается сплошным, без каких-либо промежутков. Если же крыша двухскатная, то в поясе обычно оставляют место для окон.

Армирование блочной кладки из керамзитобетона и газосиликата является довольно простым не особо затратным процессом. Не стоит пренебрегать дополнительным усилением дома, так как это существенно продлит его срок службы. Выбирайте качественную оцинкованную арматуру, которая не подвергается коррозии. Тогда вы сможете быть уверенными в том, что стены хорошо справляются с нагрузкой и простоят несколько десятилетий.

Металлобаза «Аксвил» предлагает купить оптом и в розницу с доставкой по Беларуси следующие виды металлических сеток:

Все об армировании кладки из газосиликатных, газобетонных блоков

По мере развития технологий материалы для возведения домов, такие как камень, кирпич и дерево постепенно стали утрачивать популярность среди материалов. На сегодняшний день в строительстве часто применяют блоки из керамзита и газосиликата, отлично зарекомендовавшие себя на этом поприще.

Плюсы керамзитобетонных блоков

Выбирая такие блоки, следует произвести расчет массы и плотности. Эти значения должны совпадать с числами, заявленными в маркировке. Также следует сконцентрироваться на их форму, которая должна быть аккуратной и без серьезных сколов.

При надобности керамзитобетон легко распилить так, чтобы он не раскололся. Многие строители предпочитают керамзитные блоки, потому что они:

Удерживают тепло. Эти качества теплоизоляции дают возможность использования данного материала в зонах с суровым климатом;
Прочные. Из керамзитобетонных блоков хорошего качества можно создавать сооружения максимум в 3 этажа, чего вполне достаточно для загородного дома;
Долговечные. Срок эксплуатации составляет не одно десятилетие. Это свойство является наиболее важным для тех, кто занимается строительством дома без ремонта длительный период времени;
Морозостойке. Актуально для Беларуси и стран СНГ. Керамзитобетонным блокам не страшны низкие температуры;
Мало поглощают воду. Просачивание влаги внутрь стен мгновенно приводит к трещинам и дальнейшей деформации здания; Керамзитобетон стойко предотвращает попаданию воды. И это также сказалось на его популярности;
Экологичные. Блоки состоят из натуральных материалов без содержания вредных веществ: цемента, песка, воды и керамзита;
Относительно легкие. В отличие от кирпича, керамзитобетон по весу меньше около 2,5 раз. За счет небольшой массы можно неплохо сэкономить на фундаменте;
Простые в установке. Кладка из керамзитобетонных блоков подвластна даже новичку. К тому же, каждый по объему составляет около 7 кирпичей, что позитивно отражается на скорости работы;
Хорошо изолируют шум. В случае, если Ваша постройка расположена около трассы или ЖД, то защита от внешних шумов лишней не будет;
Огнеустойчивые. Керамзитобетон идеально выдерживает влияние огня;
Стойкость к грибку. Блоки обладают химической инертностью, за счет которой препятствует размножению микроорганизмов;
Хороший отделочный материал. Легко наносится штукатурка.

Достоинства блоков из газосиликата

Газосиликатные блоки схожи по своим качествам с керамзитобетоном.

Преимущества заключаются в их:

Низкой стоимости;
Высокой теплоизоляции;
Малом весе;
Негорючести;
Хорошей шумоизоляции;
Паропроницаемости;
Экологичности.

Преимущества блоков из газобетона

Газобетонные блоки отличаются хорошей теплоизоляцией; большими размерами и их точной формой; возможностью применения специального клея вместо раствора из цемента; хорошей паро- и воздухопроницаемостью; огнеустойчивостью; небольшим весом; легкостью обработки; морозоустойчивостью.

Газосиликат сродни газобетону. Отличается этот материал только составом, в котором больше цемента, а в газосиликате – известь. Армирование кладки из газобетона осуществляется подобно кладке из газосиликата. Надо заметить, что в Беларуси производятся оба материала, однако газобетон ниже по стоимости в отличие от блоков из газосиликата. Цена зависит от способа сушки: газосиликат нуждается в автоклавной обработке, а газобетон – в естественной сушке.

Армирование кладки блоков

Керамзитобетонная кладка нуждается в дополнительном укреплении. Сразу отметим, что армивание кладки из газосиликата или керамзитобетона не увеличивает несущую функцию сооружения. Ее главная цель – упрочение и защита от возникновения трещин. Окружающий климат может негативно влиять на блоковую конструкцию, к примеру, перемена температуры приведет к усадке. Армирование оказывает помощь в предотвращении разрушения, растрескивания и обрушивания стен.

Опять же укрепление арматурными прутьями понадобится тогда, когда стены выше 6 м. Здесь они отличаются не особой устойчивостью. По этой причине их надо укреплять. Правильное расположение армирования регламентировано СНиПом II-22-81 (1995) – Каменные и армокаменные конструкции. В этом документе есть подробные указание о месте осуществления укрепления. О том, куда помещается арматура, решается в процессе проектирования. В ходе этого этапа мастера должны правильно предопределить, какие части сооружения надо дополнительно укрепить.

Армирование кладки производится в:

Фундаменте сооружения. Первый ряд кладки — наиболее уязвимое место в здании;
Каждом четвертом ряду кладки. При протяженности стены свыше 6 м она также укрепляется;
Зоне перемычек. Место опоры перемычек на кладку также упрочивается арматурой;
Оконных проемах. Данная часть подвержена дополнительной нагрузке;
Перекрытиях. Почти каждый дом с несколькими этажами нуждается в армированном поясе. Армирование делают в каждом перекрытии, а в месте стропил кровли;
Стенах с боковыми нагрузками. Обычно это высокие стены, которые подвержены постоянным воздействиям ветра или давлению грунта;
Других конструкционных частя с наибольшей нагрузкой. Любое место с дополнительным давлением должно армироваться для надежности всей конструкции.

Устройство стен из блоков в три слоя

Для дополнительной тепловой изоляции здания строителями возводятся стены в три слоя. Это никак не воздействует на необходимое армирование газосиликатной и керамзитобетонной кладки по причине ее обязательного укрепления. Такая конструкция заключается в прокладывании слоя изоляции между внутренней и внешней стеной из блоков. Чтобы их соединить и удержать, как правило, используют арматурные стальные стержни. Это значительно повысит срок эксплуатации здания, а теплоизоляция поспособствует удержанию тепла внутри сооружения. Обычно выбирают изоляцию для стены в зависимости от климата и ее толщины.

В процессе строительства в три слоя обязательно применение гидроизоляции. Однако несмотря на то, что кладка поэтому теряет тепло, без такого слоя эксплуатация стены уменьшится. Для ее возведения нередко прибегают к использованию армированного ячеистого керамзитобетона. При выборе материалов учитывается такой фактор как влияние между собой. Если их подобрали неверно, то достичь паропроницаемости конструкции будет невозможно. Существует 2 универсальных идиомы, которые известны любому специалисту:

При большей плотности материала он располагается ближе к поверхности панели внутри. Материалы, имеющие высокую пористость, напротив, надо устанавливать ближе к внешней стороне. Это обеспечит освобождение воздуха и влаги наружу.
Толщина стенки внутри должна быть больше по значению, чем снаружи. По этой причине сохраняется больше тепла изнутри сооружения.

Те, кто решил построить керамзитобетонный дом, предпочитают как раз такую пошаговую технику возведения стен. Данные правила и кажутся немного сложными, на деле все намного проще. Когда такая работы будет выполнена, то жалеть точно не придется, потому что жилище утеплится, станет надежным и уютным.

Технология армирования стен

Если у керамзитобетонной или газосиликатной стены не произвести армирование, то возникает риск растрескивания. Также трещины в кладке может появляться благодаря неправильному выбору стройматериалов. Так что перед приобретением блоков надо посоветоваться с профессионалами. Трещины могут образоваться из-за неглубокой опоры панели перекрытия на стену. Во избежание всех неприятностей такого рода и применяют арматуру. Для блочных домов выполняется армирование стен по контуру. Уже давно установили, что для достижения наибольшей надежности, армируют каждый 4-ый ряд.

Для этих целей проделываются специальные штробы для закладывания арматуры. Делаются они либо руками или электрическим инструментом для экономии времени. В месте расположения углов штробы закругляются, потому что в них необходимо уложить согнутые арматурные стержни. Нередко с целью армирования применяются рифленые стальные прутки 8 мм. Чтобы согнуть их на углах используют ручные устройства. Иногда вместо арматуры берут кладочную сетку 50 * 50 * 3 / 50 * 50 * 4 мм. Однако это происходит в случае, когда кладку не будет дополнительно утеплена посредством теплоизоляционных плит (как для стены в три слоя).

Арматура реализуется на специализированной металлобазе. Количество металлопроката могут рассчитать продавцы. В некоторых случаях вместо прутков применяют каркасы из арматуры, делающие швы тоньше. После изготовления штробов они очищаются от пыли. Потом в них укладывается арматура, которую потом покрывают клеевым раствором. Клей должен целиком покрывать прутки. В соответствии с существующими стандартами, арматура надо устанавливать на 6 см от фасадной поверхности прутьев. Необходимо обязательное армирование минимально на 90 см, но лучше на 1 м 50 см. Число прутков для армирования определяется в зависимости от толщины блоков.

Толщина более 250 мм / 1 шт.;
Толщина 250-500 мм / 2 шт.;
Толщина менее 500 мм / 3 шт.

Если строго следовать технологиям, то кладка никогда не растрескается. Стены внутри также надо армировать. В случае закладки арматуры и в стенах между комнаты, дом по-настоящему станет крепким.

Бетонный армопояс для стен

Секретом не станет тот факт, керамзитобетон не очень хорошо справляется с нагрузкой точечного типа. Для предотвращения трещин в кладке необходимо равномерное распределение нагрузки на всю поверхность стены. Для этого служит монолитный бетонный каркас с высотой 10-20 см. Если запланирована облицовка фасада, то высота пояса должна составлять значение высоты 2-ух рядов кирпичной кладки. Во избежание бетонным армопоясом тепловых потерь, он теплоизолируется. Нередко пояс имеет ширину от 25 до 30 см при толщине стенки от 30 до 40 см.

Оставшееся пространство заполняется теплоизоляцией стороны фасада и облицовывается для эстетики. В случае установки перекрытия на балки из брусьев, армопояс создается посредством полнотелых кирпичей, которые кладут на блоки. С целью армирования применяют не кладочную сетку, а арматурные прутки 8-10 мм. В некоторых случаях может использоваться иной вариант укрепления: вертикальные швы просто заполнятся с помощью раствора. Чтобы обеспечить дополнительную прочность, армопояс также армируется прутами от 10 до 12 мм. Они соединяются накладывание концов друг на друга на расстоянии примерно 40-50 диаметру прутка.

Бетонный пояс для стропил

Большинство коттеджей строят с мансардами. А для увеличения пространства часто возводят аттиковые стены. Это продолжение несущих. Как правило, стены имеют высоту 0,7-1,2 м. Аттиковые стены служат опорой для стропильной системы кровли. Для увеличения прочности этих стен сверху несущих прокладывают ЖБТ пояс, чтобы обеспечить опору мауэрлата стропил. Конструкция монолитного пояса почти не отличается от той, которая у уровня перекрытий. Пояс должен иметь высоту не менее 15 см. Если запланировано утеплить стены, то пояс из бетона займет всю ширину стены снаружи.

Если теплоизоляции не предусмотрено, то извне необходимо оставить пространство для утеплителя, чтобы тепло не уходило. Для кровли в 4 ската пояс должен быть сплошным без промежутков. Если же крыша имеет 2 ската, то в поясе, как правило, оставляется место для окон. Армирование кладки керамзитобетонных и газосиликаных блоков – достаточно простой и не особо затратный процесс. Не пренебрегайте усилением конструкции дома дополнительно, потому что так можно существенно продлить его срок эксплуатации. С качественной оцинкованной арматурой, которая не подвергается ржавчине, можно полностью увериться в том, что стены отлично переносят нагрузку и выстоят несколько десятков лет.

Читайте интересное

советы и рекомендации, инструменты, материалы, этапы

Дата: 18 февраля 2017

Просмотров: 5341

Коментариев: 0

Газосиликатные блоки получили распространение при строительстве частных зданий и промышленных объектов. Строители убедились в высоких эксплуатационных характеристиках популярного материала. Потребителей привлекает доступная цена и надежность, которой обладает газосиликат. Однако имеется сложность — материал восприимчив к воздействию растяжения.

Устранить проблему можно, выполнив армирование газосиликатных блоков. Это позволяет повысить прочность конструкции, укрепить стены, углы, проемы здания, предотвратить появление трещин, обеспечив длительный срок эксплуатации строения.

Армирование кладки из газосиликатных блоков необходимо, так как стены подвергаются объемным деформациям, связанным с усадкой, реакцией почвы и температурными факторами. Особенно подвержены нагрузкам проемы, пороги, а также стены, на которых появляются трещины под воздействием растягивающих усилий.

За сравнительно короткий промежуток времени газоликатный кирпич или газобетон завоевал большую популярность у строителей

Рассмотрим детально, каким образом армируют пользующийся популярностью газосиликат, остановимся на особенностях армирования кладки отдельных участков здания, технологии выполнения работ, которые можно выполнить самостоятельно.

Свойства материала

Газосиликат обладает множеством положительных характеристик:

правильной геометрией, позволяющей осуществлять кладку с помощью клея, что устраняет перемычки холода и обеспечивает экономию тепла;
высоким уровнем прочности, позволяющим использовать материал для возведения капитальных стен;
снижением нагрузки на фундамент здания, что связано с небольшой массой изделий;
уменьшенным коэффициентом теплопроводности, способствующим комфортному температурному режиму помещения;
небольшим весом при увеличенном объеме, что облегчает транспортировку и ускоряет выполнение работ, связанных с кладкой;
отсутствие отрицательного влияния блоков на здоровье окружающих;
несложностью обработки, позволяющей изменить размеры и конфигурацию изделий.

Обработка в процессе производства придает высокую прочность возводимым строениям

Одно из неоспоримых достоинств газосиликата — низкая цена, благодаря которой материал широко используется частными застройщиками. Однако изделия нуждаются в армировании.

О необходимости усиления

Наряду с комплексом положительных моментов у материала имеются отрицательные стороны. Стены склонны к объемным деформациям, вызванным следующими факторами:

Восприимчивостью блоков к воздействию растягивающих усилий.
Гигроскопичностью материала, который, впитывая влагу, набухает.
Температурными перепадами, в результате которых массив сужается и расширяется.
Недостаточной жесткостью фундамента, вызывающей усадку строения.
Пучением проблемных грунтов, отличающихся близко расположенными водоносными слоями.

Избежать отрицательного воздействия негативных факторов позволяет армирование стен из газосиликатных блоков, предотвращающее растрескивание, повышающее прочность и ресурс эксплуатации возводимого здания.

Рассмотрим детально, какие проблемные участки возводимого здания целесообразно усиливать.

Области, подлежащие усилению

Применяя газосиликат, для повышения прочностных характеристик возводимого объекта выполняйте армирование газосиликатных блоков на проблемных участках.

Сооружение стен из газобетона должно сопровождаться обязательной укладкой армирующего каркаса

Усилению подлежат следующие зоны:

участок между основанием здания и нижним рядом кладки, который воспринимает массу стен, перекрытий и кровли. Обеспечивают прочность основания арматурой или стальной сеткой, способствующей пропорциональному распределению усилий на фундамент и повышающей несущие характеристики первого ряда блоков;
опорные поверхности возводимой кладки с интервалом через каждые 4 уровня устанавливаемых блоков. Сетка для кладки, наряду со стальной арматурой, позволяет выполнить надежное усиление данных участков;
поверхности стен увеличенной длины, а также боковые поверхности здания, воспринимающие повышенные нагрузки. Дополнительный контур усиления обеспечивает сетка для кладки. Это позволяет повысить прочность, компенсировать ветровые нагрузки и достигнуть тепловой изоляции периметра здания;
верхний уровень стен, воспринимающий нагрузку стропильной системы и крыши здания. Использование стальной арматуры позволяет сформировать монолитный контур усиления по всему периметру стен, что выравнивает точечные нагрузки и равномерно распределяет усилия, передаваемые стропильной системой на поверхность кладки;
области, расположенные в проемах. Используя стальную арматуру, расположенную в подготовленных пазах, укрепляют участки над перемычками, воспринимающие значительные нагрузки от массы расположенной над ними кладки.

Рассмотрим материалы, позволяющие выполнить армирование газосиликатных блоков.

Исходя из возможных нагрузок, используется несколько видов и подходов в укладке армирующих элементов

Чем усиливают изделия?

Армирование кладки из газосиликатных блоков осуществляйте, используя следующие материалы:

Стальную арматуру класса А-III, диаметр которой составляет 8-10 миллиметров и более. Установка стальных прутков в газосиликатную поверхность производится в предварительно подготовленные пазы, размеры которых зависят от размеров арматуры. Технология установки арматуры предусматривает очистку и увлажнение водой каналов с последующим заполнением полостей смесью, применяемой для кладки. Уложенные в полостях прутки полностью покрываются связующим раствором, после твердения которого, формируют прочную конструкцию. Усиление угловых зон кладки производится арматурными прутками, загнутыми по радиусу. Концы располагаются под прямым углом. Установка угловой арматуры осуществляется в полости, соответствующие конфигурации радиусных элементов.
Металлическую сетку из стальной проволоки диаметром 3-5 мм, имеющую ячейку квадратной формы со стороной 50 мм. По сравнению с арматурой, сетку легче использовать при возведении стен. Арматурную сетку можно устанавливать без выполнения штроб, размещая ее в кладочном или штукатурном растворе. Важно полностью расположить сетчатое усиление в связующей смеси, обеспечив покрытие стальной проволоки раствором, толщиной более 2 мм. Это предотвратит коррозию каркаса, затрудняя доступ влаги к проволоке. Усиление нагруженных перемычек, применяемых в качестве опор проемов, можно выполнять сеткой, изготовленной из проволоки класса Вр-1 диаметром 4 мм. При этом размер квадратной ячейки может быть увеличен до 70 миллиметров.
Армирование стен из газосиликатных блоков используется в том случае, когда строительство выполняется из свежих изделий, которые не прошли еще усадку
Каркасы усиления, изготовленные из стальной проволоки диаметром 1-5 мм. Конструктивно, арматурный каркас представляет два стальных прутка, параллельно расположенных в предварительно выполненных пазах. Элементы каркаса могут соединяться поперечными проволочными элементами, обеспечивающими жесткость конструкции. Укладка арматурного каркаса осуществляется в пазы или на поверхность. Важно погрузить конструкцию полностью в цементно-песчаный раствор, обеспечив надежную защиту от коррозионных процессов.

Остановимся на особенностях выполнения отдельных этапов в наиболее проблемных зонах.

Особенности армирования кладки

Армирование кладки из газосиликатных блоков выполняйте в следующей последовательности:

разметьте поверхности, расчертив две параллельные линии, каждая из которых находится на расстоянии 6 см от боковой поверхности;
согласно разметке выполните пазы, используя штроборез или болгарку;
очистите канавки от пыли, увлажните поверхность;
нарежьте арматуру требуемой длины и поместите в полости;
соедините в цельный контур арматуру с помощью сварки или вязальной проволоки;
заполните пазы с прутками раствором, обеспечив равную толщину слоя для укладки следующего ряда.

Если кладка армирована правильно, то дом никогда не пойдет трещинами и будет всегда достаточно прочным

Использование сетки

Желая обеспечить прочность, армируют, также, с помощью сетки. Имеется возможность приобрести изготовленную промышленным образом сетку или изготовить ее в домашних условиях. Сетку можно погрузить в канавки или расположить в растворе. Газосиликат усиливают кладочными сетками, изготовленными из различных материалов:

Оцинкованной проволоки, обладающей повышенной прочностью, но склонной к коррозии.
Стеклопластика, имеющего недостаточную прочность, применяемого только для армирования стен.
Базальтового волокна, не склонного к коррозии, прочностные характеристики которого близки к конструкциям из металла.

Применение сетки для укрепления газосиликатных стен позволяет укрепить строения и создать благоприятный микроклимат.

Усиление проемов

Армирование стен из газосиликатных блоков в областях проемов осуществляется двумя методами:

применением расположенных в газосиликате стальных стержней диаметром 4-5 мм, повторяющих конфигурацию углов и опорной части перемычки. Установку прутков осуществляйте в предварительно выполненные пазы;

использованием промышленно произведённых профильных блоков, имеющаяся полость которых позволяет расположить готовый арматурный каркас. Заливка раствора позволяет создать жесткую конструкцию.

Итоги

Мероприятия по усилению газосиликатных блоков обязательны при выполнении строительных работ. Газосиликат, армированный при выполнении кладки, обеспечит длительный срок эксплуатации здания, предотвратит появление трещин.

На сайте: Автор и редактор статей на сайте pobetony.ru
Образование и опыт работы: Высшее техническое образование. Опыт работы на различных производствах и стройках — 12 лет, из них 8 лет — за рубежом.
Другие умения и навыки: Имеет 4-ю группу допуска по электробезопасности. Выполнение расчетов с использованием больших массивов данных.
Текущая занятость: Последние 4 года выступает в роли независимого консультанта в ряде строительных компаний.

Армирование стен из газосиликатных блоков

Прочность газобетона на изгиб приближается к нулю. Неармированная кладка из него несколько выносливей в этом плане, но не намного. Искривления основания, составляющего 2 мм на метр, или крена фундамента, достигающего 5 мм на метр, вполне достаточно, чтобы по стенам пошли трещины. Поэтому при сооружении зданий из газосиликата без армирования не обойтись. Особого внимания требуют следующие зоны:

ряд газоблоков, уложенных непосредственно на фундамент;
проёмы для окон и дверей;
места примыкания к перегородкам перекрытий и стропил;
каждый четвёртый ряд кладки, который длиннее, чем 6 м;
колонны и места предполагаемого возникновения превышающих норму нагрузки.

Среди недостатков обвязочной проволоки отметим шаткость готового каркаса, но этот минус можно нивелировать, если вязать каркас прямо в опалубке.

Производители газосиликата акцентируют внимание на том, что армирование не усиливает несущую способность кладки, а уменьшает риск появления трещин вследствие усадки дома или перепадов температур. Величина такого риска зависит от типа грунта, нагрузок на стены и перекрытия, погодных условий и других факторов.

Поэтому целесообразность, точные места и виды армирования необходимо определять для каждого сооружения отдельно. При расчётах нужно руководствоваться СНиПами II–22, СНиПами 3.03.01–87 и Приложением 11 Пособия к СНиПам II–22–8.

Места, усиление которых рациональнее всего, перечислены выше. А чтобы оно было качественным, необходимо:

перед укладкой арматурных стержней в поверхности газобетона прорезать штробы;
размещать стержни на расстоянии не менее 60 мм от краев блока;
перед укладкой арматуры заполнять сделанные штроборезом углубления бетонным составом или монтажным клеем;
стены толщиной до 200 мм армировать одним прутом, более — двумя;
загибать необвязанные в один контур концы стержней под углом 90° и заглублять в штробы.

Армирование газобетонной кладки не обходится без специальных инструментов. В числе основных:

электрофреза или штроборез для нарезания в газосиликате продольных углублений;
сметка или специальный фен для очищения штробов от строительной пыли;
каретки для дозирования, удобного и равномерного нанесения клеевого состава на горизонтальную поверхность кладки.

Композитная кладочная сетка для газосиликатных блоков — тоже инновационный материал. По строению напоминает металлическую, но производится из стекловолоконных или базальтоволоконных стержней. Несмотря на почти в 6 раз меньший вес, композитная сетка по прочности превосходит металлические аналоги вдвое!. Кроме того, это изделие экологично, эластично, устойчиво к воздействию агрессивных факторов, не проводит электрический ток и не обладает магнитными свойствами. Оно не создаёт мостиков холода, потому что теплопроводность её намного ниже, чем у металла. Высокая несущая способность, срок эксплуатации длительностью до 100 лет, простота монтажа — далеко не все достоинства композитной армирующей сетки для газобетона, поэтому неудивительно, что её востребованность неуклонно растёт.

Стеклопластиковая кладочная сетка — популярный выбор строителей. Базальтопластиковая сетка тоже лучше металла, но цена её выше. Причём, по свойствам эта сетка одинакова со стеклопластиковой и превосходит её лишь в температуре горения.

Монтажная перфолента — это полоса из стали со сделанными по всей длине отверстиями. Для армирования газосиликатной кладки нужно покупать материал толщиной 1 и шириной 16 мм. Он предназначен для усиления стен без штробления, а путём закрепления на саморезы. При необходимости полосы можно использовать попарно, соединяя проволокой из стали. Этот вариант не подойдёт тем, кто планирует класть блоки на монтажную пену. С ней перфорированная лента работать не будет.

Особой прочностью на изгиб, если сравнивать с профилированной арматурой, они не отличаются. Зато благодаря компактности ленты получается существенная экономия на доставке, а благодаря отсутствию этапа штробления — на трудозатратах и покупке монтажного клея.

Если с традиционной металлической арматурой всё и так понятно, то про стеклопластиковую знают ещё не все. Этот вид арматуры представляет собой стеклопластиковый шнур, спиралевидно обмотанный такой же нитью для обеспечения хорошего сцепления с рабочим раствором. При монтаже прутки между собой соединяются специальными гильзами. В итоге образуется армопояс, которому свойственны низкая теплопроводность, малый вес, длительный срок эксплуатации, удобство монтажа из-за минимального количества стыков.

Стеклопластиковая арматура появилась на рынке строительных материалов сравнительно недавно, поэтому наши клиенты нередко интересуются, можно ли ею армировать газобетон. Да, можно, если использовать стержни диаметром от 4 мм. Исключение составляют сейсмически активные районы. Там время от времени случаются превышающие норму нагрузки на излом, которые стеклопластиковая арматура долго выдерживать не способна.

Газосиликатные перегородки и стены обычно усиливают стержневой арматурой, сеткой и перфорированной лентой. Укладку прутов в стенах толщиной от 20 см начинают с вырезания 2 штроб по 25 × 25 мм так, чтобы от них до обоих краёв оставалось не меньше 6 см. Для более тонкой кладки достаточно 1 продольного углубления посередине. По углам штробы округляют. Далее их освобождают от пыли, увлажняют, заполняют клеевым составом или цементным раствором. Потом в борозды укладывают арматуру. На стыках пруты либо сваривают, либо ложат с перехлёстом, достигающим 20 диаметров, либо на концах загибают и связывают проволокой.

Остатки клея или раствора удаляют шпателем, после чего продолжают монтаж блоков.

Поперечное усиление стен из газоблоков также выполняют стеклопластиковой или другой сеткой. Её укладывают на слой монтажного клея. При этом сетку размещают на расстоянии 50 мм от внешней грани фасадной стены. На внутреннюю поверхность должно выступать 2–3 мм. Завершают укладку нанесением ещё одного клеевого слоя, на который монтируют следующий ряд.

Для соединения газоблочных стен на стыках используют Т-образные анкеры, скобы из металла или полосовые элементы. Их закладывают через каждые 2–3 ряда кладки в горизонтальные швы, но не меньше, чем по 2 на этаж.

Усиление оконных проёмов производят в нижней части, в верхней и по бокам. Армирование под окном начинают с разметки поверхности последнего перед будущим проёмом ряда. Далее заготавливают стержни по размеру на 50–60 см больше длины окна. Такие же делают и штробы. Укладку выполняют в той же последовательности, что и при стеновом армировании.

Над окном обычно устанавливают металлический швеллер или два уголка, края которых выступают за границы проёма не меньше, чем на 30–50 см. Двери гораздо уже, поэтому над ними возможно создание армированной ленты из цементно-песчаного раствора и стержневой арматуры.

Для достижения этой цели над проёмом закрепляют деревянную опалубку. На неё выкладывают цементный раствор, в который помещают три арматурных металлических прута класса А-III диаметром 12 мм или хлысты стеклопластиковой арматуры диаметром 8-10 мм (их длина, как и уголков или швеллеров, должна превышать ширину проёма). Опалубку убирают через 3 или 4 дня, когда раствор полностью затвердеет.

В боковых частях проёмов блоки укладывают таким образом, чтобы между ними по вертикали образовался примыкающий к краю зазор. В него помещают прут толщиной не менее 14 мм, после чего пустоту заливают бетоном. Такое армирование по вертикали ещё применяют при использовании низкокачественного газобетона, в местах опирания на стены сверхтяжёлых элементов, при сооружении колонн из газосиликата.

Армопояс — это замкнутая кольцевая конструкция из монолита, которая повторяет контуры возводимых стен. Её основу составляет каркас из 4 и более продольно расположенных стержней диаметром 10—14 мм. К ним при помощи стальной проволоки с сечением 6–8 мм прикреплена на расстоянии друг от друга 40–50 мм поперечная арматура. Такая конструкция в разрезе имеет квадратную либо прямоугольную форму.

Обычно армированный пояс устанавливают под деревянными перекрытиями и мауэрлатом крыши, в местах примыкания к внутренним и наружным стенам плитных и монолитных межэтажных перекрытий. Иногда им усиливают проёмы для окон и дверей. Для этого готовый каркас укладывают в деревянную опалубку или в углубление ряда из газосиликатных U-блоков и заливают бетонной смесью.

Таким образом, можно сделать вывод, что все способы усиления домов из газобетонных блоков хороши по-своему и вместе с тем имеют некоторые минусы. Чем же тогда лучше всего армировать газобетон: арматурой, сеткой, перфорированной лентой?

Однозначного ответа не существует, поскольку каждый метод и материал рассчитан на определённый тип зданий, нагрузку и другие факторы. Тем не менее, практика показывает, что при строительстве малоэтажных зданий из газосиликата во многих случаях оптимальным вариантом является стеклопластиковая арматура и композитная сетка. Они обладают прекрасными эксплуатационными свойствами и при этом не требуют больших затрат. У нас эти материалы можно приобрести по выгодным ценам. Звоните 8-800-770-03-55.

Как армировать кладку из газосиликатных блоков

Получение газосиликата

Характеристики и свойства материала

В зависимости от диаметра и количества пор материал может иметь плотность 300-600 кг/м3. Менее плотный газосиликат имеет меньшую теплопроводность и используется как утепляющий материал. Плотные блоки применяют непосредственно для строительства капитальных стен.
Кладка блоков идеальной геометрии может производиться на специальный клей. Получаемый при таком способе малый зазор (от 2 мм) исключает перемычки холода и гарантирует уменьшение теплопотерь.
Объёмные изделия небольшого веса легко транспортируются, грузятся, ускоряют производительность кладочной работы (вместо 22 кирпичей достаточно положить один блок), не требуют специальной техники для подъёма тяжестей.
Изменить размеры и получить сложную конфигурацию блоков можно в результате их несложной обработки вручную и электроинструментом.
Материал, изготовленный из составляющих природного происхождения, безвреден для здоровья.
Низкая цена.
Фундамент под кладку не требует усиления из-за лёгкости блоков. Может использоваться ленточный фундамент.
Газосиликат обладает высокими звукоизоляционными показателями.
Сделанный из негорючих неорганических веществ, сам газосиликат является пожаробезопасным.

Область применения

Возведение межкомнатных перегородок и несущих стен.
Наращивание этажности уже эксплуатируемых зданий.
Восстановление старых зданий.
Выполнение ступеней.
Облицовка для утепления и необходимой звукоизоляции.
Возведение мансард.

Необходимость армирования и подлежащие усилению области

Склонность стен из газосиликатных блоков к объёмным деформациям повышается из-за:

Слабой устойчивости блоков материала к изгибающим и растягивающим усилиям.
Гигроскопичности газосиликата, который набухает при повышенной влажности окружающей среды.

Первый (нижний) ряд кладки, воспринимающий всю массу возведённой конструкции. Арматура или металлическая сетка усилят несущую способность этого ряда и помогут равномерно распределить нагрузку на фундамент.
Поверхность кладки по всему периметру через каждые 4 ряда уложенных блоков.
Поверхности наиболее нагруженных и имеющих большую длину стен.
Верхний ряд стены, на которую приходится нагрузка от стропил и крыши постройки. Армирующая система помогает сделать контур усиления монолитным, что позволяет распределить по периметру точечные нагрузки.
Области проёмов. Усиливается часть ряда, проходящего под проёмом. Армирование выполняется на 0,9 м в обе стороны от края оконного проёма. А также подлежат укреплению участки кладки над перемычками. Именно они являются высоко нагруженными массой выше расположенной кладки.

Способы армирования

Усиление конструкции из газосиликатных блоков достигается укладкой армирующего каркаса одним из способов:

Заглубление в подготовленную полость блоков. По предварительной разметке в блоках всего ряда устраивается штраба, проходящая по горизонтальной верхней грани. Сечение штрабы (чаще 25х25 мм) должно обеспечить полное погружение арматуры. Работать можно ручным или электрическим штроборезом, также подойдёт угловая шлифмашинка. Работа с ней потребует больше внимательности и тщательного измерения размеров в процессе получения штрабы. Затем полученная полость очищается от крошки и пыли обычной кистью или пылесосом. Чистые бороздки смачивают и заполняют применяемым раствором или клеем до половины, можно немного больше. На раствор укладывают арматуру и полностью покрывают её связующей смесью. При армировании угловых зон прутки загибают по радиусу.
Армирование парными металлическими полосами. Оцинкованные полосы (8х1,5 мм) укладываются на тонкий слой клея, прижимаются, сверху наносится ещё слой клеящей смеси. Метод не требует наличия штрабы и дополнительной подготовки поверхности.
Укрепление с помощью армирующих металлических сеток. Вырезают сетку необходимого размера. Её можно располагать на слой раствора или укладывать в подготовленные канавки. Сетки из оцинкованной проволоки, армирующие конструкции из газосиликата, кроме металла, также могут быть выполнены из базальтового волокна и стеклопластика. Последние недостаточно прочные, ими армируют только стены.

Армирующий пояс

Важные рабочие нюансы

Все отклонения и неровности кладки легко устраняются наждачной бумагой, пилой по металлу, рубанком, болгаркой.
В возводимом газосиликатном сооружении обязательно укрепляются все наружные стены.
6 см минимум – расстояние от внешнего края газосиликатного блока до прорезанной штрабы. При меньшем расстоянии увеличивается вероятность сколов материала.
По горизонтали расстояние между армированными участками должно быть меньше метра. По вертикали каждый четвёртый ряд блоков должен быть армированный (для блоков высотой 25 см), при высоте 30 см – каждый третий.
Нельзя выполнять кладку «промокшими» блоками, которые легче поддаются разрушению и теряют свою прочность. При морозе попавшая внутрь влага разрывает соседние участки и нарушает целостность всего блока. Поэтому нужно работать с газосиликатом в сухую погоду и беречь от лишней влаги его пористую структуру.
Конструкции из газосиликата усиливают стеклопластиковой или металлической арматурой класса А3 диаметром от 6 мм.
От толщины применяемых блоков зависит число рядов арматуры. При толщине до 20 см один ряд металлического прутка укладывают по центру кладки. 25 см и больше – два ряда.

Всё про армирование газобетонных блоков: армируемые участки и применяемые материалы

Возведение стен из блоков ячеистого бетона наиболее выгодный и экономичный вариант строительства. Такие блоки обладают повышенной пористостью, что обеспечивает хорошую теплоизоляцию и вывод водяных паров из помещения наружу. Удобство укладки больших по размеру блоков позволяет гораздо быстрее производить монтаж стеновых элементов. Но есть и один существенный минус – газобетонные блоки слабо устойчивы к изгибающим деформациям.

Как повысить устойчивость газобетонной конструкции к изгибу?

Для того чтобы обезопасить стены и перегородки от появления трещин, вызываемых просадкой подошвенного грунта или температурными перепадами, в некоторых случаях используется армирование газобетонных блоков. Металлические стержни принимают на себя растягивающие нагрузки и предохраняют газобетонные блоки от трещинообразования. Усиление арматурой не увеличивает его несущую способность, но минимизирует последствия хрупкого разрушения газобетонных элементов.

Примерная схема. Участки армирования для конкретного строения определяются проектировщиком.

Климатический, сейсмический и ветровой район непосредственно влияют на необходимость армирования стен. Еще на этапе проектирования выясняется необходимость усиления стен с помощью арматуры, а также указывается тип применяемого армирования и место его расположения.

Места обязательного армирования газобетонной стены:

Первый ряд блоков, укладывающийся на фундамент;
При длине стены превышающей 6 метров, производится дополнительная горизонтальная закладка арматуры в каждом четвертом кладочном ряду для компенсирования ветровой нагрузки;
Примыкания перекрытий и стропил к стеновым конструкциям. В этом случае выполняется армопояс), где армирующие стержни закладываются в U-образные блоки;
Проемы в стенах: опорная часть под перемычками, а также нижняя часть оконного проема на всю ширину с добавлением напуска по 0,9 метра в каждую сторону от него;
В газосиликатные колонны закладывается вертикальная арматура;
Места потенциального возникновения нагрузки, превышающей нормативную.

У застройщиков часто возникают вопросы и споры, нужно ли армировать стены в каждом четвертом ряду блоков. Необходимость определяет проектировщик, исходя из конструктивных особенностей и протяженности стен будущего строения, сейсмической зоны местности, силы и розы ветров в данной местности, особенностей грунта в зоне застройки и типа фундамента, а также характеристик материала стен. Здесь выясняется, хватит ли прочности у применяемого при строительстве газосиликата выдерживать возникающие нагрузки и не давать микротрещин.

Если вы экономите на проекте, то производите расчеты самостоятельно. Либо армируйте и спите спокойно, так как хуже точно не будет, но несите затраты по покупке арматуры и клея.

Если концы отдельных арматурных стержней не обвязаны в один контур, то их необходимо загнуть под прямым углом и заглубить в штробы для обеспечения надежной анкеровки в стене здания.
[adinserter block=»3″]

Исполнение

Первый ряд

Армирование первого ряда кладки, равно как и каждого четвертого при необходимости, осуществляют следующим образом.

Выполняют усиление конструкции стальными прутками диаметром 8 мм марки А III. Для стены толщиной 200 мм достаточно уложить один пруток арматуры ровно по середине ряда.

Для более толстых стен используют 2 прутка. Их укладывают параллельно друг другу. Для этого делают 2 параллельных штробы с помощью штробореза. Расстояние от внутреннего и внешнего края стены до штробы должно быть не менее 6 см. В углах здания штробы закругляются по радиусу.

Из готовых канавок щёткой выметают пыль, заполняют клеевым составом, укладывают арматуру и удаляют излишки клея с помощью шпателя.

Поэтому перехлест арматуры делайте примерно посередине стены, фиксируя с помощью вязальной проволоки.

Армирование под оконным проемом

Укладка арматуры в газобетонные блоки необходима под оконным проёмом. Закладку производят в последнем ряду блоков перед сооружаемым окном. Для этого на поверхности кладки вымеряется и помечается его планируемая длина (стержни арматуры должны быть на 0,5 метра больше длины окна). Далее в кладочном ряду на расстоянии по 60 мм с наружной и внутренней стороны стены при помощи ручного штробореза производится штробление газобетона. А именно вырезаются 2 паза, минимальное сечение каждого – 2,5х2,5 см.

Из пазов с помощью щётки необходимо удалить пыль и крошки газобетона, образовавшиеся в процессе их вырезания. Перед укладкой арматурных стержней и замоноличиванием раствором, вырезанные штробы увлажняются водой. Делается это для наилучшего скрепления клеевого раствора с армированным газобетоном.

На следующем этапе паз на половину высоты заполняется раствором для тонкошовной блочной кладки, затем укладывается профилированная стальная арматура диаметром не менее 6 миллиметров. Паз до конца заполняют раствором, при необходимости удаляя все его излишки и выравнивая шов мастерком.

Следующий кладочный ряд можно монтировать сразу же после усиления подоконного участка.

Вертикальное армирование стен

К такому виду прибегают крайне редко в следующих случаях:

Армирование стены, на которую возможно сильное воздействие боковых нагрузок. В этом случае необходимо осуществлять и горизонтальное армирование.
При использовании газобетона низкого качества с минимальным показателем плотности.
В местах опирания на конструкцию стен тяжеловесных элементов (металлические балки и др.).
Угловая перевязка стыкования смежных стен.
Усиление малых простенков и дверных и оконных проемов.
Возведение колонны из блоков газобетона.
При использовании крупногабаритных стеновых панелей.

Задумайтесь об установке дверей в газобетон на этапе кладки стен.

Используемые материалы

Помимо классического варианта (использование арматуры) для армирования кладки из блоков могут применяться другие материалы:

Металлическая оцинкованная сетка

Состоит из сваренных во взаимно перпендикулярном положении стальных стержней.

Из всех используемых видов сеток, металлическая – самая прочная. Но у нее есть один большой минус: специальный клеевой состав для соединения стеновых блоков способствует развитию коррозии, что приводит к достаточно быстрой потере всех положительных свойств такого армирования. Также поперечные прутки выступают мостиками холода в зимний период. Этот вид усиления я не рекомендую.

Базальтовая сетка

Изготавливается из базальтоволоконных стержней, которые располагаются перпендикулярно друг другу. В стыковых узлах стержни фиксируются при помощи проволоки, хомутов или специализированного клея. Такое скрепление обеспечивает правильную и ровную геометрическую форму ячеек.

Базальтовая сетка может выдерживать сильное воздействие разрывных нагрузок – около 50 кН/м. Ее вес в несколько раз меньше, чем у металлической сетки, что обеспечивает простоту работ по армированию.

Сетки на основе базальта устойчивы к негативному влиянию коррозии, не реагирует на изменение температурных условий. Обладают очень низкой теплопроводностью, что обеспечивает отсутствие мостика холода, возникающего при армировании сеткой из стали.

Металлическая монтажная перфорированная лента

Это оцинкованная полоса стали с отверстиями, выполненными по всей ее длине.

Достаточно приобрести ленту с размерами 16х1 мм. Армирование кладки осуществляется без штробления газобетона путем закрепления на саморезы. В остальном принцип такой же, как и при использовании арматуры. Для увеличения прочности возможно попарное скрепление полос при помощи стальной проволоки. Обладает меньшей прочностью на изгиб в сравнении с профилированной арматурой.

Плюсы использования этого материала по сравнению с традиционной арматурой я вижу в следующем:

экономия на доставке в силу компактности ленты;
не нужно делать штробы (экономия на работе и монтажном клее).

Стеклопластиковая арматура

Основной материал арматуры – стеклопластик, на котором спиралевидно намотана нить для обеспечения лучшего сцепления с бетоном.

Значительно легче по весу, нежели металлический аналог. Низкая теплопроводность позволит избежать мостика холода в газобетонной кладке. Удобство монтажа обеспечивается минимальным количеством стыков, так как такая арматура продается упаковками в бухтах.

Из этого материала невозможно соорудить жесткий каркас, поэтому такое армирование не рекомендуется в сейсмически опасных районах строительства. Наш вердикт — не использовать.

Польза армирования стеновых конструкций очевидна. Поэтому стоит поступиться малыми дополнительными денежными затратами и временем при монтаже, чтобы возводимое здание прослужило вам верой и правдой в течение долгих лет.

Полезное видео

В видео-сюжете наглядно и подробно показано армирование первого ряда. А именно штробление блоков, укладка арматуры с загибанием в углах, заполнение клеем.

Газосиликатные блоки получили распространение при строительстве частных зданий и промышленных объектов. Строители убедились в высоких эксплуатационных характеристиках популярного материала. Потребителей привлекает доступная цена и надежность, которой обладает газосиликат. Однако имеется сложность – материал восприимчив к воздействию растяжения.

Устранить проблему можно, выполнив армирование газосиликатных блоков. Это позволяет повысить прочность конструкции, укрепить стены, углы, проемы здания, предотвратить появление трещин, обеспечив длительный срок эксплуатации строения.

Свойства материала

Газосиликат обладает множеством положительных характеристик:

правильной геометрией, позволяющей осуществлять кладку с помощью клея, что устраняет перемычки холода и обеспечивает экономию тепла;
высоким уровнем прочности, позволяющим использовать материал для возведения капитальных стен;
снижением нагрузки на фундамент здания, что связано с небольшой массой изделий;
уменьшенным коэффициентом теплопроводности, способствующим комфортному температурному режиму помещения;
небольшим весом при увеличенном объеме, что облегчает транспортировку и ускоряет выполнение работ, связанных с кладкой;
отсутствие отрицательного влияния блоков на здоровье окружающих;
несложностью обработки, позволяющей изменить размеры и конфигурацию изделий.

Обработка в процессе производства придает высокую прочность возводимым строениям

Одно из неоспоримых достоинств газосиликата – низкая цена, благодаря которой материал широко используется частными застройщиками. Однако изделия нуждаются в армировании.

О необходимости усиления

Восприимчивостью блоков к воздействию растягивающих усилий.
Гигроскопичностью материала, который, впитывая влагу, набухает.
Температурными перепадами, в результате которых массив сужается и расширяется.
Недостаточной жесткостью фундамента, вызывающей усадку строения.
Пучением проблемных грунтов, отличающихся близко расположенными водоносными слоями.

Избежать отрицательного воздействия негативных факторов позволяет армирование стен из газосиликатных блоков, предотвращающее растрескивание, повышающее прочность и ресурс эксплуатации возводимого здания.

Рассмотрим детально, какие проблемные участки возводимого здания целесообразно усиливать.

Области, подлежащие усилению

Сооружение стен из газобетона должно сопровождаться обязательной укладкой армирующего каркаса

Усилению подлежат следующие зоны:

участок между основанием здания и нижним рядом кладки, который воспринимает массу стен, перекрытий и кровли. Обеспечивают прочность основания арматурой или стальной сеткой, способствующей пропорциональному распределению усилий на фундамент и повышающей несущие характеристики первого ряда блоков;
опорные поверхности возводимой кладки с интервалом через каждые 4 уровня устанавливаемых блоков. Сетка для кладки, наряду со стальной арматурой, позволяет выполнить надежное усиление данных участков;
поверхности стен увеличенной длины, а также боковые поверхности здания, воспринимающие повышенные нагрузки. Дополнительный контур усиления обеспечивает сетка для кладки. Это позволяет повысить прочность, компенсировать ветровые нагрузки и достигнуть тепловой изоляции периметра здания;
верхний уровень стен, воспринимающий нагрузку стропильной системы и крыши здания. Использование стальной арматуры позволяет сформировать монолитный контур усиления по всему периметру стен, что выравнивает точечные нагрузки и равномерно распределяет усилия, передаваемые стропильной системой на поверхность кладки;
области, расположенные в проемах. Используя стальную арматуру, расположенную в подготовленных пазах, укрепляют участки над перемычками, воспринимающие значительные нагрузки от массы расположенной над ними кладки.

Стены из газосиликатных блоков — наружные, несущие, устройство, возведение, армирование

Газосиликатные блоки – это универсальный строительный материал. Их производят из молотого кварцевого песка, воды, известково-цементной смеси, содержащей негашеную известь, и алюминиевого порошка, выступающего в качестве газообразующей добавки. Готовые блоки имеют равномерную пористую структуру, их плотность зависит от соотношения составных компонентов.

Сфера их применения зависит от плотности. Газосиликатные блоки наименьшей плотности (350 кг/м³) используются для теплоизоляции. Для возведения наружных стен одноэтажных зданий – жилых помещений или хозяйственных построек, внутренних перегородок – достаточная плотность 400 кг/м³.

Несущие стены домов высотой до трех этажей возводят из блоков плотностью 500 кг/м3. Наибольшей прочностью обладает материал с удельным весом 700 кг/м³. Этого достаточно для строительства многоэтажных жилых и производственных помещений.

Основные преимущества этого строительного материала:

небольшой вес;

высокая степень прочности;

тепло- и шумоизолирующие свойства, паропроницаемость и морозостойкость;

крупный размер, точность форм и простота обработки существенно ускоряет процесс постройки, позволяет минимизировать толщину швов и снижает стоимость работ.

Возведение и устройство стен из газосиликатных блоков

Первое правило при устройстве стен из газосиликатных блоков упоминается во всех источниках: работы по укладке не проводятся в сырую дождливую погоду. Этот строительный материал очень гигроскопичен, и впитавшаяся влага при перепаде температур может привести к деформации кладки.

Укладка производится на монолитный ленточный фундамент на песчаной подушке глубиной 1,8 м или столбчатый фундамент с обвязкой монолитным железобетонным поясом. На фундамент укладывают слой гидроизоляции из рубероида, битумного полиматериала или раствора на основе сухих смесей. Это необходимо, для защиты нижнего ряда от поступающей в цоколь влаги.

Начинают кладку с выставления угловых (маячных) элементов, выравнивая их по горизонтали и вертикали. Еще раз замеряются диагонали будущей постройки, они должны быть одинаковыми. Между угловыми элементами натягивается шнур-уровень, по которому будут укладываться рядовые газоблоки. Если стена длинная, то можно в центре положить еще один блок, чтобы шнур не провисал.

Для кладки используется цементно-песчаный раствор (в соотношении 3:1) или сухие клеевые смеси. Перед укладкой грани блоков смачивают водой, во избежание быстрого высыхания нанесенного раствора. Клеевой раствор равномерно наносится на горизонтальную и вертикальную поверхность зубчатой кельмой или шпателем слоем 1-3 мм. Нужно следить, чтобы клеевой смесью была покрыта вся горизонтальная поверхность без зазоров. Первый ряд является своеобразным фундаментом будущей стены, и к его качеству следует отнестись с особой тщательностью. Его укладывают на цементно-песчаный раствор. Между угловыми газоблоками укладываются горизонтальные. Укоротить блок можно с помощью обычной или электрической пилы.

Перед укладкой последующих рядов еще раз проверяется горизонтальный и вертикальный уровень с помощью шнура, отвеса, уголка. Блоки второго и последующих рядов начинают укладывать от угла со смещением относительно нижнего элемента. Минимальная ширина смещения – 8 см (0,4 от высоты блока).

Наружные стены из газосиликатных блоков

В соответствии со строительными нормами минимальная толщина однородной наружной стены из газосиликатных блоков должна быть не менее 37,5 см при условии кладки с применением клеевых смесей и толщиной шва не более 5 мм. Для утепления применяется облицовка кирпичом или сайдингом. Если планируется оштукатуривание фасада, отделка плиткой или искусственным камнем, то ширина кладки из газобетона увеличивается до 50 см.

Несущие стены из газосиликатных блоков

Возведение несущих стен из газосиликатных блоков также начинается с угловых элементов. Внутренняя стена соединяется с внешней с помощью перевязочной кладки. Блоки для их устройства используются той же марки, что и для наружных, так как они должны будут выдерживать нагрузку от перекрытия.

Для внутренних перегородок, не выполняющих несущую функцию, подойдут блоки толщиной от 100 до 200 мм. Они соединяются с внешней стеной с помощью гибких связей или анкеров.

Армирование стен из газосиликатных блоков

Постройка из газосиликата постоянно подвергается деформирующим нагрузкам, которые возникают при осаждении почвы, перепадах температуры, неравномерности усадки. Это может привести к возникновению мелких трещин, ухудшающих внешний вид. Армирование стен из газосиликатных блоков воспринимает напряжение, возникающее при деформации, и предохраняет стены от растрескивания. Армирование не влияет на несущую способность кладки.

При возведении стен из газосиликатных блоков целесообразно проводить армирование каждые 3 ряда металлической сеткой малого сечения, а также зоны под оконными проемами, опоры перемычек и конструктивные элементы, подвергающиеся повышенной нагрузке.

При высоте этажей здания до 3 метров осуществляется связь между поперечными и продольными стенами:

во внешних углах газобетон перевязывается сваренными из арматуры Г-образными элементами длиной не менее 30 см;

в местах примыкания внутренних перегородок – арматурной сеткой толщиной 3-4 мм или Т-образными анкерами из полосовой стали толщиной 3-4 мм;

в оконных и дверных проемах (сверху и снизу) газосиликат армируется с помощью 8-10 мм арматуры. По 2 прута длиной 50 см в каждую сторону.

Перед укладкой плит перекрытия на наружных стенах из газосиликатных блоков делается специальный армопояс, равномерно распределяющий нагрузку. Для этого можно положить два ряда керамического полнотелого кирпича или уложить специальные U-образные блоки, армировать их и залить бетонным раствором.

Многие из выполненных нами объектов построены именно из газосиликата, мы достаточно часто строим дома из газобетона. Наша компания «Проект» оказывает строительные услуги в Москве и Подмосковье. Опытные специалисты выполнят работы на самом высоком профессиональном уровне.

Как армировать газосиликатные и газобетонные блоки

Газобетон и газосиликатные блоки сегодня являются популярным строительным материалом. Однако при этом почти всегда приходится прибегать к армированию, чтобы здание было действительно прочным и простояло долгие годы. Наш сайт советов подскажет, как армировать кладку из таких блоков.

На портале уже подробно писали о преимуществах и недостатках газобетонных блоков. Газосиликат — «близкий родственник» газобетона, разница в том, что он содержит больше извести.Поэтому армируют по той же технологии.

Перечислим случаи, когда без армирования, усиления кладки, в том числе из газобетона и газосиликатных блоков, просто невозможно обойтись:

Первый ряд, фундамент. кладки, несущей наибольшую нагрузку;
Перемычки, места их упора в кладку;
Проемы оконные и дверные;
Перекрытие при многоэтажном здании;
Длинные стены, подверженные высоким нагрузкам, включая давление на грунт или ветер.

Кроме того, специалисты советуют обязательно армировать каждый третий или четвертый ряд кладки, а также укреплять все конструкции, испытывающие дополнительное давление.

Рассмотрим самый популярный, доступный и надежный способ армирования газосиликатной и газобетонной кладки:

Закупаем прутки металлические гофрированные, арматуру. Диаметр — не менее 8 мм. Количество стержней можно рассчитать заранее или попросить произвести расчеты у специалистов склада металла;
Вам понадобится ручной или электрический занавес, чтобы вырезать пазы в блоках.Сделать это несложно, газобетон и газосиликат легко распиливаются и подвергаются другим механическим воздействиям. Глубина канавок должна быть такой, чтобы металлические стержни полностью утопались в них, и с запасом на слой клея;
Стробы очищаются от пыли, сначала в них заливается небольшой слой клея, а затем укладывается фурнитура. Для загибания стержней по углам здания используются специальные ручные инструменты, станки;
Сверху также заливается клеевой раствор, который должен полностью покрывать стержни;
Собственно все, теперь можно продолжить укладку, уложить следующий ряд газобетонных или газосиликатных блоков.Как вы помните, арматуру придется повторять каждые три-четыре ряда.

Видео — Как согнуть арматуру:

Количество стержней, необходимых для усиления стены, зависит от толщины арматуры. блоки:

Если они тоньше 250 мм, достаточно одного стержня;
До 500 мм — два стержня. Это самый распространенный вариант;
Более 500 мм — аж три стержня.

Важно! Арматура обязательно должна выступать за оконные и дверные проемы не менее чем на 90 см!

Важно! По стандарту арматура должна располагаться на расстоянии не менее шести сантиметров от поверхности фасада!

Вместо металлических стержней сегодня все чаще используется арматура из стекловолокна.Он позволяет делать более тонкие канавки, хотя стоит дороже металла.

Иногда для армирования кладки из газобетона и газосиликата можно использовать специальную сетку, которую называют кладочной. Подходящие размеры: 50x50x4 и 50x50x3 мм. В этом случае пазы делать вообще не нужно, сетку укладывают между рядами блоков. Однако использовать его можно только в том случае, если кладку не планируется утеплять теплоизоляционными плитами. Это значительно сокращает объем, ведь дома из газосиликата и газобетона часто дополнительно утепляются.

Кроме того, использование сетки увеличивает толщину слоев между блоками, потому что ее кладут на слой раствора или клеевого состава, а также полностью заливают сверху, чтобы предотвратить коррозию металла и появление мостиков холода.

Кроме того, арматурные ленты укрепят конструкцию здания, чему мы посвятили отдельную статью. В строительстве они встречаются повсеместно.

Как видите, армирование газобетонной и газосиликатной кладки — не такой уж сложный процесс.Да, это дополнительные затраты на покупку фурнитуры, дополнительное потраченное время, но процесс просто необходим, чтобы здание простояло долгие годы без трещин и других проблем.

Лучше армировать газосиликатные блоки. Армирование газобетонных блоков при кладке. Дверные и оконные проемы

Для строительства зданий используются многие строительные материалы. Блоки из газобетона — не исключение.Они обладают повышенными теплоизоляционными свойствами, широко используются в строительной отрасли благодаря множеству преимуществ — легкости, технологичности, экологичности, морозостойкости. Однако материал недостаточно прочен, под действием напряжения трескается. Армирование газобетонными блоками позволяет укрепить стены дома из газобетона. Армирование производится кладочной сеткой или применяется стальная арматура.

Газобетонные блоки: свойства материала

Задумываясь над вопросом о целесообразности армирования газонаполненного бетона, необходимо изучить свойства материала, а также ознакомиться с характеристиками композита.Детальный анализ позволит вам принять правильное решение. Технология производства газобетона определяет свойства строительного материала. Он имеет ячеистую структуру за счет равномерно распределенных в массиве воздушных пор. Эта функция улучшает теплоизоляционные характеристики.

Дома из газобетона не нуждаются в дополнительной термоизоляционной защите, а внутри помещения поддерживается благоприятная температура с минимальными затратами на отопление. Это лишь одно из преимуществ.

Газобетон — популярный строительный материал, отличающийся минимальной стоимостью и отличными эксплуатационными характеристиками

Газобетонные блоки обладают множеством других преимуществ, которые оценили профессионалы и частные застройщики:

отличная звукоизоляция. Благодаря ячеистой структуре шумы не могут проникать с улицы в помещение через кладку;
Морозостойкость. При замерзании в результате резкого понижения температуры с последующим оттаиванием влага не может разрушить газобетон;
экологическая частота.В результате использования экологически чистых материалов нет отрицательного воздействия на здоровье человека;
простота обработки. С помощью обычного инструмента легко обработать стену из газобетона, придав необходимую форму;
легкость. Благодаря небольшому весу блоков стены из газобетона не создают значительной нагрузки на фундамент здания;
долговечность. Материал не гниет, так как не создаются условия для роста плесени в глубине массива и снаружи.

Основным недостатком газонаполненного композита является его низкая прочность. Есть проверенное решение, как укрепить проблемные места. Армировать газобетон необходимо сеткой или стальной арматурой. Армированный материал способен выдерживать значительные нагрузки, сохраняя целостность при длительной эксплуатации.

Нужно ли укреплять стены из газобетона

Не нужно сомневаться, стоит ли армировать ячеистый композит.

Чтобы здание было надежным и долговечным, необходимо предусмотреть усиление его стен

Армирование кладки из газобетона — обязательная мера, так как негативные факторы снижают прочностные характеристики материала:

Несущие стены верхнего яруса воспринимают нагрузку от стропил, которые фиксируются с помощью специальных акторов. В точках фиксации действуют нагрузки, нарушающие целостность массива, если газоблок не армирован;

Наклонные потолочные балки

создают значительные распорные нагрузки.Они действуют горизонтально, пытаясь сдвинуть верхний уровень стен. Забетонированный по контуру арматурный каркас сглаживает усилия;
стены из пористого материала деформируются неравномерно. Это связано с наличием проемов для оконных рам и дверей. Арматура, забетонированная в пазу по верхнему контуру проема, позволяет предотвратить неравномерную осадку.

Характеристики материала диктуют целесообразность его дополнительного армирования, которое обеспечивает:

сопротивление кладки;
компенсация нагрузок от стропил;
предотвращение деформаций;
, снижающий вероятность растрескивания;
пропорциональное распределение усилий;
целостность несущих стен;
сохранение геометрии проемов;
Прочность газобетона в сейсмических зонах;

Необходимость армирования кладки стен обусловлена тем, что газобетон как материал обладает высокой устойчивостью к сжимающим нагрузкам, но при этом практически не может работать на растяжение и изгиб.

Прочность материала при деформации;
Устойчивость здания, возведенного на наклонной площадке.

После тщательного анализа этих факторов полностью исчезают сомнения в том, нужно ли укреплять стены здания из пенобетона.

В каких зонах требуется армирование газобетонными блоками

Газобетонные блоки с множеством воздушных полостей обладают недостаточной прочностью и требуют дополнительного армирования на разных уровнях.

Следующие проблемные зоны нуждаются в усилении:

нижний ярус кладки на уровне фундамента.Он воспринимает силы массы здания и реакцию почвы. Для обеспечения прочности опорной поверхности газобетон армируют сеткой;
Кладка из газобетонных блоков. С интервалом в четыре уровня в заранее сделанные пазы устанавливают арматуру или блоки армируют кладочной сеткой с последующим цементированием;
верхний уровень капитальных стен. На него влияет вес панелей перекрытия и массивная стропильная конструкция… Железобетонный каркас не дает развиваться трещинам, выравнивает действующие нагрузки;
проемов для установки окон и дверей. Эти участки ослабляют кладку. Их армируют арматурными стержнями, закладываемыми в специальные пазы и заливают цементным раствором.

Разобравшись, как армировать ячеистые блоки, можно самостоятельно укрепить проблемные места.

Армирование кладки выполняется одним центральным поясом, если толщина стены не превышает 20 см.

Армирование кладки из газобетона — подготавливаем инструменты и материалы

Для проведения мероприятий по армированию потребуются следующие инструменты:

пила, позволяющая регулировать размер блоков;

Нарезчик

, позволяющий формировать пазы;
шлифовальный станок с кругом по металлу для резки арматуры;
специальное оборудование, позволяющее гнуть стержни;
крючок для вязания проволоки, ускоряющий сборку каркаса;

Рулетка

и строительный уровень для контроля правильности работы.

Также необходимо подготовить строительные материалы, используемые для армирования:

сетка стальная проволочная. Применяется кладочная сетка с квадратными ячейками со стороной 5–7 см. Укладывается на поверхность из газобетона и заливается цементным раствором;
арматурные стержни диаметром 0,8–1,4 см. Они способны воспринимать значительные сжимающие и растягивающие нагрузки. Стержни располагаются в пазах и цементируются;

Цементный раствор

. Готовится по стандартной рецептуре на цементе марки М350 и выше.При заливке смеси важно полностью закрыть арматуру с раствором, избегая контакта с воздухом;
вязальная проволока. Используется термообработанная проволока, которая после отжига становится более податливой. Потребуется закрепить элементы арматурной клетки крючком.

После подготовки материалов и инструментов, необходимых для работы, можно приступать к работе.

Армопояс должен занимать всю площадь здания и располагаться в зонах цокольных и межэтажных перекрытий

Армирование кладки из газобетона — технология работ

Нижний ярус требует максимальных усилий.Важно правильно его укрепить. Технология выполнения работ довольно простая:

Сформировать бороздок на горизонтальной поверхности газоблоков.
Очистить образовавшуюся полость от пыли и мусора.
Разметить арматуру по чертежу, заготовки нарезать болгаркой.
Уложить стержни в пазы, соединить вязальной проволокой.
Залить полости жидким цементом, спланировать основание.

Некоторые разработчики сомневаются в том, как лучше всего подключить арматуру.Использовать электросварку или проволочную связку? Профессиональные строители рекомендуют связывать проволокой, так как при сварке и под нагрузкой структура металла ослабляется, целостность арматуры может быть нарушена.

Армирование газобетона арматурой — укрепляем верхний пояс стен

Особого внимания требует верхний ярус капитальных стен. Принимает на себя нагрузки от конструкции крыши. При использовании тяжелой сланцевой или глиняной плитки силы на поверхности газобетона значительно возрастают и могут вызвать серьезную деформацию.Укрепление верхнего яруса кладки поможет избежать повреждений.

При армировании межрядных стен арматурные стержни укладываются в пазы, специально сделанные на поверхности газоблоков, таким образом, армирование не увеличивает толщину швов кладки

Это позволит:

для снижения влияния локально действующих нагрузок;
распределите усилия по периметру пропорционально.

Кроме того, после заливки арматуры раствором образуется ровная поверхность для установки кровельной конструкции.

Существуют разные варианты армирования верхнего уровня стен:

с использованием разборной или стационарной опалубки. Для изготовления опалубки можно использовать дерево, фанеру или пенополистирольные плиты;
из готовых П-образных газобетонных блоков. Использование стандартных изделий с проточкой значительно сокращает время работы.

Рассмотрим алгоритм действий по укреплению газобетона с помощью сборно-разборной опалубки:

Разрежьте доски, чтобы собрать щитовой щиток.
Собрать опалубку.
Подготовить арматурные стержни необходимых размеров.
Соберите арматурную сетку, связав стержни проволокой.
Установить раму в опалубку и залить бетонным раствором.
Утрамбовать бетон и накрыть поверхность полиэтиленовой пленкой.
Регулярно увлажняйте твердое вещество до окончательной твердости.
После высыхания бетона демонтировать панели опалубки.

Все работы легко выполнить самостоятельно, изучив технологию.

Монтаж армопояса на стену из газобетона

Обучение армированию стен из газонаполненных блоков

Армирование кладочной сеткой — простая операция:

Уложите купленную сетку на поверхность из газобетона.
Равномерно распределите слой раствора по решетке.
Укладка газобетонных блоков.

Укладка металлической сетки через четырехрядные интервалы позволяет значительно повысить прочность газобетонных стен… Важно полностью покрыть сетку раствором для предотвращения коррозии.

Армирование стен из пенобетона в зоне проемов

В приемной зоне создаются напряжения, вызывающие появление трещин. Во избежание дефектов верхний участок проема следует укрепить арматурой.

Горизонтальная арматура включает:

Подготовка пазов в верхней части проема.
Укладка стальной арматуры в полость.
Заливка стержней цементным раствором.

Для ускорения работ желательно использовать стандартные П-образные элементы из пенобетона.

Подведение итогов

Армирование газобетонных блоков — необходимая операция по укреплению конструкции и увеличению долговечности здания. Важно соблюдать технологические требования и использовать качественные строительные материалы. Самостоятельное выполнение работ снизит уровень затрат.

Уже известный, современный строительный материал — газосиликат — изначально предназначался для утепления строящихся зданий. Быстро оценив простоту монтажа, прочность, простоту обработки, газосиликатные блоки стали использовать как полноценный материал при кладке малоэтажных зданий и сооружений. Важным моментом такой конструкции является армирование стен из газосиликатных блоков. Теперь по порядку рассмотрим сам материал для кладки, особенности его армирования, советы тем, кто решил строить стены из газосиликата.

Для производства этого пористого материала необходимы следующие компоненты: кварцевый песок, известь, алюминиевая пудра, цемент. В смеси исходных компонентов запускается процесс газообразования. В результате смесь поднимается и разрастается, как дрожжевое тесто, с образованием множества пор. Затем затвердевшая масса тонкими нитками разрезается на блоки необходимого размера и геометрии.

Уникальная структура газосиликатного блока создается в специальном автоклаве благодаря действию насыщенного пара, температуры (примерно + 190 ° C) и давления (12 атмосфер).Более дешевый метод производства — не автоклав. Смесь затвердевает в естественной среде. Блоки менее прочные, чем при автоклавном методе.

Характеристики и свойства материала

В зависимости от диаметра и количества пор материал может иметь плотность 300-600 кг / м3. Менее плотный газосиликат имеет более низкую теплопроводность и используется в качестве изоляционного материала. Плотные блоки используются непосредственно для возведения капитальных стен.
Блоки идеальной геометрии укладываются специальным клеем.Полученный таким способом небольшой зазор (от 2 мм) исключает мостики холода и гарантирует снижение теплопотерь.
Громоздкие изделия небольшого веса легко транспортируются, загружаются, ускоряют производительность кладочных работ (вместо 22 кирпичей достаточно поставить один блок), не требуют специального оборудования для подъема тяжестей.
Можно изменять размер и получать сложную конфигурацию блоков в результате их простой обработки вручную и с помощью электроинструмента.
Материал, изготовленный из ингредиентов натурального происхождения, безвреден для здоровья.
Низкая цена.
Фундамент под кладку не требует армирования из-за легкости блоков. Можно использовать ленточный фундамент.
Газосиликат обладает высокими звукоизоляционными свойствами.
Газосиликат, изготовленный из негорючих неорганических веществ, сам по себе является огнестойким.

Область применения

Устройство межкомнатных перегородок и несущих стен.
Увеличение этажности уже эксплуатируемых зданий.
Реставрация старых построек.
Выполнение шагов.
Облицовка для утепления и необходимая звукоизоляция.
Строительство чердаков.

Потребность в армировании и армируемые участки

Любая конструкция из-за неравномерной усадки, перепадов температур, оседания грунта, постоянных сильных ветров испытывает нагрузки, которые могут привести к деформациям. Эти факторы могут вызвать микротрещины (очень тонкие). При их появлении стены не теряют несущей способности.Но ухудшается их эстетический вид и изоляционные свойства.

Склонность стен из газосиликатных блоков к объемным деформациям увеличивается за счет:

Слабая стойкость блоков материала к изгибающим и растягивающим усилиям.
Гигроскопичность газосиликата, набухающего при высокой влажности окружающей среды.

К усилению отрицательными факторами могут быть: недостаточная прочность фундамента, увеличивающая усадку; проблемные участки грунта с близко расположенными водоносными горизонтами (в результате их пучения, сдвига, проседания).

Во избежание воздействия перечисленных негативных факторов все конструкции из газосиликатных блоков необходимо армировать. Для усиления строящегося объекта необходимо армировать следующие секции:

Первый (нижний) ряд кладки, на который ложится вся масса возводимой конструкции. Арматура или металлическая сетка повысят несущую способность этого ряда и помогут равномерно распределить нагрузку на фундамент.
Кладочная поверхность по всему периметру через каждые 4 ряда уложенных блоков.
Поверхности самых нагруженных и длинных стен.
Верхний ряд стены, несущий нагрузку от стропил и крыши здания. Система армирования позволяет сделать арматурную петлю монолитной, что позволяет распределять точечные нагрузки по периметру.
Открытие площадок. Часть ряда, проходящая под проемом, армируется. Армирование выполняется по 0,9 м с двух сторон от края оконного проема. А также необходимо укрепить участки кладки над перемычками.Это те, которые сильно нагружены массой кладки, расположенной выше.

Способы армирования

Усиление конструкции газосиликатных блоков достигается укладкой арматурного каркаса одним из следующих способов:

Ремень армирующий

Любая конструкция из газосиликатных блоков завершается железобетонным каркасом (поясом), напоминающим фундамент. Порядок его построения следующий.Идем к деревянному ящику в верхнем ряду. Внутри ставится объемный каркас из металлических прутьев, связанных или сваренных под прямым углом. Каркас ставится на равном расстоянии от краев опалубки для защиты металла от возможной коррозии. Для получения большей прочности армирующей ленты в верхний ряд кладки равномерно забивают кусочки катанки, арматуры или гвоздей. Армирующая конструкция заливается за один прием. Если это условие не будет выполнено, практического усиления возведенного здания не будет.

Важные рабочие нюансы

Все отклонения и неровности кладки легко устраняются наждачной бумагой, пилой по металлу, рубанком, шлифовальной машиной.
В возводимой газосиликатной конструкции необходимо укрепить все внешние стены.
минимум 6 см — расстояние от внешнего края газосиликатного блока до линии пропила. Меньшее расстояние увеличивает вероятность выкрашивания материала.
Расстояние по горизонтали между армированными секциями должно быть меньше метра.По вертикали каждый четвертый ряд блоков необходимо армировать (для блоков высотой 25 см), при высоте 30 см — каждый третий.
Невозможно производить кладку «мокрыми» блоками, которые легче ломаются и теряют прочность. В случае заморозков скопившаяся внутри влага разрывает соседние участки и нарушает целостность всего блока. Поэтому с газосиликатом необходимо работать в сухую погоду и защищать его пористую структуру от избытка влаги.
Газосиликатные конструкции армируются стекловолокном или металлом диаметром 6 мм.
Количество рядов арматуры зависит от толщины используемых блоков. При толщине до 20 см по центру кладки укладывается один ряд металлического бруса. 25 см и более — в два ряда.

Армирование кладки из газосиликатных блоков позволяет получить конструкцию высокой прочности. В этой конструкции друг друга будут дополнять хорошая прочность на сжатие газосиликата и превосходная прочность на разрыв стали, используемой для изготовления арматуры.Соблюдение технологии возведения зданий из газосиликатных блоков обеспечивает их длительную эксплуатацию без периодических ремонтных и восстановительных работ.

Армирование газобетона необходимо для снижения риска появления трещин и обеспечения защиты блоков. Следует понимать, что армирование газобетонных блоков не увеличивает несущую способность кладки.

Так, например, если не делать арматуру оконных проемов, в результате предварительного напряжения в стенах на хрупких газобетонных блоках с неравномерной усадкой могут появиться микротрещины.

Предположим, планируется окно высотой 2 м. Нагрузка с верхних этажей идет на несущие зоны, то есть на блоки по краям оконного проема. Посередине нет нагрузки. Таким образом, получается, что окно является самым слабым местом в зоне напряжений, в результате чего именно здесь возникает наибольшее количество микротрещин.

Армирование из газобетонных блоков может защитить ваш дом от появления микротрещин, которые к тому же со временем будут увеличиваться.Если это произойдет, скажем, через год, когда ваш дом уже оштукатурен, микротрещины могут значительно ухудшить внешний вид вашего дома.

Рекомендации производителей по армированию газобетонных блоков

Есть рекомендации заводов-производителей по армированию стен из газобетона, где указывают необходимое и достаточное армирование после первого ряда блоков, за один ряд до окна, в зоне опоры перемычек и, соответственно, за один ряд до устройства плит перекрытия или перед мурлатом.

Таким образом, первый ряд газобетонных блоков следует укрепить арматурой, так как именно они несут практически всю вертикальную и боковую нагрузку от стены и пола.

Также необходимо армировать оконные проемы на один ряд перед окном. Так, например, если вы планируете открыть окно на отметке 1 метр, отнимите 25 см и получите зону армирования.

При укладке арматуры в зонах перемычек и под оконными проемами достаточно начинать арматурные стержни на 900 мм в каждую сторону от края проема.

Кольцевая арматура всех несущих стен (армопояс) производится под стропильную систему и на уровне каждого этажа.

Армирование газобетонных блоков следует проводить арматурой диаметром 8 мм A III, этого будет более чем достаточно. Если стена широкая, например, газобетонный блок 375 мм, то необходимо использовать 2 стержня арматуры. При толщине стенки 200 мм достаточно одной планки. При двухрядном армировании необходимо на блоке 2 уложить арматуру параллельно друг другу. Для этого разделите верхний край блока примерно на 3 части и ручным или электрическим ножом нарежьте 2 паза, расстояние от которого до края газобетонного блока должно быть не менее 6 см.

После удаления пыли со стробоскопов нужно заполнить полости клеевым раствором и затем уложить арматуру в клей, удаляя излишки раствора.

Важно помнить, что по углам арматура должна идти непрерывно, сплошным стержнем, закругленным вместе со штробами. Если арматурный стержень заканчивается углом, его необходимо обрезать.

Обратите внимание, что соединение двух стержней арматуры должно производиться в центре блока, то есть они не должны попадать на стык между блоками.При скрещивании стержни арматуры необходимо соединить вязальной проволокой.

Армирование газобетона сварной сеткой

Ни в коем случае нельзя армировать газобетонные блоки сеткой.

Во-первых, потому что таким образом вы значительно увеличите толщину шва, потому что сварная сетка имеет диаметр 3-4 мм в 2 стержнях, занимая, таким образом, 6-8 мм в шве. В результате мы получаем мосты холода. Во-вторых, значительно увеличивается расход клея.И главное, чтобы сетка не выступала в качестве арматуры.

Поэтому запрещается использовать сетку для армирования. Даже при соединении с облицовочным кирпичом использовать его нельзя.

Армирование газоблоков стекловолокном

При армировании газобетона можно использовать арматуру стекловолокном. Он лучше работает на растяжение, поэтому вместо арматуры A III 8 мм можно использовать стекловолокно диаметром 6 мм.Однако в углах придется использовать металлическую арматуру, так как стеклопластик не гнется и дополнительных элементов в арматуре стекловолокна нет.

Армирование газобетоном — обязательный этап строительства при использовании этого материала, благодаря которому можно нивелировать влияние на прочность и надежность здания недостатков в блоках. демонстрируют отличные эксплуатационные характеристики, недорогие, не требуют дополнительной теплоизоляции, удобны и просты в использовании, позволяют ускорить процесс возведения здания.

Но у материала есть один недостаток — газоблок слабо устойчив к деформациям изгиба, хрупкий, поэтому без дополнительного армирования стены вскоре потрескаются и потребуют дополнительной отделки и ремонта. Армирование газобетонных блоков арматурой поможет избежать усадочных трещин и повысит прочность на изгиб.

Газобетон: плюсы и минусы материала

Материал широко используется сегодня. И прежде чем отказываться от него из-за нежелания армировать дом из газобетона и тратиться на дополнительные работы, стоит учесть положительные стороны использования блоков в строительстве.

Основные преимущества:

Легкий вес, что позволяет сэкономить на фундаменте и значительно упрощает процесс транспортировки, постройки здания
Низкий коэффициент теплоотдачи — обогреть дом будет намного экономичнее
Высокая прочность — возможность возводить многоэтажные дома без устройства сложного дорогостоящего фундамента.
Возможность отказаться от цементной смеси — специальный клеевой состав сводит к минимуму негативное влияние мостиков холода, снижая теплопотери с 25% до 7-10%
Долговечность — согласно лабораторным испытаниям блоки могут прослужить не менее 100 лет при полном сохранении первоначального внешнего вида эксплуатационных свойств.
Достаточный уровень воздухо- и паропроницаемости — соответствует показателям деревянных конструкций и гарантирует естественную циркуляцию воздуха в помещении, что создает оптимальный микроклимат, нормализует уровень влажности.
Устойчивость к перепадам влажности и температуры, открытому огню, микроорганизмам (грибок, плесень)
Легкость и простота монтажа, обработки — стены из аккуратных ровных блоков сложить даже новичок
Большие размеры и высокая точность — стены возводятся с минимальными отклонениями, экономия средств на внешней отделке, предотвращение трещин в кирпичной кладке за счет использования блоков с пазами, меньшие затраты времени на возведение стен
Безопасность — материал экологически чистый, не боится огня, устойчив к повреждениям грызунами, насекомыми
Морозостойкость — блоки выдерживают мороз до -50С, выдерживают около 50 циклов замораживания / оттаивания

Недостатки газобетона:

Необходимость изготовления стены достаточной толщины (около 65 сантиметров) при наличии мостиков холода, термической стойкости, обязательного усиления полотна и перемычек оконных и дверных проемов
Высокая гигроскопичность — в общей массе объем влаги достигает 35%, что разрушает материал, снижает теплоизоляционные свойства, но решается обработкой водоотталкивающими пропитками (проводится не реже одного раза в 2 года)
Повышение стоимости внутренней отделки из-за необходимости использования армирующей сетки и некоторых видов штукатурки
Плохая работа на растяжение и изгиб — при большом сжатии и других нагрузках материал быстро разрушается, но эта проблема решается упрочнением металлическими стержнями или сеткой

Как повысить устойчивость газобетонной конструкции к изгибу

Во избежание появления трещин на перегородках и стенах из-за проседания грунта или внешних воздействий производится армирование газобетона арматурой.Вопроса, зачем и нужно ли это делать, вообще не должно возникать, ведь металлические стержни не будут воспринимать растягивающие нагрузки и защитят конструкцию от трещин и разрушения.

Выбрать вид упрочнения и место для него нужно еще на стадии проектирования. Металлические стержни и сетки укладываются по периметру стен в наиболее опасных элементах конструкции. Перед началом работ необходимо обязательно изучить, как правильно армировать, какие материалы лучше всего использовать и где это необходимо, а в каких случаях в этом нет необходимости.

Если требуется наличие армирующего элемента:

Первый ряд газоблоков, уложенных на фундамент — создают монолитные железобетонные пояса
В стенах, длина которых превышает 6 метров, где важно компенсировать ветровую нагрузку, производится горизонтальная кладка в каждом последующем четвертом ряду
Оконные и дверные проемы — армированные арматурными стержнями диаметром 8-12 миллиметров в продольных пазах блоков верхнего этажа, под перемычками, внизу оконных проемов шириной с перекрытием 90 сантиметров с обеих сторон из них

Места примыкания к стеновым конструкциям стропил и перекрытий — потребуется армированный пояс с укладкой стержней в П-образные блоки
Места с потенциально высокой нагрузкой
Зоны, подверженные нагрузке со стороны кровли, армируются металлическими прутьями диаметром 10-14 миллиметров, образуя единую систему армирования
Элементы лестницы часто требуют усиления и перекрытия

Нужно ли армировать в каждом четвертом ряду, решает проектировщик с учетом таких факторов: особенности конструкции, длина стен, розовая и ветровая прочность, сейсмическая зона, особенности грунта, тип фундамента, прочность газобетонного блока. .Специалисты все же советуют не экономить и укрепить стены, чтобы однозначно избежать разрушения постройки.

Для защиты стен и перегородок от появления трещин, вызванных проседанием грунта дна или перепадами температур, в некоторых случаях применяется армирование из газобетонных блоков. Металлические стержни воспринимают растягивающие нагрузки и защищают газобетонные блоки от растрескивания. Армирование арматурой не увеличивает ее несущую способность, но сводит к минимуму последствия хрупкого разрушения газобетонных элементов.

Примерная схема. Сечения арматуры для конкретной конструкции определяет проектировщик.

Климатические, сейсмические и ветровые условия напрямую влияют на потребность в армировании стен. Еще на этапе проектирования выясняется необходимость усиления стен арматурой , а также указывается тип используемого армирования и его расположение.

Укладка арматуры по всему периметру каждого ряда стен необязательна. Достаточно будет разместить металлическую арматуру в самых опасных элементах конструкции стены.

Места обязательного армирования стен из газобетона:

Блок блоков первый ряд кладка на фундамент;
При длине стены более 6 метров в каждом четвертом ряду кладки укладывается дополнительная горизонтальная арматура для компенсации ветровой нагрузки;
Стыковка полов и стропил со стеновыми конструкциями. В этом случае его проводят), куда закладываются арматурные стержни;
Проемы в стенах : опорная часть под перемычки, а также нижняя часть оконного проема на всю ширину с добавлением перекрытия 0.По 9 метров с каждой стороны;
Укладка вертикальной арматуры в газосиликатные колонны;
Возможная нагрузка мест превышает норму.

У разработчиков часто возникают вопросы и споры, нужно ли укреплять стены в каждом четвертом ряду блоков. Необходимость определяется проектировщиком, исходя из конструктивных особенностей и длины стен будущего сооружения, сейсмической зоны местности, силы и розы ветров на участке, характеристик грунта в районе застройки и характеристик грунта. тип фундамента, а также характеристики материала стен.Здесь становится понятно, хватит ли прочности используемого в строительстве газосиликата, чтобы выдерживать возникающие нагрузки и не давать микротрещин.

Если экономишь на проекте, то расчеты производи сам. Или укрепите и выспитесь, так как хуже точно не будет, но понесите расходы на покупку арматуры и клея.

Если концы отдельных арматурных стержней не связаны в один контур, то их необходимо согнуть под прямым углом и заглубить в пазы, чтобы обеспечить надежное закрепление в стене здания.

Исполнение

Первый ряд

Армирование первого ряда кладки, а также каждого четвертого при необходимости проводится следующим образом.

Конструкция усилена стальными стержнями диаметром 8 мм, класс A III. Для стены толщиной 200 мм достаточно уложить одну арматуру ровно посередине ряда.

Для более толстых стен используйте 2 стержня. Их укладывают параллельно друг другу. Для этого проделайте 2 параллельных канавки с помощью чеканки.Расстояние от внутреннего и внешнего края стены до паза должно быть не менее 6 см. В углах здания бороздки закруглены по радиусу.

Щеткой выметают пыль из готовых пазов, заливают клеем, укладывают фурнитуру и с помощью шпателя удаляют излишки клея.

Арматура не должна прерываться в углах. Он закруглен так, что повторяет радиус канавки.

Поэтому арматуру внахлест примерно посередине стены, закрепив вязальной проволокой.

Арматура под оконный проем

Укладка арматуры в газоблоки необходима под оконным проемом … Закладка производится в блоках последнего ряда перед построенным окном. Для этого его плановая длина измеряется и размечается на поверхности кладки (стержни арматуры должны быть на 0,5 метра длиннее длины окна). Далее в ряду кладки на расстоянии 60 мм от внешней и внутренней сторон стены ручным чеканом измельчают газобетон.А именно вырезается 2 паза, минимальное сечение каждой 2,5х2,5 см.

Для обеспечения ровности пазы можно прибить к желаемому ряду блоков деревянной доски, которые, как правило, выступают при вырезании насечки.

С помощью щетки необходимо удалить пыль и крошки газобетона из канавок, образовавшихся в процессе их резки. № Перед укладкой арматуры и заделкой строительным раствором нарезанные пазы смачивают водой. Это сделано для лучшего сцепления клеевого раствора с армированным газобетоном.

На следующем этапе паз половинной высоты заполняется раствором для мелкошовной кладки блоков, затем укладывается профильная стальная арматура диаметром не менее 6 миллиметров. Паз полностью заполняют раствором, при необходимости удаляя все его излишки и разравнивая шов кельмой.

Следующий ряд кладки можно устанавливать сразу после усиления подоконника.

Вертикальная арматура стены

Этот тип редко используется в следующих случаях:

Армирование стены, подверженной сильным боковым нагрузкам.В этом случае необходимо провести горизонтальное армирование.
При использовании некачественного газобетона с минимальным показателем плотности.
В местах, где тяжелые элементы (металлические балки и т. Д.) Опираются на конструкцию стены.
Уголок для стыковки прилегающих стен.
Армирование небольших стен и дверных и оконных проемов.
Возведение столба из газобетонных блоков.
При использовании больших стеновых панелей.

Используемые материалы

Кроме классического варианта (использование армирования) для армирования кладки из блоков могут применяться и другие материалы:

Сетка металлическая оцинкованная

Состоит из стальных стержней, сваренных взаимно перпендикулярно.

Из всех типов используемых сеток наиболее прочными являются металлические. Но у нее есть один большой недостаток : специальный клей для соединения стеновых блоков способствует развитию коррозии, что приводит к довольно быстрой утрате всех положительных свойств такой арматуры. Также поперечные стержни служат мостиками холода в зимний период.
… Я не рекомендую этот тип усиления.

Базальтовая сетка

Изготовлен из стержней из базальтового волокна, расположенных перпендикулярно друг другу.В стыковых соединениях штанги фиксируются с помощью проволоки, хомутов или специализированного клея. Такое склеивание обеспечивает правильную и ровную геометрическую форму ячеек.

Базальтовая сетка выдерживает сильные ударные разрывные нагрузки — около 50 кН / м. Его вес в несколько раз меньше, чем у металлической сетки, что обеспечивает простоту работ по армированию.

Сетки на основе базальта устойчивы к негативному воздействию коррозии, не реагируют на изменение температурного режима. У них очень низкая теплопроводность, что гарантирует отсутствие мостика холода, возникающего при армировании стальной сеткой.

Базальтовая сетка

стоит дорого, поэтому это решение является самым дорогим из предложенных.

Лента монтажная перфорированная металлическая

Это оцинкованная стальная полоса с просверленными по всей длине отверстиями.

Достаточно приобрести ленту размером 16х1 мм. Армирование кладки осуществляется без сколов газобетона путем крепления на саморезы. В остальном принцип такой же, как и при использовании фурнитуры.Для увеличения прочности возможно соединение полос попарно с помощью стальной проволоки. Имеет меньшую прочность на изгиб по сравнению с профилированной арматурой.

Внимание!

Перфолента толщиной 0,5-0,6 мм широко распространена в сетевых строительных магазинах и на рынках. Не подходит для армирования. Поищите перфоленту толщиной 1 мм в специализированных магазинах или заранее закажите через Интернет. К сожалению, купить его на обычном строительном рынке не так-то просто.

Преимущества использования этого материала по сравнению с традиционной фурнитурой я вижу в следующем:

экономия на доставке за счет компактности ленты;
не нужно делать проточки (экономия на работе и монтажном клее).

Арматура из стекловолокна

Основным материалом арматуры является стекловолокно, на которое спирально наматывается нить для лучшего сцепления с бетоном.

Намного легче, чем его металлический аналог. Низкая теплопроводность позволит избежать образования мостика холода в кладке из газобетона. Легкость монтажа обеспечивается минимальным количеством стыков, так как такая фурнитура продается пачками в бухтах.

Внимание!

Арматура из стекловолокна имеет существенный недостаток — она не выдерживает больших разрушающих нагрузок, и это основная задача армирования кладки из газобетонных блоков с повышенным изгибающим эффектом.

Невозможно построить жесткий каркас из этого материала, поэтому такую арматуру не рекомендуется использовать в сейсмически опасных зонах строительства. … Наш вердикт — не применять.

Преимущества армирования стен очевидны. Поэтому стоит при установке пожертвовать небольшими дополнительными денежными затратами и временем, чтобы возводимое здание служило вам верой и правдой долгие годы.

Полезное видео

На видео наглядно и подробно показано армирование первого ряда.А именно скалывание блоков, укладка арматуры с загибом по углам, заливка клеем.

Силикат кальция — обзор

15.5 Гидравлические цементы

Портландцемент — это гидравлический цемент, получаемый путем измельчения клинкера, состоящий в основном из гидравлических силикатов кальция с сульфатом кальция (гипсом) в качестве добавки в грунт. Клинкер получают путем нагревания глинистых материалов с известью при высоких температурах (> 1500 ° C) с образованием конкреций (диаметром 5–25 мм).Низкая стоимость и широкая доступность известняка и природных источников кремнезема делают портландцемент одним из самых дешевых материалов, используемых во всем мире. Производство и состав портландцементов, процессы гидратации, а также химические и физические свойства цемента были тщательно изучены.

Портландцемент состоит в основном из извести (60–65 мас.% CaO), кремнезема (21–24 мас.% SiO ₂), глинозема (3–8 мас.% Al ₂ O ₃) и оксид железа (3–8 мас.% Fe ₂ O ₃), но также содержит небольшие количества магнезии (0–2 мас.% MgO), триоксид серы (1–4 мас.% SO ₃) и другие оксиды, введенные в виде примесей из сырья, используемого при его производстве.

Основными фазами, присутствующими в негидратированном портландцементе, являются алит (Ca ₃ SiO ₅ -силикат трикальция), белит (Ca ₂ SiO ₄ — β-дикальций силикат), алюминат (Ca ₃ Al ₂ O ₆ — алюминат трикальция), феррит (Ca ₄ (Al, Fe) ₂ O ₇ — алюмоферрит тетракальция).

В таблице 15.1 показаны составы и сокращения этих соединений.

Таблица 15.1. Основные соединения в портландцементе

AlO4 8C AlO4

AlO4

O ₃ · Fe ₂ O ₃

Соединение	Оксидный состав	Аббревиатура
Силикат трикальция	3CaO · SiO ₂	C ₂	Силикат C _D	C _{· SiO ₂}	C ₂ S
Алюминат трикальция	3CaO · Al ₂ O ₃	C ₃ A
AlO4
C ₄ AF

Ранняя гидратация цемента в основном контролируется количеством и активностью C ₃ A, сбалансированной количеством и вид сульфатной грунтовки с цементом.C ₃ A быстро гидратирует и влияет на характеристики раннего склеивания. Аномальная гидратация C ₃ A и плохой контроль его гидратации с помощью сульфата могут привести к таким проблемам, как схватывание, потеря осадки и несовместимость цемент-добавка. На основе этой информации был разработан ряд цементов с различной прочностью или высокой начальной прочностью. Пять признанных типов портландцемента перечислены в Таблице 15.2. Типичные составы коммерческих портландцементов приведены в Таблице 15.3.

Таблица 15.2. Типы портландцемента и их применение

Тип цемента	Использование
I	Цемент общего назначения, когда нет смягчающих условий
II	Сульфат СПИДа, обеспечивающий умеренную устойчивость к воздействию сульфата
III	Когда требуется высокая ранняя прочность
IV	Когда требуется низкая теплота гидратации (в массивных конструкциях)
V	Когда требуется высокая сульфатостойкость

Таблица 15.3. Состав (мас.%) Коммерческих портландцементов

907 407 407 407 407

Тип цемента	C ₃ S	C ₂ S	C ₃ A	C ₄8 AF 90s779
I	50	24	11	8	7
II	42	33	5	13 7 907 907 907 907 907 907 907 907 907	13	9	8	10
IV	26	50	5	12	7
V	7

Тип I, называемый нормальным портландцементом или обычным портландцементом (OPC), наиболее часто используется, когда особые свойства других типов не требуются, например Например, когда он не подвержен сульфатному воздействию отходов или когда тепло, выделяемое при гидратации цемента, не вызывает неприемлемого повышения температуры.Цементы типа I обычно имеют прочность на сжатие (раздавливание) через 7 дней> 19 МПа, измеренную на 50-миллиметровых кубах раствора.

Тип II, модифицированный портландцемент с пониженным содержанием C ₃ S и C ₃ A, имеет более низкую скорость гидратации, чем тип I, и медленнее выделяет тепло. Он также обладает повышенной устойчивостью к воздействию сульфатов и предназначен для использования там, где важны дополнительные меры предосторожности против умеренного воздействия сульфатов.

Тип III, высокопрочный цемент с высоким содержанием C ₃ S и более низким уровнем C ₂ S, быстро набирает прочность благодаря высокому содержанию трикальцийалюмината и трикальцийсиликата.Однако такое быстрое нарастание прочности сопровождается высокой скоростью выделения тепла, что может препятствовать использованию цемента типа III для массивных монолитов из отходов / цемента.

Тип IV, низкотемпературный цемент с низким содержанием C ₃ S и C ₃ A и, следовательно, высоким уровнем C ₂ S, может использоваться в первую очередь для массивных отходов / цементных монолитов. Низкая скорость тепловыделения в этом типе цемента объясняется высоким содержанием силиката дикальция и соответствующим низким содержанием силиката трикальция и алюмината трикальция.

Тип V — сульфатостойкий цемент из-за низкого содержания трикальцийалюмината. Это специальный цемент, предназначенный для использования в монолитах, подвергающихся сильному воздействию сульфатов. Он имеет более медленную скорость набора прочности, чем обычный портландцемент.

Портландцемент типов I, II и III обычно используется для иммобилизации радиоактивных отходов. В то время как тип II обладает повышенной устойчивостью к воздействию сульфатов, растворы сульфата натрия успешно затвердевают, причем все три типа имеют примерно одинаковые нагрузки.Водные отходы, содержащие борную кислоту, могут затвердеть, если в цемент добавить щелочной материал (например, гашеную известь или NaOH) или силикат натрия, а также при увеличении щелочности раствора до pH 8–12. Было показано, что типы I, II и III работают с такими добавками. Тип III предпочтителен для жидких отходов борной кислоты из-за характеристик быстрого отверждения этого цемента (Раздел 15.6), который во многих случаях противодействует эффектам замедления гидратации, вызванным борной кислотой (Раздел 15.8).

Синергетический эффект за счет добавления небольшого количества вторичных наполнителей к составам протектора шин из натурального каучука, армированного диоксидом кремния

Современные топливосберегающие протекторы обычно усилены диоксидом кремния, поскольку это приводит к более низкому сопротивлению качению и более высокому сцеплению на мокрой дороге по сравнению с к альтернативам, содержащим технический углерод. Введение вторичных наполнителей в состав протектора, армированного диоксидом кремния, часто называемых гибридными наполнителями, может иметь потенциал для дальнейшего улучшения характеристик шины.В настоящей работе два вторичных наполнителя, нанонаполнитель органоглины и углеродная сажа N134 были добавлены в смеси натурального каучука на основе диоксида кремния в соотношении диоксид кремния / вторичный наполнитель 45/10 phr. Компаунды были приготовлены с различными температурами смешения на основе процедуры смешения, обычно применяемой для систем NR с диоксидом кремния. Результаты вязкости Муни, эффекта Пейна, характеристик отверждения и механических свойств подразумевают, что гидрофобизация кремнезема и реакция сочетания силанового связующего агента с диоксидом кремния и эластомером в значительной степени зависят от органоглины из-за действия ее модификатора: органического производного аммония.Это влияет на безопасность от ожога и скорость лечения. Компаунды, в которые в качестве вторичного наполнителя была добавлена сажа, не проявляют такого поведения. Они дают более низкую дисперсию наполнителя по сравнению с чистым наполненным диоксидом кремния компаундом, что объясняется несоответствующей высокой температурой смешивания и большой удельной поверхностью используемой сажи. Динамические свойства указывают на то, что существует потенциал для улучшения сцепления с мокрым покрытием и сопротивления качению протектора шины при использовании органоглины в качестве вторичного наполнителя, в то время как комбинация технического углерода в NR с диоксидом кремния не изменяет этих свойств.

1. Введение

Составы для шин обычно содержат около 30% по весу активных наполнителей, таких как технический углерод и диоксид кремния [1]. Технический углерод обычно используется в качестве усиливающего наполнителя для смесей протектора шин, поскольку он может эффективно улучшать механические свойства, такие как прочность на разрыв, модуль упругости, прочность на разрыв, усталость при изгибе и сопротивление истиранию, а также обеспечивает хорошее сопротивление скольжению. Усиливающий эффект углеродной сажи обычно регулируется размером частиц, структурой, удельной площадью поверхности и химией поверхности [2].Замена технического углерода на диоксид кремния в составах протектора шин после патента Michelin [3] предлагает шины с более низким сопротивлением качению и более высоким сцеплением на мокрой дороге [4], что снижает расход топлива и повышает безопасность. Другие свойства компаунда также могут быть улучшены за счет использования диоксида кремния, такие как прочность на разрыв, прочность на разрыв, тепловыделение, сопротивление порезам, сколам и трещинам [5]. Однако использование диоксида кремния в резиновых смесях имеет некоторые недостатки, такие как несовместимость с каучуками неполярных шин, плохое диспергирование и распределение в резиновой матрице и плохое взаимодействие наполнитель-каучук [6].Чтобы преодолеть эти ограничения, в таких соединениях обычно применяют серосодержащие силановые связующие, такие как бис (3-триэтоксисилилпропил) тетрасульфид (TESPT). Смешивание диоксида кремния с силаном в каучуке включает химическую реакцию, так называемую силанизацию, и степень этой реакции оказывает драматическое влияние на свойства получаемого соединения [7, 8]. Из-за природы TESPT в качестве донора серы, для обеспечения безопасности подвулканизации во время обработки можно использовать бис (3-триэтоксисилилпропил) дисульфид (TESPD) [9].Более того, эпоксидированный натуральный каучук (ENR) также использовался в качестве компатибилизатора в составах протектора шин NR, армированных диоксидом кремния, что привело к существенному улучшению свойств по сравнению с составом без ENR, но несколько меньше, чем при использовании силанового связующего агента. [10].

Недавнее исследование резиновых смесей из натурального каучука, армированного диоксидом кремния (NR), показало, что при оптимальных условиях и составе диоксид кремния может эффективно усиливать NR, что подтверждается механическими и динамическими свойствами [8].Однако остается вопрос относительно характеристик протекторов таких шин с точки зрения абразивной стойкости или износостойкости. Механизм истирания резиновых вулканизатов очень сложен и включает множество факторов, и наполнители имеют большое влияние на это свойство [11]. Размер частиц наполнителя, структура, поверхностная активность и взаимодействие наполнитель-каучук — все это влияет на характеристики истирания. В настоящее время, помимо технического углерода и диоксида кремния, доступно новое поколение армирующих наполнителей, особенно нанонаполнителей, которые также можно применять для шинных смесей.Одним из наиболее широко изученных нанонаполнителей является органо-модифицированная глина или короткоорганическая глина (ОС), которая была модифицирована путем катионного обмена с солями аммония или солями фосфония с целью получения гидрофобной структуры, совместимой с неполярными каучуками [12, 13]. Композиты ОС-эластомер с низким содержанием нанонаполнителя (обычно 10 частей на 100 частей на 100 частей на 100 частей на 100 частей на 100 частей) демонстрируют улучшенные механические свойства, термическую стабильность, газопроницаемость и износостойкость [14].

Для усиления резины используется система с одним или двумя наполнителями.Комбинация диоксида кремния и технического углерода привлекает внимание к объединению преимуществ каждого наполнителя в резиновых смесях. Исследования протекторов грузовых автомобилей на основе NR, армированных диоксидом кремния и углеродной сажей, показали, что при постепенной замене углеродной сажи N220 (N220 CB) на диоксид кремния, модифицированный TESPT, полная замена технического углерода на TESPT-диоксид кремния привела к 30% улучшению сопротивление качению с небольшим изменением индекса износа протектора (сопротивление истиранию) и сцепления на мокрой дороге [15].Поведение вулканизатов NR на усадку под влиянием смешанных наполнителей диоксид кремния-N220 CB в присутствии и в отсутствие силанового связующего агента было изучено [16], в котором вулканизаты, содержащие силановый связующий агент, показали более высокие скорости восстановления по сравнению с вулканизатами, не содержащими силановый связующий агент из-за взаимодействий полимер-наполнитель, образования поперечных связей между каучуком и диоксидом кремния и повышенной плотности поперечных связей. При увеличении доли кремнезема вулканизаты с силаном и без него показали снижение твердости и модуля.На основании механических свойств NR, армированного различными соотношениями гибридных наполнителей N330 CB / диоксид кремния, сообщалось, что вулканизаты, содержащие 20 и 30 частей на 100 частей диоксида кремния с общим содержанием смешанного наполнителя 50 частей на 100, показали наилучшие общие механические свойства [17]. Частичная замена CB на диоксид кремния / силан улучшила прочность на разрыв и рост трещин, но оказала отрицательное влияние на сопротивление истиранию [18]. Композиты раствор-каучук SBR / диоксид кремния / CB показали лучшую дисперсию наполнителя, более низкий эффект Пейна и синергетический эффект механических свойств по сравнению с компаундом с одним наполнителем.В этом случае соотношение SiO ₂ / CB, равное 20/50, показало лучшие общие свойства, в которых был получен хороший баланс сопротивления качению, сопротивления скольжению на мокрой дороге и износостойкости. С увеличением содержания кремнезема увеличивалось оптимальное время отверждения и увеличивалось поверхностное и объемное сопротивление [19]. Добавление небольшого количества диоксида кремния в соединения SSBR / N330 CB, например, за счет использования отношения CB / диоксид кремния 45/5 phr, уменьшило разветвление кластеров наполнителя и повысило эффективность армирования.Усиленная сетка наполнителя и более однородная дисперсия наполнителя привели к лучшему сопротивлению истиранию, более низкому сопротивлению качению и лучшему сопротивлению скольжению на мокрой дороге. Однако, когда доля кремнезема была высокой, разветвление кластеров наполнителя быстро увеличивалось и ухудшало свойства [20]. Использование гибридного наполнителя CB / диоксида кремния в полуармированных печах (SRF) в нитрильных резиновых смесях показало, что замена технического углерода диоксидом кремния снизила жесткость материала, предел прочности на разрыв, прочность на сжатие, прочность на разрыв и модуль упругости, но увеличила удлинение при разрыве и упругость отскока [21].

Также было изучено сочетание кремнезема и глины. Физико-механические свойства NR с наполнителем из диоксида кремния / китайской глины для протектора шин для тяжелых грузовых автомобилей [22] показали наилучший баланс свойств в отношении тепловыделения и устойчивости к истиранию при соотношении диоксид кремния / глина 60/20. Использование осажденного диоксида кремния (PS) / монтмориллонита (MMT) в нанокомпозитах перекисного каучука (SR) привело к улучшенному максимальному напряжению по сравнению с неармированным силиконовым каучуком [23]. Использование MMT (Cloisite 20A) и диоксида кремния с Si69 (TESPT) в качестве силанового связующего агента в составах протекторов SSBR / BR улучшило прочность на разрыв, удлинение и тяговые свойства при низком содержании Si69, одновременно увеличив модуль упругости, твердость, износостойкость, управляемость в сухом состоянии, сопротивление качению при высоком содержании Si69 [24].Гибридные системы наполнителей, состоящие из осажденного диоксида кремния и каолина, модифицированного натриевой солью каучукового масла (SRSO) в смесях NR / BR, продемонстрировали, что замена 5–10 частей кремнезема на каолин, модифицированный SRSO, приводит к более низкой вязкости по Муни и более высокому отверждению. скорость, увеличенный индекс плотности химической сшивки и содержание связанного каучука [25], что указывает на более высокую степень взаимодействия каучук-каучук и каучук-наполнитель. Это привело к улучшенным механическим свойствам, таким как сопротивление истиранию, остаточная деформация при сжатии, прочность на разрыв и разрыв, а также относительное удлинение при разрыве смеси вулканизатов.Гибридный наполнитель, содержащий вулканизат кремнезема / SRSO, также показал улучшение динамических свойств, что полезно для применения в протекторах шин. Уменьшение сетки наполнителя в эластомерных нанокомпозитах на основе диоксида кремния с расслоенным органо-монтмориллонитом привело к улучшенному механическому армированию и снижению рассеивания энергии и, следовательно, расхода топлива и углеродного следа [26].

Настоящая работа направлена на синергетический эффект диоксида кремния с различными дополнительными наполнителями, чтобы изменить характеристики шины в отношении сцепления на мокрой дороге и сопротивления качению для экономии топлива, соответственно, в сторону лучшей стойкости к истиранию, причем все они характеризуются динамическими механическими свойствами вулканизированные соединения.Использование вторичного наполнителя, который имеет другие характеристики наполнителя в сочетании с диоксидом кремния, так называемой гибридной системы наполнителя, может привести к лучшему диспергированию наполнителя, взаимодействию наполнитель-каучук и, следовательно, к лучшему балансу эксплуатационных характеристик.

Что касается компаундов NR, армированных диоксидом кремния, температура разгрузки / разгрузки после смешивания является критическим параметром, который необходимо контролировать, поскольку он оказывает сильное влияние на технологические свойства и свойства вулканизата [8]. Таким образом, влияние начальной настройки температуры смесителя было исследовано в этой работе, чтобы определить оптимальные условия для наилучших возможных свойств смесей.

2. Экспериментальная

2.1. Получение смеси

Составы каучуков, использованные в этом исследовании, показаны в таблице 1. Композиции были приготовлены с использованием двухэтапной процедуры смешивания: первая заключалась в приготовлении маточной смеси каучука и наполнителей, а вторая заключалась в приготовлении конечных смесей. в том числе лечебные. На первом этапе использовался внутренний смеситель Brabender Plasticorder 350 мл, работавший при скорости вращения ротора 60 об / мин, коэффициенте заполнения 70% и варьируемых начальных настройках температуры 60, 80, 100 и 120 ° C.

907

7 черный ) или органоглины Dellite 67G (OC).


Состав	Дозировка (част.		100,0
Состав	Кремнезем (ULTRASIL 7005)	55,0	45,0
Вторичный наполнитель	—	10,0
		TESPD 907.0	4,1
Масло TDAE	8,0	8,0
ZnO	3,0	3,0
стеариновая кислота	4 1,0	4 1,0	4 1,0
DPG	1,1	0,9
CBS	1,5	1,5
Сера	1,5	1,5

Вторичные наполнители, технический углерод или органоглина, добавляли вместе с первой половиной диоксида кремния, первой половиной бис (3-триэтоксисилилпропил) дисульфида и вторичным ускорителем дифенилгуанидина (DPG) для получения хорошей дисперсии. Другие половинки диоксида кремния и TESPD были добавлены позже на первой стадии смешивания вместе с маслом-наполнителем обработанного дистиллятного ароматического экстракта (TDAE). Второй этап заключался в добавлении и смешивании другой половины DPG, первичного ускорителя N-циклогексил-2-бензотиазолсульфенамида (CBS) и серы при скорости ротора 30 об / мин, коэффициенте заполнения 70% и начальной температуре. установка внутреннего смесителя 70 ° С.Двухэтапная процедура смешивания представлена на Рисунке 1.

2.2. Характеристики образцов

Данные смешивания были получены из программы мониторинга в реальном времени, соединенной с внутренним смесителем.

2.2.1. Вязкость по Муни, ML (1 + 4) 100 ° C

Тестировали с использованием вискозиметра Муни (MV200VS, Alpha Technologies) согласно ASTM D1646.

2.2.2. Payne Effects

Эффекты Пейна или взаимодействия наполнителя-наполнителя еще неотвержденных соединений NR, наполненных диоксидом кремния, с отвердителями изучали с помощью анализатора технологических процессов (RPA2000, Alpha Technologies) при 100 ° C, частота 0.5 Гц и варьирующиеся деформации в диапазоне от 0,56 до 100%.

2.2.3. Характеристики отверждения

Отверждающие свойства соединений изучали с использованием RPA при 150 ° C, частоте 0,83 Гц и деформации 2,79% в течение 30 минут.

2.2.4. Свойства при растяжении

Компаунды вулканизировали до оптимального времени отверждения ( t _{c, 90}) с использованием лабораторного пресса для сжатия Wickert WLP 1600 при 150 ° C и 100 бар в листы толщиной 2 мм. Образцы для испытаний гантелей типа 2 были вырезаны из отвержденных под давлением листов, а испытания на растяжение были выполнены с помощью прибора для испытания на растяжение Zwick (модель Z1.0 / Th2S) при скорости крейцкопфа 500 мм / мин согласно ASTM D412.

2.2.5. Динамические свойства

Тан-дельта вулканизатов при -20 ° C и 0 ° C определяли с использованием динамического механического анализатора (Metravib DMA) с анализом температурной зависимости в режиме растяжения при деформации 0,1% и частоте 10 Гц. Для угла тангенса угла механических потерь при 60 ° C был использован RPA с условиями, установленными при температуре 60 ° C, деформации 3,49% и изменяющейся частоте развертки в диапазоне 0.05–33,00 Гц. Перед этими измерениями образцы были отверждены в той же камере RPA при 150 ° C до их оптимального времени отверждения перед охлаждением до 60 ° C и испытанием.

3. Результаты и обсуждение

Рисунок 2 (а) показывает, что температура разгрузки / разгрузки увеличивается с повышением начальной настройки температуры смесителя для обоих вторичных наполнителей. Конечный крутящий момент смесей диоксид кремния / CB, смешанных при различных температурах, значительно увеличивается, а затем стабилизируется при настройке температуры 80 ° C, что объясняется более высокой степенью силанизации, что приводит к лучшему взаимодействию наполнителя и каучука.С другой стороны, соединения диоксида кремния / OC показывают небольшое уменьшение конечного момента смешивания с увеличением температуры разгрузки или нагнетания. Это должно быть связано с действием модифицирующего агента, органического производного аммония [3], внутри органоглины, что значительно снижает взаимное взаимодействие между наполнителем и кремнеземом, что также подтверждается результатами вязкости Муни и эффекта Пейна, изображенными на рисунке. 2 (б).

Более высокая температура смесителя и, как следствие, температура выгрузки приводят к более низкой вязкости по Муни (при 100 ° C) смесей из-за повышенной силанизации и, как следствие, уменьшения взаимодействия наполнитель-наполнитель.Однако более высокая температура вызывает также разрушение молекул NR в результате окислительных реакций под действием сдвигающих сил [27], фактор, который нельзя упускать из виду для NR. Органоглина демонстрирует более существенное падение вязкости по Муни, чем углеродная сажа, что, как указывалось ранее, должно объясняться влиянием модификатора глины.

Эффекты Пейна соединений NR, наполненных диоксидом кремния / CB и диоксидом кремния / OC, уменьшаются с увеличением температуры выгрузки из-за лучшей силанизации при более высоких температурах смешения.Это ясно подтверждает объяснение данных о смешивании и соответствующих значений вязкости по Муни. Эффект Пейна для NR, наполненного диоксидом кремния / CB, выше, чем для эталонного соединения NR, наполненного диоксидом кремния. Это происходит из-за меньшего расстояния между агрегатами сильно армирующей сажи, что дает более высокую вероятность образования прочной сетки наполнитель-наполнитель. С другой стороны, эффекты Пейна для NR, наполненного диоксидом кремния / OC, намного ниже, чем для эталонного соединения NR, наполненного диоксидом кремния, из-за более низких взаимодействий наполнитель-наполнитель, а также более низкой вязкости по Муни, которую можно снова приписать модификатор глины.

На основании кривых отверждения на Рисунке 3, время подвулканизации соединений NR с диоксидом кремния с углеродной сажей и органоглиной в качестве вторичных наполнителей уменьшается по сравнению с эталонным составом с одним диоксидом кремния. Хорошо известно, что свободные силанольные группы на поверхности диоксида кремния препятствуют вулканизации из-за их кислотной природы и их тенденции адсорбировать ускорители вулканизации, замедляя вулканизацию [17]. Только около 30% силанольных групп на диоксиде кремния вступают в реакцию со связующим агентом, поэтому 70% остаются непрореагировавшими.Роль вторичного ускорителя, в частности щелочного DPG, заключается в защите этих оставшихся силанольных групп. В данном случае соединения, содержащие органоглину, демонстрируют, безусловно, наибольшее снижение времени подвулканизации, что опять же является результатом действия щелочного модифицирующего агента органоглины, органического производного аммония [28]. Интересно, что соединения, содержащие органоглину, также показывают значительное уменьшение приращения крутящего момента (рис. 3 (b)). Основной причиной снова должно быть влияние модифицирующего агента органоглины, который может играть дополнительную роль в дальнейшей модификации поверхности диоксида кремния по сравнению с DPG, приводя к снижению степени водородных связей между частицами диоксида кремния и, таким образом, к уменьшению эффекта Пейна или наполнителя. -наполнитель, как показано на рисунке 2 (б).Эти результаты взаимно подтверждают друг друга.

На рис. 4 показаны механические свойства соответствующих вулканизатов. При различных температурах разгрузки прочность на разрыв, относительное удлинение при разрыве, модули 100% и 300% NR, заполненного диоксидом кремния / CB (Рисунок 4 (a)), немного увеличиваются до 160 ° C, а затем уменьшаются, когда температура разгрузки превышает 166 ° C. . Деградация натурального каучука при более высоких температурах может быть основной причиной падения прочности на разрыв. С другой стороны, прочность на разрыв и относительное удлинение при разрыве NR, наполненного диоксидом кремния / OC, остаются почти на тех же уровнях.Модули при 100% и 300% деформации NR, заполненного диоксидом кремния / OC (рис. 4 (b)), увеличиваются с повышением температуры разгрузки до 151 ° C, а затем немного уменьшаются. Это снова связано с деградацией NR при более высоких температурах. Модули значительно ниже, чем у эталонных соединений диоксида кремния и диоксида кремния / CB, что соответствует гораздо более низкой разнице крутящего момента, наблюдаемой на кривых отверждения (рис. 3) для этих соединений. Тем не менее, что интересно, значения прочности на разрыв и удлинения при разрыве не сильно отличаются от таковых для эталонных соединений кремнезема и кремнезема / ОС.

На рис. 5 показаны результаты прямого доступа к памяти тангенса дельта при -20 ° C и 0 ° C для NR с диоксидом кремния с гибридными наполнителями. Дельта тангенса угла калия при температуре от –20 ° C до + 20 ° C, измеренная в лабораторных условиях, часто используется для прогнозирования сцепления с мокрой дорогой шины с протектором на основе того же состава [28], соответственно, значение при –20 ° C. как первый показатель износостойкости. Дельта тангенса при -20 ° C для NR, наполненного диоксидом кремния / CB, а также NR, заполненного диоксидом кремния / OC, увеличивается с увеличением температуры разгрузки. Это снова связано с лучшей силанизацией при более высоких температурах отвала, что также продемонстрировано более низкими эффектами Пейна на Рисунке 2 (b).Тан-дельта при -20 и 0 ° C для диоксида кремния / OC, заполненного NR, значительно выше, чем для диоксида кремния / CB, а также для чистых соединений диоксида кремния. Это указывает на то, что существует потенциал для улучшения сцепления с мокрой дорогой и износостойкости протектора шины за счет использования небольшого количества органоглины в сочетании с диоксидом кремния.

Тан-дельта вулканизатов при 60 ° C указывает на потерю энергии на гистерезис при динамической деформации, связанную с сопротивлением качению шины, обычно используемым для определения сопротивления качению в лабораторном масштабе [29].При сравнении результатов тангенса дельта при 60 ° C для эталонного NR, наполненного диоксидом кремния, NR, заполненного диоксидом кремния / CB, и NR, заполненного диоксидом кремния / OC, при заданных температурах разгрузки смесителя, результаты для соединений диоксид кремния / CB сопоставимы. с эталонным наполненным кремнеземом NR. Таким образом, замена небольшого количества кремнезема на технический углерод не изменит уровень сопротивления качению шины. С другой стороны, органоглина дает значительно более низкую дельту тангенса при 60 ° C по сравнению с эталонным составом диоксида кремния, указывая на значительное уменьшение / улучшение сопротивления качению для шин с некоторым количеством органоглины, нанесенным рядом с диоксидом кремния.

4. Выводы

(i) Повышенная температура разгрузки для наполненных диоксидом кремния соединений NR с вторичными наполнителями приводит к лучшей реакции силанизации между диоксидом кремния и связующим агентом TESPD, но разложение NR может происходить при слишком высоких температурах смешения. (ii) NR, наполненный диоксидом кремния / CB, демонстрирует более высокую скорость отверждения и модули растяжения, при сохранении аналогичных предельных свойств при растяжении и тангенса дельты при 60 ° C по сравнению с системой, наполненной чистым диоксидом кремния. NR показывает более низкий эффект Пейна, более высокую скорость отверждения, более низкие модули в сочетании с аналогичными предельными характеристиками на растяжение, что и у диоксида кремния или диоксида кремния / CB, и более высокую дельту тангенса угла наклона при 20 ° C и 0 ° C, что указывает на лучший износ и характеристики сцепления на мокрой дороге, соответственно, и более низкая дельта тангенса угла наклона при 60 ° C по сравнению с системой с диоксидом кремния, что свидетельствует о пониженном сопротивлении качению.(iv) Использование гибридных наполнителей, небольших количеств вторичных наполнителей, таких как технический углерод, и, в частности, органоглины рядом с диоксидом кремния в NR, таким образом, дает возможность дальнейшего улучшения износостойкости, сцепления на мокрой дороге и сопротивления качению протекторов шин.

Доступность данных

Все данные доступны от исследователя, с резервной копией на кафедре эластомерных технологий и инженерии, кафедра механики твердых тел, поверхностей и систем, факультет инженерных технологий, университет Твенте, Нидерланды.

Конфликт интересов

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Благодарности

Авторы выражают признательность Голландскому фонду натурального каучука (Rubber Stichting, Нидерланды), Apollo Tyres Global R&D B.V. (Нидерланды) и Высшей школе университета принца Сонгкла (Таиланд) за финансовую поддержку.

Поведение неармированного и армированного зеленого раствора с волокнами

Наблюдалось поведение неармированного зеленого раствора с волокнами.Были приготовлены различные сырые строительные смеси с использованием разного процентного содержания стеклянных порошков (WGP), стального шлака (SG) и микрокремнезема (SF). Были определены свойства текучести, плотности, скорости ультразвуковых импульсов (UPV), прочности на сжатие и изгиб. испытан такой зеленый раствор на первом этапе экспериментальных работ. Выбранная смесь сырого раствора, которая дает хорошие свойства с приемлемыми диапазонами замены цемента такими вяжущими материалами, была использована для выполнения второй фазы экспериментальных работ.Таким образом, было проведено использование волокон человеческого волоса, волокон сизаля и волокон гвоздей из нержавеющей стали в виде системы индивидуальных и гибридных волокон, а также были проведены испытания на те же свойства, упомянутые выше. Третий этап включает оценку стоимости указанного раствора. Принимая во внимание, что последний этап связан с анализом результатов с использованием интегрированного метода AHP и TOPSIS для выбора наилучших характеристик зеленого раствора. Результаты волокна моносизаля, волокна человеческого волоса и волокна нержавеющей стали на 0.75, 0,75 и 2% объемной доли соответственно показали наибольшее увеличение прочности на сжатие, прочности на изгиб, UPV и плотности по сравнению с другими процентными значениями.

1 Введение

Цемент — один из самых производимых материалов в мире. Ежегодное мировое производство цемента оценивается в 4,15 миллиарда тонн в 2016 году и, как ожидается, вырастет до 4,25 миллиарда тонн в год в 2030 году [1]. Производство этого материала требует использования огромного количества сырья (известняк, глина и т. Д.), Энергии (электричество и тепло) и ископаемого топлива (природный газ, мазут, кокс или некоторые отходы) в дополнение к воздуху и воде. [2, 3, 4].Из-за большого количества образующихся загрязнителей и потребления невозобновляемых ресурсов в цементной промышленности цементный материал оказывает негативное воздействие на окружающую среду [4]. Хотя эта промышленность вызывает образование сточных вод, твердых отходов и шума, основные экологические проблемы связаны с выбросами в атмосферу и потреблением энергии. Большое количество углекислого газа (CO ₂), оксидов азота (NOx), оксидов серы (SOx) и пыли, помимо других загрязнителей воздуха, выбрасывается при производстве цемента [5, 6, 7, 8].Примерно 8% глобальных выбросов двуокиси углерода (CO ₂) выбрасывается цементной промышленностью [8]. Более того, производство одной тонны цемента высвобождает 360 фунтов пыли [9], требует около 1,597 метрической тонны сырья [9, 10] и требует большого количества электроэнергии и тепловой энергии. Другие различные промышленные процессы (металлический кремний, ферросилиций и сталь) также играют важную роль в воздействии на окружающую среду. Накопление твердых отходов, образующихся в качестве побочного продукта этой промышленности, является одной из причин, приводящих к ухудшению окружающей среды.В 2016 году мировое производство стали, кремния и ферросилиция оценивается в 1630, 2,7 и 6,4 млн тонн соответственно [11]. При производстве одной тонны стали, кремния и ферросилиция образуется большое количество твердых отходов, таких как шлак и пыль кремнезема, соответственно [12]. Кроме того, накопление на свалках не поддающихся биологическому разложению твердых отходов, таких как отработанное стекло, является одним из явлений, оказывающих негативное воздействие на окружающую среду. Для уменьшения этого воздействия на окружающую среду, сокращения потребления сырья и энергии при производстве цемента, производства экологически чистых строительных материалов, экономии цемента и переработки отходов многие материалы были смешаны с цементом для получения экологически чистых строительных материалов [13, 14, 15, 16] .Стеклянные отходы (WGP), стальной шлак (SG) и микрокремнезем (SF) не являются биоразлагаемыми материалами и доступны как отходы [17, 18, 19]. Использование этих материалов с цементом может улучшить удобоукладываемость раствора и / или бетона, раннюю и долгосрочную прочность и долговечность [20, 21, 22]. Физические свойства и химический состав этих материалов имеют значительную роль в свойствах бетона. Многие предыдущие исследования [23, 24, 25, 26] пришли к выводу, что химический состав и размер частиц WGP определяют его пуццолановую активность, более мелкие частицы уменьшают реакцию щелочного кремнезема и придают более высокую прочность.

Несколько исследователей [22, 27] сосредоточили свое внимание на использовании SG с цементом для улучшения плотности, долговечности и прочности бетона в более позднем возрасте. Многие исследователи [28, 29, 30, 31, 32] изучали свойства раствора и / или бетона, приготовленного из смешанного цемента с дополнительными вяжущими материалами (SCM). Пары кремнезема — это один из SCM, который может способствовать улучшению механических свойств раствора и бетона при одинаковом соотношении воды и вяжущего (W / b) и уровне замещения [33, 34, 35].Высокое содержание аморфного диоксида кремния и очень мелкие частицы микрокремнезема обуславливают его высокую пуццолановую активность [33, 36]. Аморфный диоксид кремния реагирует с гидроксидом кальция, который образуется в результате гидратации цемента, и приводит к образованию гидрата силиката кальция (C-S-H). Мелкодисперсные частицы микрокремнезема могут заполнить промежуток между частицами цемента. Таким образом, микрокремнезем играет важную роль в уплотнении межфазной переходной зоны между цементным тестом и мелким заполнителем, что приводит к улучшению микроструктуры цементного раствора и бетона [33].Использование SF, SG и WGP в качестве дополнительных вяжущих материалов в бинарных, тройных смесях изучается многими исследователями [37, 38]. Было замечено, что использование смеси SF и WGP или SG в качестве частичной замены цемента привело к уменьшению замедляющего эффекта стеклянного порошка или стального шлака на раннюю гидратацию цемента и к улучшению микроструктуры затвердевшего цементного теста на более позднем этапе. возрастов. Таким образом, использование стеклянного порошка, стального шлака и микрокремнезема с цементом в комбинированной форме может способствовать получению зеленого раствора и улучшить его общие характеристики.Таким образом, использование SCM были рассмотрены в этом исследовании.

Как правило, бетон и строительный раствор являются хрупкими материалами с низкой прочностью на разрыв и низкой деформационной способностью [39]. Включение волокон в цементную матрицу в основном улучшает прочность на растяжение, изгиб, ударную вязкость и вязкость при изгибе [40, 41, 42]. Промышленные и натуральные волокна изучаются многими исследователями [43, 44, 45]. Использование натуральных, возобновляемых и недорогих волокон вместо промышленных и дорогостоящих волокон дало множество преимуществ, таких как сокращение углеродного следа строительной индустрии, снижение потребления сырья и экономия [46].Волокна сизаля (SIF) являются одним из натуральных / растительных волокон, для обработки которых требуется низкая степень обработки по сравнению с синтетическими волокнами [47, 48]. Он может способствовать обеспечению того же уровня прочности на изгиб, что и синтетические волокна, такие как полипропиленовые волокна, и повысить пластичность и вязкость при изгибе для бетона и строительного раствора [49]. В последнее время человеческий волос также используется в качестве волокна для армирования бетона или раствора [50, 51]. Многие исследователи [52, 53, 54] сообщают, что армирование бетона волокном из человеческого волоса (HHF) может улучшить механические свойства.Использование микроволокон, таких как волокна человеческого волоса (HHF), может замедлить образование микротрещин за счет улучшения предпиковых механических свойств [55, 56]. Более того, использование волокон сизаля и волокон человеческого волоса положительно влияет на экологические и экономические аспекты [57]. Включение стальной фибры в бетон и раствор документировано многими исследователями [58, 59]. Тем не менее, этот тип волокон характеризуется высоким модулем упругости, прочностью на разрыв, жесткостью на изгиб и приобретает хорошие свойства по отношению к строительному раствору и бетону.Это дорого по сравнению с другими типами волокон. Таким образом, гвозди из нержавеющей стали (SIF) использовались в качестве волокон вместо стальных волокон в этом исследовании. Волокна для гвоздей из нержавеющей стали отличаются невысокой стоимостью и хорошими свойствами. Использование этого типа волокон может способствовать увеличению прочности на сжатие, прочности на изгиб и других свойств бетона [42].

Несколько исследователей [60, 61] работали над улучшением точных свойств строительных материалов и предсказанием новых моделей. Множественный регрессионный анализ — это один из статистических методов, который использовался для анализа свойств бетона и раствора, прогнозирования хорошей взаимосвязи между свойствами бетона или раствора и получения обобщенных результатов для нового бетона или раствора перед испытанием [62, 63, 64].Процесс аналитической иерархии (AHP) и методика предпочтения порядка по сходству с идеальным решением (TOPSIS) являются одними из этих методов, которые использовались для выбора лучшего армированного зеленого раствора на основе его поведения и ранжирования неармированных зеленых растворов на основе его свойств. Стоимость.

Несмотря на то, что существует множество литературных источников по сочетанию дымчатого кремнезема и пуццолановых материалов в строительном растворе или бетоне, их использование с тремя различными типами волокон (волокна сизаля, волокна человеческого волоса и недорогие гвозди из нержавеющей стали) для производства армированного зеленого раствора все еще остается ограничено.Основные цели этого исследования можно кратко разделить на три части:

Исследование поведения сырого раствора, полученного из стеклянных порошков, стального шлака и микрокремнезема, армированного натуральными и дешевыми волокнами.
Выбор и ранжирование лучшего зеленого раствора на основе его свойств и стоимости.

4 Результаты и обсуждение

4.0.1 Индекс пуццолановой активности (PAI)

Среднее из трех значений прочности на сжатие раствора, приготовленного для измерения пуццолановой активности стеклянных порошков, стального шлака или микрокремнезема, показано на (Рисунок 2).Соотношение между прочностью на сжатие раствора, содержащего дополнительный вяжущий материал (стеклянный порошок, стальной шлак или микрокремнезем), и прочностью на сжатие контрольного раствора того же возраста называется индексом активности, который оценивает пуццолановую активность дополнительных вяжущих материалов, как показано в ( Фигура 2). Результаты показывают, что прочность на сжатие раствора, содержащего отходы стеклянного порошка или стального шлака, уменьшается с увеличением цемента. Снижение прочности можно объяснить уменьшением количества цемента и изменением пуццолановой активности этих материалов и цемента.Более того, присутствие этих материалов в цементном прошлом приводит к задержке гидратации C ₃ S и C ₃ A в раннем возрасте и активности соединений (SiO ₂ + Al ₂ O ₃ + Fe ₂ O ₃) отходов стеклопорошка или стального шлака меньше активности тех же соединений цемента [23, 78].

Рисунок 2

Индекс активности на 7 и 28 дни

Хотя использование стеклянных порошков и стального шлака привело к небольшому снижению прочности, эти материалы рассматриваются в данном исследовании из-за их пуццолановой активности.Согласно ASTMC 618 [79], минимальное требование индекса силовой активности для стандартного пуццолана составляет 75% в возрасте 7 и 28 дней. Таким образом, отходы стеклянного порошка и стального шлака считаются пуццолановыми материалами из-за того, что индекс прочностной активности отработанного стеклянного порошка и стального шлака на уровне замещения 20% составлял 87 и 86% в возрасте 7 дней и 80 и 79% в возрасте 28 лет. дней соответственно.

Также был исследован индекс прочностной активности микрокремнезема в соответствии с ASTM C1240 [80]. Результаты показывают, что индекс силовой активности микрокремнезема при уровне замещения 10% составляет 112 и 104% в возрасте 7 и 28 дней соответственно.В соответствии со стандартом ASTM C, упомянутым выше, минимальное требование к ускоренному индексу пуццолановой активности микрокремнезема составляет 85% в возрасте 7 дней. Поэтому в данном исследовании этот материал рассматривается как пуццолановый. Более того, результаты показывают, что прочность на сжатие раствора, содержащего коэффициент замещения цемента на 10% микрокремнезема, показывает самую высокую прочность на сжатие по сравнению с другими растворами. Действительно, высокая дисперсность, высокое содержание аморфного диоксида кремния в микрокремнеземе и достаточное содержание гидроксида кальция, полученного в результате гидратации цемента, играют значительную роль в улучшении производства гидрата силиката кальция (C-SH), обеспечивающего дополнительную прочность на сжатие [19].

4.0.2 Технологичность

Таблица 9 демонстрирует сыпучесть неармированных сырых смесей. Эта таблица показывает, что сыпучесть смеси снижается с увеличением степени замещения цемента дымом кремнезема и / или стальным шлаком. Высокая удельная поверхность микрокремнезема приводит к увеличению потребности в воде для гидратации и текучести [21, 33, 81]. Напротив, содержание стеклянного порошка в смеси немного увеличивает текучесть смеси за счет увеличения коэффициента замещения цемента.Это может быть эффект более чистого по своей природе стеклянного материала. Этот результат подтверждается недавними исследованиями, проведенными другими исследователями [33, 82].

Таблица 9

Результаты испытаний неармированного зеленого раствора.

Название смеси	Цементные смеси (%)	Расход (%)	Прочность на сжатие (МПа)		Прочность на изгиб (МПа)		УПВ. (Км / сек)	Плотность в сухом состоянии (кг / м ³)

			7 дней	28день	7 дней	28день	28день	28день
U1	100% OPC	113	36.465	40,331	6,821	7,823	4.521	2266
U2	90% OPC + 10% WGP	113	26,691	31,722	6.012	6,782	4,046	2210
U3	85% OPC + 15% WGP	115	33.879	40.017	6,681	7,800	4,402	2256
U4	80% OPC + 20% WGP	109	30,373	36,340	6.594	7,497	4,287	2250
U5	90% OPC + 10% SG	113	27.892	31.080	6.013	6,691	4,001	2212
U6	85% OPC + 15% SG	110	29,608	33.016	6,303	7,142	4,131	2242
U7	80% OPC + 20% SG	105	22.989	26,610	5,032	6.209	3,527	2165
U8	94% OPC + 6% SF	105	36,948	42,836	6.701	7,482	4,556	2270
U9	92% OPC + 8% SF	100	41.533	43,394	6,821	7,563	4,582	2283
U10	90% OPC + 10% SF	82	43,372	48,866	7.021	8,032	4,713	2369
U11	80% OPC + 8% WGP + 12% SG	108	29.269	31,896	6,213	6,679	4,024	2220
U12	80% OPC + 10% WGP + 10% SG	115	28,059	33,927	5,861	7,380	4,356	2248
U13	80% OPC + 5% WGP + 15% SG	105	24.799	32,344	5,758	6,977	4.207	2229
U14	78% OPC + 10% WGP + 12% SG	110	26,887	31,908	5,823	6,782	4,092	2222
U15	75% OPC + 12,5% WGP + 12,5% SG	113	24.805	32,569	5,523	7,146	4,227	2235
U16	75% OPC + 10% WGP + 15% SG	109	23,271	30,331	5,227	6.094	4.032	2206
U17	74% OPC + 8% WGP + 12% SG + 6% SF	113	23.204	29,323	5,321	6,502	3,901	2197
U18	72% OPC + 8% WGP + 12% SG + 8% SF	110	25,178	30,088	5,921	6,821	4,021	2210
U19	70% OPC + 8% WGP + 12% SG + 10% SF	108	29.572	32.068	6,221	7,321	4,107	2225

С другой стороны, результаты в таблице 10 показывают, что пригодность зеленой смеси снижается из-за добавления волокон сизаля. Это можно объяснить количеством целлюлозы, которая образует (43-56)% от веса волокон сизаля [83]. Большое количество гидрофильных гидроксильных групп, содержащих целлюлозу, делает волокна сизаля водопоглощающими [84].Та же тенденция к добавлению в смесь волокон человеческого волоса.

Таблица 10

Результаты испытаний армированного зеленого раствора.

Индекс	Расход (%)	Прочность на сжатие (МПа)		Прочность на изгиб (МПа)		УПВ. (Км / сек)	Плотность в сухом состоянии (кг / м ³)

		7 дней	28 дней	7 дней	28 дней	28 дней	28 дней
M0	135	20.480	28.088	4,452	4,831	3,645	2100
M1	128	20,661	28.206	4,686	5,166	3,667	2165
М2	118	21,657	30.170	4,968	5,562	3,919	2173
M3	105	20,773	28,265	4,858	5.202	3,668	2169
M4	132	20,547	29.021	4.621	5,021	3,887	2173
M5	128,6	20.809	30,733	4,829	5,342	3,989	2191
M6	126	20,490	28,675	4,612	5.088	3,701	2137
M7	138,6	21,677	29.012	6.092	6,285	3,901	2234
M8	142	21,930	29,597	6.560	6,767	3.951	2278
M9	144	22,912	32,408	7.005	8,177	3,991	2323
M10	80	23,555	28,578	5,661	5,787	3,698	2260
M11	60	22.130	28.098	5,295	5,638	3.655	2174

Действительно, химический состав коры и кутикулы, состоящей из волокна человеческого волоса, богатого кератиновыми пептидными связями, а также гидрофильных боковых цепей (фенольных, карбоксильных, амино, гидроксильных, гуанидиновых и т. Д.), Которые способствуют абсорбции воды [85]. Следовательно, добавление в смесь волокон человеческого волоса привело к снижению ее текучести.Но включение гвоздей из нержавеющей стали в смесь увеличивает текучесть раствора, как показано в Таблице 10. Это может быть связано с низкой пористостью и мягкостью поверхности волокон этого типа, а также с формой конического валика из нержавеющей стали. гвозди.

В случае гибридизации наблюдается очевидное снижение текучести армированных сырых смесей с гибридными волокнами M10 и M11. Поэтому соотношение вода-связующее было увеличено до 0,58 для получения текучести 80% и 60% для M10 и M11 соответственно, как показано в Таблице 10.Уменьшение текучести М11 было выше, чем у М10. Это можно объяснить количеством волокон сизаля и гвоздей из нержавеющей стали, которые использовались в обеих смесях. Увеличение объемной доли сизалевых волокон и уменьшение объемной доли гвоздей из нержавеющей стали в М11 привело к снижению его текучести по сравнению с М10.

4.0.3 Прочность на сжатие

В таблице 9 приведены результаты прочности на сжатие неармированного свежего раствора. Результаты показали, что прочность на сжатие растворов, содержащих коэффициент замещения цемента отходами стеклянного порошка и стального шлака, была снижена по сравнению с контрольным раствором (U1) через 7 и 28 дней.Скорость снижения составила 21,345, 0,778 и 9,895% в возрасте 28 дней для U2, U3 и U4, соответственно. И на 22,937, 18,137 и 34,020% в возрасте 28 дней для U5, U6 и U7 соответственно по сравнению с контрольным раствором. Таким образом, замена 15% цемента отходами стеклянного порошка или стального шлака повышает лучшие характеристики по сравнению с 10 и 20% коэффициентом замены цемента.

Кроме того, результаты использования раствора смеси порошка стекловолокна и стального шлака в качестве частичной замены цемента показали, что прочность на сжатие снизилась по сравнению с контрольным раствором через 7 и 28 дней.Снижение составило 20,914, 15,878, 19,803, 20,884, 19,245 и 24,794% в возрасте 28 дней для U11, U12, U13, U14, U15 и U16 соответственно. И снижение прочности на сжатие составило 27,294, 25,397 и 20,487% в возрасте 28 дней для смесей U17, U18 и U19, соответственно, по сравнению с контрольным раствором.

Снижение прочности раствора, содержащего стеклянные порошки и / или стальной шлак, может быть связано с уменьшением количества цемента в смеси, а вклад гидратации или пуццолановой реактивности отработанного стеклянного порошка или стального шлака не компенсировал снижение содержания цемента [86].Более того, присутствие шлака в цементном растворе приводит к некоторой задержке гидратации C ₃ S в раннем возрасте, когда шлак действует как замедлитель гидратации соединения C ₃ A [87].

Хотя результаты показывают, что присутствие стеклянного порошка и стального шлака привело к снижению прочности, снижение прочности строительного раствора, содержащего отходы стеклянного порошка, было ниже, чем у раствора, содержащего шлак. Это объясняется высоким содержанием аморфного диоксида кремния (72.71%) и достаточное содержание Na ₂ O в отходах стеклянных порошков. Действительно, присутствие Na ₂ O в приемлемом количестве привело к тому, что он стал катализатором образования гидрата силиката кальция в раннем возрасте [78, 86].

В то время как результаты для раствора, содержащего коэффициент замещения цемента дымом диоксида кремния, показывают, что прочность на сжатие увеличивается с увеличением содержания дыма диоксида кремния в строительном растворе по сравнению с контрольным раствором. Прирост составил 6,211, 7,594 и 21,162% в возрасте 28 дней для U8, U9 и U10, соответственно.

Повышение прочности на сжатие может быть связано с уменьшением объема крупных пор в цементном растворе и промежутков между мелким заполнителем и цементной пастой из-за его высокой дисперсности [63, 78]. Более того, микрокремнезем играет важную роль в восстановлении Ca (OH) ₂, возникающего в результате гидратации цемента, реагируя с ним с образованием C ₃ S ₂ H ₃ [63, 78]. Таким образом, присутствие микрокремнезема увеличивало прочность строительного раствора в этом исследовании.

С другой стороны, падение прочности на сжатие строительного раствора, содержащего микрокремнезем, порошковые отходы стекла и цемент с добавкой стального шлака, можно отнести к причинам, упомянутым выше в отношении присутствия порошковых отходов стекла и стального шлака. Хотя микрокремнезем способствует увеличению прочности строительного раствора, скопление микрокремнезема, которое не может быть разрушено обычным перемешиванием, приводит к снижению прочности. Ядро агломерации не участвует в гидратации.Таким образом, это вызывает ослабление связующей пасты [29].

Таблица 10 показывает результаты армированного свежего строительного раствора с моно- и гибридными волокнами. Эта таблица показывает, что прочность на сжатие M1, M2 и M3 увеличилась на 0,420%, 7,412% и 0,630%, соответственно, в возрасте 28 дней по сравнению с контрольным раствором M0. Более высокое увеличение наблюдалось на M2, тогда как прочность на сжатие M3 продемонстрировала снижение на 4,081 и 6,314% через 7 дней и 28 дней соответственно. Увеличение прочности на сжатие может быть связано с одинаковым процентом КИН и прочностью связи между поверхностью волокон сизаля и композитами раствора, что привело к уменьшению пористости затвердевшего раствора [59].

В то время как усиленная смесь на 0,5, 0,75 и 1% от объемной доли человеческого волоса привела к увеличению прочности раствора на сжатие на 3,321, 9,416 и 2,089% через 28 дней соответственно. Это повышение прочности на сжатие возвращается к надлежащему количеству HHF, которое не привело к образованию комков и комков в HHF в процессе смешивания, а также к высокому модулю, высокой прочности на растяжение HHF и его способности уменьшать микротрещины или трещины. затвердевшего раствора [54]. Также видно, что включение 1% HHF в смесь привело к снижению прочности на сжатие на 1.532 и 2,089% в возрасте 7 и 28 дней соответственно по сравнению с M5, как указано в Таблице 10. Это уменьшение можно отнести к агломерации HHF во время смешивания с композитами строительного раствора, что привело к неоднородности смеси, как отмечено [50 ].

Кроме того, результаты в Таблице 14 показывают, что прочность на сжатие M7, M8 и M9 увеличилась на 3,290%, 5,372% и% 15,380 соответственно в возрасте 28 дней по сравнению с контрольным раствором (M0). Повышение прочности на сжатие можно приписать хорошей механической прочности связи между гвоздями из нержавеющей стали и строительным раствором.

Таблица 11

Ориентировочная стоимость использованного материала

Материалы	Кол-во	Стоимость в долл. США ($)
OPC	1000 кг	67
WGP	1000 кг	55 $ ¹
SG	1000 кг	55 $ ¹
SF	1000 кг	850 $
Местный речной песок	1000 кг	17
Суперпластификатор	1000 литров	1000 $
SIF	1000 кг	150
HHF	1000 кг	100 $ ²
СНФ	1000 кг	800 $

Таблица 12

Ориентировочная стоимость армированного зеленого раствора

Индекс	OPC (кг / м ³)	Песок (кг / м ³)	WGP (кг / м ³)	SG (кг / м ³)	SF (кг / м ³)	SIF (кг / м ³)	HHF (кг / м ³)	ОЯТ (кг / м ³)	Sp.(Л / м ³)	Стоимость в у.е.
M0	358	1405	41	61	51	–	–	–	10	106,831
M1	358	1405	41	61	51	7	–	–	10	107.881
м2	358	1405	41	61	51	10,5	–	–	10	108,406
M3	358	1405	41	61	51	14	–	–	10	108.931
M4	358	1405	41	61	51	–	2	–	10	107.031
M5	358	1405	41	61	51	–	3	–	10	107.131
M6	358	1405	41	61	51	–	4	–	10	107,231
M7	358	1405	41	61	51	–	–	66.8	10	160,271
M8	358	1405	41	61	51	–	–	100	10	186,831
M9	358	1405	41	61	51	–	–	134.6	10	214,511
M10	358	1405	41	61	51	7	2	100	10	188.081
M11	358	1405	41	61	51	10.5	2	66,8	10	162.046

Таблица 13

Матрица попарного сравнения (F) армированных зеленых растворов (метод МАИ).

	Прочность на сжатие	Прочность на изгиб	УПВ	Стоимость в у.е.
Компрессионный	1	1	2	1/3
сила
Изгиб	1	1	2	1/3
сила
UPV	1/2	1/2	1	1/3
Стоимость в долларах	3	3	3	1

Таблица 14

Матрица X расчетно-весовых критериев армированных зеленых растворов (метод AHP).

	Прочность на сжатие	Прочность на изгиб	УПВ	Стоимость в у.е.
Прочность на сжатие	0,181818	0,181818	0,25	0,166667
Прочность на изгиб	0,181818	0,181818	0.25	0,166667
UPV	0,0	0,0	0,195076	0,118371
Стоимость в долларах	0,545455	0,545455	0,375	0,5
Вес	0,195076	0,195076	0,118371	0.4

Для гибридного армированного волокном строительного раствора прочность на сжатие M10 и M11 увеличилась на 1,744 и 0,035%, соответственно, в возрасте 28 дней по сравнению с контрольным раствором.

4.0.4 Скорость ультразвукового импульса (UPV)

Таблица 9 иллюстрирует результаты испытания скорости ультразвукового импульса (UPV) неармированного зеленого раствора. Результаты показывают, что UPV строительного раствора, содержащего отходы стеклянного порошка и стального шлака, снизился по сравнению с контрольным строительным раствором.Снижение зарегистрированной скорости составило от 2,632 до 10,506% из-за частичной замены цемента WGP. Кроме того, произошло заметное снижение УПВ из-за частичной замены цемента на ПГ. Такое снижение составило от 8,626 до 21,986% при такой замене. Напротив, раствор, содержащий коэффициент замещения цемента дымом диоксида кремния, демонстрировал небольшое увеличение UPV. Скорость увеличения варьировалась от 0,774 до 4,246% за счет частичной замены цемента на SF. Размер зерен и высокое количество продуктов гидратации (C-S-H и CH) микрокремнезема по сравнению с WGP и SG привели к снижению пористости и пустотности затвердевшего строительного раствора [86].Таким образом, UPV строительного раствора, содержащего микрокремнезем, выше, чем UPV строительного раствора, содержащего отходы стеклянного порошка и / или стального шлака.

Аналогичная тенденция для раствора, содержащего цемент с добавками WGP, SG и SF. Результаты UPV выявили уменьшение от умеренного до умеренного за счет включений таких вяжущих материалов с различным процентным содержанием.

Однако наибольшее снижение UPV было получено за счет замены цемента на WGP и SG, который имеет меньшую эффективность по сравнению с дымом кремнезема, что приводит к увеличению пористости и пустотности затвердевшего раствора, что вызывает снижение UPV [87].

Результаты в таблице 10 показывают, что UPV строительного раствора, армированного сизалевым волокном, строительного раствора, армированного волокнами человеческого волоса, и раствора, армированного гвоздями из нержавеющей стали, показало более высокие значения UPV, чем контрольный раствор. Увеличение таких значений варьировалось от 0,603 до 9,492% для смесей (M1-M9). Более того, результаты строительного раствора, содержащего гибридные волокна, показали, что UVP M10 и M11 увеличились на 1,454 и 0,274%, соответственно, по сравнению с контрольным раствором. Это можно объяснить хорошей механической связью между волокнами и цементной матрицей и способностью волокон задерживать трещины на микро- и макроуровнях, что приводит к уплотнению микроструктуры и уменьшению трещин и пористости в затвердевшем растворе.

4.0.5 Прочность на изгиб

Результаты прочности на изгиб неармированного свежего строительного раствора приведены в Таблице 9. Результаты показывают, что прочность на изгиб строительного раствора, содержащего отходы стеклянного порошка и / или стального шлака, была снижена по сравнению с контрольным раствором (100% OPC). Это может быть связано с теми же причинами, которые упоминаются в отношении прочности на сжатие. Однако было зарегистрировано небольшое увеличение прочности на изгиб строительного раствора, приготовленного из 90% OPC + 10% SF.

Хотя результаты показывают, что прочность на изгиб раствора, содержащего моно- или гибридные волокна, была выше, чем у контрольного раствора, как указано в Таблице 10.Наибольшее увеличение составило 15,131, 10,577 и 69,261% в возрасте 28 дней для отдельных волокон из 0,75% SIF, 0,75% HHF и 2% SNF. Повышение прочности на изгиб можно объяснить хорошей механической связью между волокнами и цементной матрицей. С другой стороны, присутствие волокон оказало положительное влияние на поведение после образования трещин, повысило прочность на изгиб и пластичность и, следовательно, ударную вязкость строительного раствора [43]. Повышение прочности на изгиб в основном наблюдалось в армированном растворе, содержащем более высокую объемную долю гвоздей из нержавеющей стали из-за высокого модуля упругости гвоздей из нержавеющей стали по сравнению с другими волокнами.

В случае гибридизации было замечено, что прочность на изгиб M10 и M11 была выше, чем у контрольного раствора. Увеличение составило 19,788 и 16,704% соответственно в возрасте 28 дней. Более того, прирост прочности на изгиб M9 был выше, чем у M10 и M11. Прирост составил 41,299 и 45,034% в возрасте 28 дней соответственно. Использование монофибры из нержавеющей стали показывает значительное увеличение прочности раствора на изгиб. В то время как использование этого типа волокна с волокнами сизаля и волокнами человеческого волоса в гибридной форме привело к снижению прочности на изгиб по сравнению с раствором, содержащим гвозди из нержавеющей стали в моно форме.Это можно объяснить явным снижением текучести армированного раствора с гибридными волокнами. Кроме того, некоторые волокна сизаля и волокна человеческого волоса были агломерированы, что привело к образованию неоднородной смеси.

4.0.6 Плотность в сухом состоянии

В таблице 9 представлены результаты определения плотности неармированных сырых строительных смесей в сушильном шкафу. Полученные результаты показывают, что сухая плотность контрольного раствора (100% OPC) была выше, чем у раствора, содержащего отходы стеклянного порошка и / или стального шлака.Уменьшение плотности можно приписать большему разбросу между пуццолановой реакционной способностью цемента и дополнительными вяжущими материалами (стеклянный порошок и стальной шлак), что привело к увеличению доли пустот и пористости в затвердевшем растворе. В отличие от плотности раствора, содержащего микрокремнезем. Результаты показывают, что плотность строительного раствора U8, U9 и U10 была выше, чем у контрольного раствора (100% OPC). Рост составил 0,176, 0,750 и 4,545% соответственно. Это происходит из-за большого количества аморфного диоксида кремния, образованного дымом диоксида кремния для восстановления Ca (OH) ₂, полученного гидратацией цемента с образованием геля гидрата силиката кальция [39, 54].Более того, высокая дисперсность микрокремнезема заставила его действовать как наполнитель, благодаря чему он заполняет промежутки между цементной матрицей и межфазной зоной заполнителя цементного теста, что приводит к повышению плотности затвердевшего раствора [20]. Также было замечено, что плотность сухого раствора M1, M2 и M3 была выше, чем у контрольного раствора (M0). Увеличение составило 3,095, 3,476 и 3,285% соответственно, как показано в Таблице 10. Та же тенденция для M4, M5 и M6, рост был незначительным на 3,476, 4,333 и 1.761% соответственно. Причина может быть связана с хорошей механической связью между цементной матрицей и волокнами. Более того, использование волокон сизаля и волокон человеческого волоса может способствовать заполнению микропространства в цементной матрице, что приводит к увеличению плотности. Кроме того, включение гвоздей из нержавеющей стали с объемной долей 1, 1,5 и 2% привело к увеличению плотности в сухом состоянии. Увеличение составило 6,380, 8,476 и 10,619% для M7, M8 и M9 по сравнению с контрольным раствором (M0). Это связано с высоким удельным весом гвоздей из нержавеющей стали и способностью этого типа волокон улучшать характеристики межлицевого соединения между матрицей и волокнами.

Для гибридизационных смесей результаты показывают, что сухая плотность M10 и M11 была увеличена на 7,619 и 3,523, соответственно, по сравнению с контрольным раствором (M0). Это улучшение связано с соответствующим соотношением использования сизалевого волокна, человеческого волокна и нержавеющей стали объемная доля гвоздей, что привело к улучшению микроструктуры матрицы [48, 54].

4.1 Оценка стоимости зеленого раствора

Расчетная стоимость армированного зеленого раствора была оценена на основе различных материалов, которые использовались для приготовления зеленого раствора, как указано в Таблице 11-12.Ориентировочная стоимость каждого материала зависела от существующей рыночной стоимости.

4.2 Выбор лучшего зеленого раствора

Интегрированный метод AHP и TOPSIS также использовался для ранжирования и выбора лучшего армированного зеленого раствора. На этом этапе было двенадцать [12] альтернатив и четыре [4] критерия армированных зеленых минометов. В качестве альтернативы были представлены армированные зеленые минометы. Критериями были представлены свойства армированного свежего строительного раствора: прочность на сжатие, прочность на изгиб, UPV и стоимость.На основе метода AHP был рассчитан вес для каждого критерия. Матрицы и результаты, которые были получены путем применения метода AHP для оценки веса критерия, представлены в Таблице 13-14. Проверка попарной матрицы (F) была достигнута в соответствии с этапом 4, который ранее упоминался в общих этапах метода AHP. Результаты перечислены в таблице 15. Полученный индекс консистенции (ДИ) составлял 0,020, а случайная консистенция, полученная из таблицы 8, составляла 0,9. Таким образом, в данном исследовании рассматривалась матрица попарного сравнения, поскольку коэффициент согласованности был равен 0.022. Затем был применен метод TOPSIS для ранжирования армированных зеленых минометов. Необработанные данные, использованные в методике TOPSIS, перечислены в таблице 16. Матрицы и результаты, полученные с помощью этого метода, показаны в таблице 17-18. Таблица 19 показывает, что вторая смесь армированного зеленого раствора является лучшей, так как она получила ранг 1, а девятая смесь является худшей смесью, поскольку она получила ранг 11.

Таблица 15

Матрица Y для проверки матрицы попарного сравнения, вычисленной методом AHP.

	Прочность на сжатие	Прочность на изгиб	УПВ	Стоимость в у.е.	Si	Si / с
Прочность на сжатие	0,195076	0,195076	0,236742	0,163826	0,79072	4.053395
Прочность на изгиб	0,195076	0,195076	0,236742	0,163826	0,79072	4,053395
UPV	0,097538	0,097538	0,118371	0,163826	0,477273	4.03201
Стоимость в долларах	0.585228	0,585228	0,355113	0,4	2,017047	4,104043

Таблица 16

Альтернативы и критерии, используемые в методе TOPSIS для ранжирования армированных зеленых строительных смесей.

Индекс	Прочность на сжатие (МПа)	Прочность на изгиб (МПа)	УПВ (км / сек)	Стоимость в у.е.

	28 дней	28 дней	28 дней
A1	28.206	5,166	3,667	107,881
A2	30,170	5,562	3,919	108,406
A3	28,265	5.202	3,668	108,931
A4	29.021	5,021	3.887	107.031
A5	30,733	5,342	3,989	107,131
A6	28,675	5,088	3,701	107,231
A7	29.012	6,285	3,901	160,271
A8	29.597	6,767	3,951	186,831
A9	32,408	8,177	3,991	214,511
A10	28,578	5,787	3,698	188.081
A11	28.098	5,638	3.655	162.046

Таблица 17

Нормализованная матрица решений ( V ), полученная методом TOPSIS для армированных зеленых растворов.

	Прочность на сжатие	Прочность на изгиб	УПВ	Стоимость в у.е.
A ₁	0,289572	0.264401	0,289208	0,221168
A ₂	0,309736	0,284669	0,309083	0,222244
A ₃	0,2	0,266244	0,289287	0,22332
A ₄	0,29794	0.25698	0,306559	0,219425
А ₅	0,315515	0,273409	0,314604	0,21963
А ₆	0,294387	0,260409	0,29189	0,219835
А ₇	0,297847	0.321673	0,307663	0,328573
A ₈	0,303853	0,346342	0,311607	0,383024
A ₉	0,332712	0,418507	0,314761	0,439771
А ₁₀	0,2	0.296185	0,2		0,385587
А ₁₁	0,288464	0,288559	0,288262	0,332212

Таблица 18

Матрица решения, нормализованная по весу ( B ), а также положительная и отрицательная идеальная опорная точка, полученная с помощью метода TOPSIS.

	Прочность на сжатие	Прочность на изгиб	УПВ	Стоимость в у.е.
A ₁	0.056489	0,051578	0,034234	0,108699
A ₂	0,060422	0,055532	0,036586	0,109228
A ₃	0,056607	0,051938	0,034243	0,109757
A ₄	0.058121	0,050131	0,036288	0,107842
А ₅	0,061549	0,053336	0,03724	0,107943
А ₆	0,057428	0,0508	0,034551	0,108044
А ₇	0.058103	0,062751	0,036418	0,161486
A ₈	0,059274	0,067563	0,036885	0,188247
A ₉	0,064904	0,081641	0,037259	0,216137
А ₁₀	0.057234	0,057779	0,034523	0,189507
А ₁₁	0,056272	0,056291	0,034122	0,163275
а я +	0,064904	0,081641	0.037259	0,107842
а я —	0,056272	0,050131	0,034122	0,216137

Таблица 19

Расстояние до положительной и отрицательной идеальной опорной точки (Di ⁺ и Di ^—), коэффициент относительной близости ( R _i ) до идеальной опорной точки и рейтинг для каждой альтернативы.

Количество смесей	Альтернатива	Di ⁺	ди ^–	R _i
1	A ₁	0,031376	0,107448	0,773987	4
2	A ₂	0.026535	0,107155	0.801518	1
3	A ₃	0,03 1046	0,106396	0,774116	3
4	A ₄	0,032247	0,108332	0,770613	6
5	A ₅	0.028503	0,108415	0,7		2
6	A ₆	0,03185	0,108102	0,772422	5
7	A ₇	0,057284	0,056166	0,495073	7
8	A ₈	0.081823	0,033142	0,288279	9
9	A ₉	0,108295	0,032821	0,232582	11
10	А ₁₀	0,085468	0,027726	0,244942	10
11	А ₁₁	0.061642	0,05322	0,463339	8

Ссылки

[1] IEA. Цементно-следственная промышленность. МЭА, Париж. 2019. Доступно по адресу: https://www.iea.org/reports/tracking-industry-2019. Поиск в Google Scholar

[2] Valderrama C, Granados R, Luis J, Gasol CM, Guillem M, Josa A. Реализация наилучших доступных технологий в производстве цемента: исследование по оценке жизненного цикла.J Clean Prod [Интернет]. 2012; 25: 60–7. Доступно по адресу: http://dx.doi.org/10.1016/j.jclepro.2011.11.055 Поиск в Google Scholar

[3] Хосе-Луис Гальвес-Мартоза HS. Ресурсы, консервация и переработка. Анализ использования оценки жизненного цикла для совместного сжигания отходов в цементных печах. Ресурсы, Conserv Recycl [Интернет]. 2014; 86 (x): 118–31. Доступно по ссылке: http://dx.doi.org/10.1016/j.resconrec.2014.02.009 Поиск в Google Scholar

[4] Симге Чанкая Б.П. Сравнительная оценка жизненного цикла устойчивого производства цемента в Турции.J Environ Manage [Интернет]. 2019; 249: 1–11. Доступно по адресу: https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2019.109362 Поиск в Google Scholar

[5] Эрнст Уоррелл, Катерина Кермели CG. Повышение энергоэффективности и возможности экономии при производстве цемента. ENERGY STAR® Guid Energy Plant Manag. 2013. Поиск в Google Scholar

[6] Шраддха Мишра DNAS, Здоровье. Обзор воздействия выбросов при производстве цемента на окружающую среду и здоровье человека. Int J Geol Agric Environ Sci. 2014. 2 (3): 26–31.Искать в Google Scholar

[7] K.Syamala Devi VVL и AA. Воздействие цементной промышленности на окружающую среду — обзор. Азиатско-Тихоокеанский регион J Res. 2018; 1: 156–61. Искать в Google Scholar

[8] Эндрю, Робби М. Глобальный CO ₂ Выбросы от цементного производства. Данные науки о Земле. 2018; 10, 195–217. Доступно по адресу: https://doi.org/10.5194/essd-10-195-2018. Поиск в Google Scholar

[9] ДАН БАБОР Д.П. и ЖЖ, Аннотация. Воздействие бетона на окружающую среду. Bull Polytech Inst Jassy, Constr Archit Sect.2009. 4 (59): 27–35. Искать в Google Scholar

[10] Али Н., Джаффар А., Анвер М., Алви СКК, Анджум М.Н., Али Н., Раджа М.Р., Хуссейн А., Мэн Х. Выбросы парниковых газов при производстве цемента и их влияние на окружающую среду: A Обзор мировой обработки цемента. Int J Res (IJR). 2015; 2 (2): 489–500. Искать в Google Scholar

[11] RoskillInformation Services. Перспективы для металлического кремния резко отличаются от прогнозов для ферросилиция. Роскилл, великобритания, 2017. Доступно по адресу: https: // roskill.com / news / outlook-cream-metal-diverges-резко-ferrosilicon Искать в Google Scholar

[12] Малхотра К. Утилизация стальных и железных шлаков: всесторонний анализ. Int J Eng Sci Invent. 2019; 8 (08): 69–75. Искать в Google Scholar

[13] Дэйв Н., Кумар А., Шривастава А., Кумар С. Экспериментальный анализ свойств прочности и долговечности четвертичного цементного вяжущего и строительного раствора. Constr Build Mater [Интернет]. 2016; 107: 117–24. Доступно по адресу: http://dx.doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2015.12.195 Поиск в Google Scholar

[14] Алваред А., Аль-Хуббуби С., Расен Р.А. Влияние стеклянных порошков в качестве дополнительного вяжущего материала на свойства бетонной смеси. Assoc Arab Univ J Eng Sci. 2018; 25 (4): 43–54. Доступно по адресу: https://doi.org/10.13140/RG.2.2.21896.67845 Поиск в Google Scholar

[15] Islam MM, Islam MS, Rahman MA DA. ПРОЧНОСТЬ РАСТВОРА, ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ ШЛАКА В КАЧЕСТВЕ ЧАСТИЧНОЙ ЗАМЕНЫ ЦЕМЕНТА. MIST Journal: GAIAXY (DHAKA) 2011; 1–10.Доступно по адресу: https://doi.org/10.3329/mist.v3i0.8053 Поиск в Google Scholar

[16] Хазале, Махмуд. Экологичный зеленый бетон: обзор. IAPE ’19, Оксфорд, Соединенное Королевство: 19–21.2019. Ищите в Google Scholar

[17] Мутуприя, П., Б. Г. Вишнурам и К. Субраманиан. ПРЕДОТВРАЩЕНИЕ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ВОЗДУХА ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ КРЕМНИЯ В КАЧЕСТВЕ ЦЕМЕНТНОГО МАТЕРИАЛА. Природа, окружающая среда и загрязняющие технологии, 2008; 7 (2): 267–70. Искать в Google Scholar

[18] Abbas S, Soliman AM, Nehdi ML.Изучение механических свойств и долговечности бетона со сверхвысокими характеристиками, включая стальную фибру различной длины и дозировки. Constr Build Mater [Интернет]. 2015; 75: 429–41. Доступно по адресу: http://dx.doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2014.11.017 Поиск в Google Scholar

[19] Mehta A, Ashish DK. Дымокремнезем и отходы стекла в производстве цементобетона: обзор. J Build Eng [Интернет]. 2019; 100888. Доступно по ссылке: https://doi.org/10.1016/j.jobe.2019.100888 Поиск в Google Scholar

[20] Ramli CCB and M.Свойства механической прочности и долговечности высокоэффективного строительного раствора, содержащего уплотненный микрокремнезем. Am J Appl Sci. 2011; 8 (1): 82–91. Доступно по адресу: https://doi.org/10.3844/ajassp.2011.82.91 Поиск в Google Scholar

[21] Рашад AM. Переработанное стекло для замены мелкого заполнителя в цементных материалах на основе портландцемента. Constr Build Mater [Интернет]. 2014; 72: 340–57. Доступно по адресу: http://dx.doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2014.08.092 Поиск в Google Scholar

[22] Афроз М., Венкатесан С., Патнаикуни И.Влияние гибридных волокон на создание цементного композита с большим объемом золы-уноса. Constr Build Mater [Интернет]. 2019; 215: 984–97. Доступно по ссылке: https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2019.04.083 Поиск в Google Scholar

[23] Шао Й., Лефорт Т., Морас С., Родригес Д. Исследования бетона, содержащего измельченные отходы стекла. Cem Concr Res. 2000; 30: 91–100. Искать в Google Scholar

[24] Caijun Shi KZ. Обзор использования стекол в производстве цемента и бетона.Ресурс Conserv Recycl. 2007. 52: 234–47. Доступно по ссылке: https://doi.org/10.1016/j.resconrec.2007.01.013 Поиск в Google Scholar

[25] Биньоцци М.К., Саккани А., Барбьери Л., Ланселотти И. Стеклянные отходы в качестве дополнительных материалов для цементирования: эффекты химического состава стекла. Cem Concr Compos J [Интернет]. 2015; 55: 45–52. Доступно по ссылке: http://dx.doi.org/10.1016/j.cemconcomp.2014.07.020 Поиск в Google Scholar

[26] Камали М., Гахреманинежад А. Исследование гидратации и микроструктуры цементных паст, модифицированных стеклом. порошки.Constr Build Mater [Интернет]. 2016; 112: 915–24. Доступно по ссылке: http://dx.doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2016.02.085 Искать в Google Scholar

[27] Демирбога Р. Теплопроводность и прочность на сжатие бетонной заделки с минеральными добавками. Сборка Environ. 2007; 42: 2467–71. Доступно по адресу: https://doi.org/10.1016/j.buildenv.2006.06.010 Поиск в Google Scholar

[28] Dubey S, Singh A, Kushwah SS. Использование шлаков чугуна и стали в строительстве. Протокол конференции AIP 2158.2019; 020032: 1–6. Доступно по ссылке: https://doi.org/10.1063/1.5127156. Поиск в Google Scholar

[29] Чжан З, Чжан Б., Ян П. Сравнительное исследование влияния необработанного и уплотненного микрокремнезема на пасту, раствор и бетон. Constr Build Mater [Интернет]. 2016; 105: 82–93. Доступно по адресу: http://dx.doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2015.12.045 Поиск в Google Scholar

[30] Хуан Чэн-и и Р.Ф. Фельдман. Влияние микрокремнезема на развитие микроструктуры в цементных растворах.Исследования цемента и бетона, 1985; 15 (2): 285–94. Доступно по ссылке: https://doi.org/10.1016/0008-8846(85)

-7 Поиск в Google Scholar

[31] Имам А., Кумар В., Шривастава В. Просмотрите исследование о влиянии дыма кремния на свежесть. и затвердевшие свойства бетона. Adv Concr Constr. 2018; 6 (2): 145–57. Искать в Google Scholar

[32] Мерзуд З.Д. и М. Влияние шлака и природного пуццолана на механическое поведение строительных растворов из переработанного стекла [Интернет]. Springer International Publishing; 2019.63–75 с. Доступно по адресу: http://link.springer.com/10.1007/978-3-030-11827-3. Поиск в Google Scholar

[33] Рао, Дж. Аппа. Исследования характеристик цементных паст и растворов с диоксидом кремния. Cem Concr Res. 2003. 33 (11): 1765–70. Доступно по ссылке: https://doi.org/10.1016/S0008-8846(03)00171-6 Поищите в Google Scholar

[34] Сингх Х., Бансал С. ВЛИЯНИЕ КРЕМНИЕВОГО ДУМА НА ПРОЧНОСТЬ ЦЕМЕНТНОГО РАСТВОРА. IJRET Int J Res Eng Technol. 2015; 4 (2): 623–7. Ищите в Google Scholar

[35] Чохан, Прабхулал, Сагар Джамле и М. П. Верма.Влияние микрокремнезема на прочностные характеристики бетона при частичной замене цемента. IJSART3. 2017; (5): 3-7. Искать в Google Scholar

[36] Хан М.И. 14. Нанокремнезем / микрокремнезем [Интернет]. Отходы и дополнительные вяжущие материалы в бетоне. Elsevier Ltd; 2018. 461–491 с. Доступно по адресу: http://dx.doi.org/10.1016/B978-0-08-102156-9.00014-6 Поиск в Google Scholar

[37] Абдул Гайур Хан Б.К. Влияние частичной замены цемента смесью стеклянного порошка и микрокремнезема на прочность бетона.Int J Eng Work Kambohwell Publ Enterp. 2017; 4 (7): 124–35. Ищите в Google Scholar

[38] Лю, Цзинь и Дунминь Ван. Влияние минеральной добавки стального шлака и микрокремнезема на свойства бетона. Порошковая технология. 2017; 320: 230–38. Доступно по адресу: https://doi.org/10.1016/j.powtec.2017.07.052 Поиск в Google Scholar

[39] Neville, AM. Свойства бетона, 2-е издание. Longman Limited, 1995 год. Искать в Google Scholar

[40] O.S. Абиола. 8 — Цементные композиты на основе натуральных волокон [Интернет].Современные высокопрочные композиты из натурального волокна в строительстве. Elsevier Ltd; 2017. 205–214 с. Доступно по адресу: http://dx.doi.org/10.1016/B978-0-08-100411-1.00008-X Поиск в Google Scholar

[41] Кадхум ММ. Исследование некоторых механических свойств реактивного порошкового бетона с использованием местных материалов. 2015; 21 (7). Искать в Google Scholar

[42] Н.Паннирсельвам, К.Чандра мули, Д.В.В. НагаСайПардху В.А. Экспериментальное исследование специального бетона с использованием стального гвоздя. Int J Recent Technol Eng.2019; 7 (6S): 835–6. Искать в Google Scholar

[43] Фудзияма Р., Дарвиш Ф., Перейра М. В. Механические характеристики цементного раствора, армированного сизалем. Китайский Soc Theor Appl Mech Lett. 2014; 061002: 1–5. Искать в Google Scholar

[44] Badagha DG, Modhera CD. Исследования упрочняющих свойств строительного раствора с использованием стальной фибры. Int J Eng Res Technol. 2013. 2 (6): 42–6. Искать в Google Scholar

[45] Mahzabin Afroz, Srikanth Venkatesan IP. Влияние гибридных волокон на создание цементного композита с большим объемом золы-уноса.Constr Build Mater [Интернет]. 2019; 215: 984–97. Доступно по адресу: https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2019.04.083 Поиск в Google Scholar

[46] Верма И.С. и Д. Строительные материалы, армированные натуральными продуктами. Springer Nat Switz AG 2019 L M T Martínez al (ред.), Справочник по материалам. 2019; 2119–42. Искать в Google Scholar

[47] MUGURE WN. ИССЛЕДОВАНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ НАТУРАЛЬНЫХ ВОЛОКН В КАЧЕСТВЕ МИКРОУКРЕПЛЕНИЯ В БЕТОНЕ. Univ NAIROBI Investig. 2009. Поиск в Google Scholar

[48] Океола А.А., Мверо СОА и Дж.Экспериментальное исследование физико-механических свойств бетона, армированного сизалевым волокном. Волокна. 2018. Поиск в Google Scholar

[49] Райлан де Соуза Кастольди, Лурдес Мария Сильва де Соуза Ф. де А.С. Сравнительное исследование механических свойств и долговечности бетонов, армированных полипропиленом и сизалевым волокном. Constr Build Mater [Интернет]. 2019; 211: 617–28. Доступно по ссылке: https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2019.03.282 Искать в Google Scholar

[50] T.Навин Кумар, Комершетти Гутами, Джинна Адитья, Куппала Кавья, В. Раджа Махендар DRCR и Саушик. Экспериментальное исследование механических свойств бетона, армированного волокнами человеческого волоса (марка М-40). 2015; 12 (4): 65–75. Искать в Google Scholar

[51] Нараин Дас Бхил, Сохаил Ахмед Аббаси, Шанкер Лал Мегвар FAS. Влияние человеческих волос как волокон в цементном бетоне. Int Conf Sustain Dev Civ Eng. 2017; 0–6. Искать в Google Scholar

[52] Паванкумар С. Экспериментальное исследование волокнистого бетона HumanHair.Международный журнал инновационных исследований в науке, технике и технологиях (IJISET). 2017; 6 (1): 435–42. Доступно по ссылке: https://doi.org/10.15680/IJIRSET.2017.0601080 Поиск в Google Scholar

[53] Манивел С., Ассистент. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ АРМИРОВАННОГО БЕТОНА ВОЛОКНА ЧЕЛОВЕКА С ЧАСТИЧНОЙ ЗАМЕНОЙ ЦЕМЕНТА ГГБФ. Int J Civ Eng Technol. 2017; 8 (4): 1145–55. Искать в Google Scholar

[54] Сингх М.О. и Г.Д. Экспериментальное исследование волосяного волокна в качестве армирующего волокна в бетоне Мохаммад.Asian J Curr Eng Maths 85. 2019; 1–8. Искать в Google Scholar

[55] Нила В. М., Райджан К. Дж., Сусмита Энтони, Рия Бабу М. NRD. Бетон, армированный волокном. Int Conf Technol Adv Struct Constr. 2015: 60–7. Искать в Google Scholar

[56] Sakshi Gupta AS. ЧЕЛОВЕЧЕСКИЕ ВОЛОСЫ КАК ВОЛОКОННЫЙ МАТЕРИАЛ В ЖИЛОВОМ БЕТОНЕ. Int Conf Adv Constr Mater Struct. 2018. Ищите в Google Scholar

[57] Диас, Ромильдо, Толедо Филхо, Курувилла Джозеф, Хосров Гавами и Джордж Л. Ингланд. Использование сизалевого волокна в качестве армирующего материала в композитах на цементной основе.Revista Brasileira de Engenharia Agrícola e Ambiental. 1999; 3 (2): 245-256. Доступно по ссылке: https://doi.org/10.1590/1807-1929/agriambi.v3n2p245-256 Искать в Google Scholar

[58] Dawood ET, Mahyuddin R. Высокие прочностные характеристики цементного раствора, армированного гибридными волокнами. Constr Build Mater [Интернет]. 2011; 25 (5): 2240–7. Доступно по адресу: http://dx.doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2010.11.008 Поиск в Google Scholar

[59] Рамакришна, Г. и Т. Сундарараджан. 10-Долгосрочная оценка прочности и долговечности композитов из сизалевых волокон.Долговечность и прогнозирование срока службы биокомпозитов, композитов, армированных волокном, и гибридных композитов. Elsevier Ltd., 2019. Доступно по ссылке: https://doi.org/10.1016/B978-0-08-102290-0.00010-6 Поиск в Google Scholar

[60] S. Janani ASS. Модель множественной линейной регрессии для механических свойств и ударопрочности бетона с летучей золой и стальными волокнами с загнутыми концами. Int J Technol. 2018; 3: 526–36. Поиск в Google Scholar

[61] Киамбиджи, Майна, Гвая, А.О., Котенг Д. Прогноз прочности бетона с использованием модели многолинейной регрессии: тематическое исследование столичного города Найроби.Int J Soft Comput Eng. 2019; 8 (5): 11–20. Искать в Google Scholar

[62] P.S. Песня SH. Механические свойства высокопрочного стального фибробетона. Constr Build Mater. 2004. 18: 669–73. Искать в Google Scholar

[63] Атичи У. Прогнозирование прочности бетона с минеральной добавкой с использованием многомерного регрессионного анализа и искусственной нейронной сети. Приложение Expert Syst [Интернет]. 2011. 38 (8): 9609–18. Доступно по адресу: http://dx.doi.org/10.1016/j.eswa.2011.01.156 Поиск в Google Scholar

[64] Моджтаба Табатабаян, Алиреза Халоо, Алиреза Джошагани EH.Экспериментальное исследование влияния гибридных волокон на реологические, механические и долговечные свойства высокопрочных SCC. Constr Build Mater [Интернет]. 2017; 147: 497–509. Доступно по адресу: http://dx.doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2017.04.181 Поиск в Google Scholar

[65] ASTM C188. Стандартный метод определения плотности гидравлического цемента. Ежегодный сборник стандартов ASTM. 2016. Поиск в Google Scholar

[66] ASTM C204. Стандартные методы испытаний на тонкость гидравлического цемента с помощью воздухопроницаемого аппарата.Ежегодный сборник стандартов ASTM. 2011. Поиск в Google Scholar

[67] ASTM C778. Стандартные спецификации для стандартного песка. Ежегодный сборник стандартов ASTM. 2013. Поиск в Google Scholar

[68] ASTM C1437. Стандартный метод испытаний на текучесть гидравлического цементного раствора. Ежегодный сборник стандартов ASTM. 2013. Поиск в Google Scholar

[69] ASTM C128. Стандартный метод испытаний на относительную плотность (удельный вес) и абсорбцию мелкозернистого заполнителя. Ежегодный сборник стандартов ASTM. 2015 г.Ищите в Google Scholar

[70] ASTM C642 (2013). Стандартный метод испытаний на плотность, абсорбцию и наличие пустот в затвердевшем бетоне. Ежегодный сборник стандартов ASTM. 2013. Поиск в Google Scholar

[71] ASTM C109. Стандартный метод испытаний гидравлических цементных растворов на сжатие (с использованием кубических образцов размером 2 дюйма или [50 мм]). Ежегодный сборник стандартов ASTM. 2013. Поиск в Google Scholar

[72] ASTM C348 (2014). Стандартный метод испытаний гидравлических цементных растворов на прочность на изгиб.Ежегодный сборник стандартов ASTM. 2014. Поиск в Google Scholar

[73] Азил Б. Аль-Зубайд, Кадум-Муттар Шабиб AIA. Изучение влияния переработанного стекла на механические свойства зеленого бетона. Энергетические процедуры [Интернет]. 2017; 119: 680–92. Доступно по адресу: http://dx.doi.org/10.1016/j.egypro.2017.07.095 Искать в Google Scholar

[74] Венделл де Кейрос Ламас, Хосе Карлос Фортес Палау мл. цементная промышленность: Экологическая эффективность повторного использования отходов.Renew Sustain Energy Rev [Интернет]. 2013; 19: 200–7. Доступно по адресу: http://dx.doi.org/10.1016/j.rser.2012.11.015 Поиск в Google Scholar

[75] Саати, Томас Л. Как принять решение: процесс аналитической иерархии »European Journal of Исследование операций. 1990; 48: 9-26. Ищите в Google Scholar

[76] Майкл Тейлор CT и DG. Энергоэффективность и CO ₂ Выбросы от мировой цементной промышленности. 2006. Поиск в Google Scholar

[77] Всемирный банк. Тенденции в обращении с твердыми отходами.Группа Всемирного банка. 2019. Доступно по адресу: http://datatopics.worldbank.org/what-awaste/trendsinsolidwastemanagement.html Поиск в Google Scholar

[78] Рубен Снеллингс GM и JE. Дополнительные вяжущие материалы. Rev Mineral Geochemistry. 2012; 74 (Blezard 2001): 211–78. Искать в Google Scholar

[79] ASTM C618. Стандартные технические условия на угольную золу-унос и необработанный или кальцинированный природный пуццолан для использования в бетоне. Ежегодный сборник стандартов ASTM. 2012a. Искать в Google Scholar

[80] ASTM C1240.Стандартные технические условия на использование микрокремнезема в качестве минеральной добавки в гидравлическом цементном бетоне, строительном растворе и растворе. Ежегодный сборник стандартов ASTM. 2000. Поиск в Google Scholar

[81] С. Л. Фаваро, Т. А. Ганзерли, А. Г. В. де Карвалью Нето, О. Р. Р. Ф. да Силва ER. Химический, морфологический и механический анализ композита из переработанного полиэтилена высокой плотности, армированного сизалевым волокном. eXPRESS Polym Lett. 2010. 4 (8): 465–73. Искать в Google Scholar

[82] Li, Y., & Shen, Y.О. Использование волокон сизаля и генекена в качестве армирующих материалов в композитах. Армирующие материалы из биоволокна в композитных материалах. 2015; 165-210. Доступно по ссылке: https://doi.org/10.1533/9781782421276.2.165. Поиск в Google Scholar

[83] Роббинс, Кларенс Р. Химическое и физическое поведение человеческих волос. Weitere Fachgebiete> Medizin> Klinische Und Innere Medizin> Dermatologie Schnell Und Portofrei Erhältlich Bei Химический состав различных типов волос. 2012. https://doi.org/10.1007/978-3-642-25611-0 Поиск в Google Scholar

[84] Бажуни MF, Kamali M, Ghahremaninezhad A.Исследование свойств тройных и бинарных цементных паст, содержащих стеклянный порошок. Front Struct Civ Eng. 2018; 1–10. https://doi.org/10.1007/s11709-018-0511-5 Поиск в Google Scholar

[85] Hogan, F. J. и Meusel, J. W. Оценка долговечности и прочности измельченного гранулированного доменного шлака. Цемент, бетон и заполнители, CCAGDP. 1981; 3 (1): 40-52. Искать в Google Scholar

[86] Lafhaj Z, Goueygou M, Djerbi A, Kaczmarek M. Корреляция между пористостью, проницаемостью и ультразвуковыми параметрами раствора с переменным соотношением вода / цемент и содержанием воды.Cem Concr Res. 2006; 36: 625–33. Доступно по ссылке: https://doi.org/10.1016/j.cemconres.2005.11.009 Искать в Google Scholar

[87] Йылмаз Т., Эрджикди Б., Караман К., Кюлекчи Г. Оценка прочностных свойств засыпки из цементной пасты по ультразвуковой тест скорости импульса. Ультразвук [Интернет]. 2014; Доступно по адресу: http://dx.doi.org/10.1016/j.ultras.2014.02.012 Поиск в Google Scholar

Совокупное использование — канадский волластонит

Исследования в области применения цемента и бетона, керамики и огнеупоров

1.Цемент и бетон

1.1 Образцы высокопрочных цементных композиций

1.2 Механические свойства высокоэффективных цементных вяжущих, армированных микроволокнами волластонита

Резюме: Обсуждаются факторы, влияющие на характеристики прочности на изгиб систем цемент-вода и цемент-кремнезем-вода, армированных неорганическими микроволокнами волластонита. Влияние микроволокон волластонита на структуру пор матрицы было исследовано с помощью ртутной порометрии и пикнометрии газообразного гелия.Взаимодействие волокна с матрицей также исследовали методом калориметрии проводимости. Результаты показали, что натуральные микроволокна волластонита эффективны в улучшении поведения как перед пиковыми, так и после пиковых нагрузок. Результаты обсуждаются с точки зрения теории композита и микроструктуры матрицы.

Выводы: экспериментальные результаты, полученные в этом исследовании, подтверждают следующие выводы:

Натуральные микроволокна волластонита эффективны при изменении характеристик прочности на изгиб гидратированного цемента и матриц из композита цемент-кремнезем.
Включение микроволокон волластонита в цементные и цементно-кремнеземные матрицы улучшает как предпиковые, так и постпиковые характеристики прогиба нагрузки, что приводит к более высокой прочности на изгиб и лучшим характеристикам пластичности.
Включение микроволокон волластонита в цементную матрицу изменяет микроструктуру композитных систем на основе цемента.
Пористость, распределение пор по размерам и плотность твердой фазы гидратированных фаз существенно различались в цементно-волластонитовых и композитных системах цемент-кремнезем-волластонит.
Пористость, определенная с помощью порометрии по проникновению ртути, обычно выше, чем пористость, определенная с помощью пикнометрии газообразного гелия.
Волластонитовые микроволокна и добавка микрокремнезема, по-видимому, способствуют разрыву пор в цементных системах.
Предполагается, что на основании измерений калориметрии проводимости не наблюдается явного химического взаимодействия между микроволокнами волластонита и цементной матрицей во время процесса гидратации.
Натуральные микроволокна волластонита являются эффективным армирующим средством для улучшения характеристик прочности на изгиб цементных систем.Относительно более низкая стоимость микроволокон волластонита по сравнению с другими микроволокнами может привести к более широкому использованию этого природного минерала в строительной промышленности.
См. Связанные темы и документы: Механические свойства высокоэффективных цементных вяжущих, армированных микроволокнами волластонита — nrcc-34968.pdf

1.3 Ремонт и реабилитация — новый рынок для микроволокон из волластонита?

Abstract: Ухудшение инфраструктуры Северной Америки создало новые проблемы и возможности для исследований в области новых строительных материалов.Появление кодексов, основанных на характеристиках, подчеркивает стратегическую важность разработки материалов с увеличенным сроком службы. Достижения в технологии армированного волокном цемента привели к появлению множества инновационных продуктов, в том числе высокоэффективных материалов для ремонта и нового строительства. Одним из таких новых продуктов является волластонит в форме микроволокон, который представляется экономичным и прочным материалом для армирования цемента.

Выводы: Цементные системы, содержащие армирующее микроволокно из волластонита, могут использоваться в различных областях, таких как тротуары, автомобильные мосты, и может быть произведен ремонт, который обеспечивает лучшие механические характеристики и более длительный срок службы, чем можно достичь с помощью более широко используемых материалов.Кроме того, модификация микроструктуры путем включения микроволокон волластонита может повысить стойкость цемента и бетонных конструкций к хлоридам, так что повреждения, вызванные коррозией арматурной стали, уменьшаются.

См. Связанные темы и документы: Repair_Rehabilitation_FP.htm

1,4 Мраморная пульпа и волластонит — инертные минеральные добавки для цементного бетона

Резюме: В лаборатории исследованы технические характеристики бетонных смесей, содержащих мраморную пульпу (мраморные отходы), микроволокна волластонита (природный минерал), летучую золу и микрокремнезем.Было обнаружено, что удобоукладываемость бетонных смесей снижается по мере увеличения доли мраморной суспензии (MSD) с 30-60% в качестве частичной замены песка, мелкого заполнителя. Однако рабочие смеси, приготовленные с использованием суперпластификаторов, обладают значительно повышенной прочностью на сжатие и повышенной прочностью на изгиб. Кроме того, в таких бетонных смесях, когда микрокремнезем вводится в качестве частичного заменителя цемента и волластонита, как песок, наблюдается резкое увеличение прочности бетона на изгиб.Также наблюдались улучшения прочности на сжатие и расщепление. Было обнаружено, что водопоглощение, усадка при высыхании и истирание уменьшаются при добавлении этих мелких минеральных добавок, и приготовленный таким образом бетон остается не подверженным воздействию сульфатных вод и чередующегося замораживания и оттаивания.

Выводы

При приготовлении цементобетонных смесей песок может быть частично заменен мраморной суспензией.
Оптимальное количество песка, которое можно заменить мраморной крошкой, составляет около 40 процентов.
Замена песка мраморной пылью приводит к увеличению потребности в воде для достижения желаемой удобоукладываемости бетонной смеси. При одинаковом количестве воды на кубический метр бетона удобоукладываемость может быть достигнута за счет использования суперпластификаторов.
Значительное улучшение прочности на сжатие может быть достигнуто путем замены 30-40% песка мраморной пылью. Также наблюдалось улучшение прочности на изгиб.
Уменьшение водопоглощения и истирания также было обнаружено при добавлении мраморной суспензии в бетонные смеси путем частичной замены песка.
Когда 10% цемента заменяется микрокремнеземом, а 10% мелких заполнителей (песок и мраморная пыль) заменяется волластонитом, прочность бетона на изгиб значительно повышается.
Бетонные смеси, содержащие микрокремнезем, волластонит и мраморную пульпу, устойчивы к попеременному замораживанию-оттаиванию и воздействию сульфатов.
См. Связанные темы и документы: Мраморная суспензия и примеси волластонита для цемента.pdf

1.5 Исследования паст и строительных растворов из обычного портландцемента с добавлением волластонита и микрокремнезема

Резюме: Волластонит в изобилии доступен в штатах Раджастан, Тамил Наду, Уттаракханд и Андхра-Прадеш в Индийском Союзе в качестве недорогого материала.В этом исследовании были проведены исследования паст и строительных растворов, чтобы оценить их потенциал в качестве нового материала для смешивания с обычным портландцементом с микрокремнеземом или без него. Проанализированы его физико-химические свойства. Волластонит состоит из 45,6% CaO и 48% SiO2, в основном в аморфной форме. Он имеет среднюю удельную поверхность 842,7 м2 / кг и удерживание на сите 45 микрон 3,20%. При измельчении до мелкого порошка он достигает среднего размера частиц 4 микрона, что составляет около 4.В 5 раз мельче обычного портландцемента. Изображения, полученные с помощью сканирующего электронного микроскопа, показывают, что частицы волластонита были твердыми, игольчатыми по форме и шероховатыми поверхностями. Несколько пропорций цементной смеси обычного портландцемента, волластонита и микрокремнезема были исследованы на предмет нормальной консистенции, начального и конечного времени схватывания пасты и прочности раствора на сжатие. Результаты испытаний показывают, что раствор, содержащий 82,5% цемента, 10% волластонита и 7,5% микрокремнезема, в качестве вяжущего материала достигает наивысшей прочности на сжатие.Раствор, содержащий 77,5% цемента, 15% волластонита и 7,5% микрокремнезема, в качестве цементирующего материала обеспечивает более высокую прочность на сжатие, чем обычный раствор OPC, а также обеспечивает максимальную замену цемента для лучшей экономии бетонных работ. Было замечено, что прочность на сжатие строительного раствора изменялась логарифмически в зависимости от количества дней выдержки во влажном состоянии и линейно в зависимости от доли примешивания. Соответственно представлены подходящие прогностические модели.

См. Связанные темы и документы: Исследования паст и строительных растворов из обычного портландцемента, смешанного с волластонитом и микрокремнеземом.pdf

1.6 Исследование методом имплантации переменного тока явлений замерзания в цементной пасте, армированной микроволокном из волластонита,

Резюме: Методы импедансной спектроскопии переменного тока (ACIS) были использованы в исследованиях, направленных на дальнейшее понимание механизма воздействия мороза, возникающего в чистом портландцементном тесте и цементном тесте, армированном микроволокнами волластонита. Система измерения импеданса была соединена с термомеханическими приборами для одновременного получения спектров импеданса в реальном времени и данных об изменении длины одного и того же образца во время цикла замораживания и оттаивания.Анализ данных ACIS позволил понять взаимосвязь между поведением и механизмом воздействия мороза в изучаемых пастообразных системах. Предложена механистическая модель (включающая межфазные явления между жидкой водой — льдом — поверхностями C-S-H), основанная на интерпретации спектров импеданса. В этом контексте обсуждается важность параметра, связанного с депрессией высокочастотной дуги в спектре импеданса.

Описана роль микроволокон волластонита в повышении стойкости цементного теста к замораживанию-оттаиванию.

Выводы:

Спектры низкотемпературного импеданса предоставляют полезную информацию для исследования явлений замерзания-оттаивания в микропористых материалах.
Соотношение значений сопротивления при завершении и начале перехода вода-лед имеет значение как показатель долговечности. Его величина соответствует количеству замораживаемой воды в системе.
Параметр, относящийся к углу депрессии высокочастотной дуги в спектре импеданса, предоставляет информацию, относящуюся к природе массопереноса ниже тройной точки в водонасыщенной микропористой среде.
Волластонит, армированный микроволокном цементных вяжущих, по-видимому, улучшает устойчивость к циклу замораживания-оттаивания до 35 процентов, когда присутствует в количествах, превышающих 10 процентов по объему.
См. Связанные темы и документы: Исследование импедансной спектроскопии переменного тока явлений замерзания в цементной пасте, армированной микроволокном из волластонита.pdf

1,7 Влияние соотношения сторон микроволокна волластонита на усиление связующих на основе портландцемента

Abstract: Армирование связующих на основе портландцемента природными микроволокнами волластонита было дополнительно исследовано с акцентом на влияние геометрии волокна на изменение свойств.Микроволокна волластонита были разделены на пять различных размерных групп перед добавлением в цементные и цементно-кремнеземные матрицы. Соотношение сторон (длина / ширина) микроволокон волластонита определяли методом сканирующей электронной микроскопии. Систематические эксперименты, включая испытания на изгиб, порозиметрию проникновения ртути, пикнометрию газообразного гелия и измерение насыщения изопропиловым спиртом, показали, что при постоянном содержании микроволокон прочность на изгиб и общая пористость композитов оставались практически неизменными и не зависели от аспектного отношения волластонита. микроволокна.Однако объем крупных пор, распределение пор по размерам, вязкость при изгибе и общие характеристики пластичности гидратированного цемента и матриц цементно-кремнеземной смеси систематически изменялись по мере увеличения соотношения сторон микроволокон волластонита. Представлено обсуждение различий в наблюдаемых свойствах.

Выводы: экспериментальные результаты, полученные в этом исследовании, по-видимому, подтверждают следующие выводы.

Прочность на изгиб цементных и цементно-кремнеземных матриц, армированных 11.5% по объему микроволокон волластонита не зависят от соотношения сторон микроволокон волластонита.
Структура пор в композитных системах гидратированный цемент-волластонит и цемент-дымчатый кремнезем-волластонит незначительно изменяется при добавлении микроволокон волластонита, имеющих различное соотношение размеров.
Общая общая пористость в гидратированных композитных системах цемент-волластонит и цемент-кремнезем-волластонит, определенная методами внедрения ртути, пикнометрии газообразного гелия и насыщения изопропиловым спиртом, также не зависит от аспектного отношения микроволокон волластонита.
Кривые зависимости объема пор от размера пор для композитных систем цемент-волластонит и цемент-микрокремнезем-волластонит имеют несколько разные характеристики при увеличении аспектного отношения микроволокон волластонита. Объем крупных пор в диапазоне 0,5-0,1 мкм и объем очень мелких пор в диапазоне 0,01-0,005 мкм несколько увеличиваются по мере увеличения аспектного отношения микроволокон волластонита в композитных матрицах.
Волластонитовые микроволокна с относительно большим соотношением сторон, добавленные к цементу и матрицам цемент-кремнезема, по-видимому, способствуют образованию более крупных пор как в композитах цемент-волластонит, так и в композитах цемент-кремнезем-волластонит.
Связующие на основе портландцемента, армированные микроволокнами волластонита, имеющими большее соотношение размеров, жестче и пластичнее, чем аналогичные связующие, армированные такими же волокнами, имеющими меньшее соотношение размеров.
См. Связанные темы и документы: Влияние соотношения сторон микроволокна волластонита на усиление связующих на основе портландцемента.pdf

1,8 Стабильность связующих на основе портландцемента, армированных натуральными микроволокнами волластонита

Резюме: Исследована стабильность вяжущих на основе портландцемента, армированных натуральными микроволокнами волластонита, при периодах гидратации до одного года.Микроволокна волластонита, внедренные в гидратированную цементную пасту, исследовали с использованием техники сканирующей электронной микроскопии. Композитные образцы также периодически оценивались путем испытаний на прочность на изгиб и микроструктурных характеристик, включая порозиметрию проникновения ртути, пикнометрию газообразного гелия и измерение насыщения изопропиловым спиртом. Количество Ca (OH) 2 в гидратированных матрицах также определяли методом дифференциальной сканирующей калориметрии. Микроволокна волластонита, внедренные в матрицы гидратированного цементно-кремнеземного дыма, оставались стабильными после продолжительной гидратации и не демонстрировали поверхностного или объемного разрушения.Прочность на изгиб и общая пористая структура связующих на основе портландцемента, армированных микроволокнами волластонита, также остались практически неизменными и неизменными. Однако наблюдалось снижение прочности на изгиб и прогиба после пика со временем гидратации. Количество Ca (OH) 2 в гидратированных матрицах немного уменьшилось при увеличении времени гидратации. Обсуждается наблюдаемое поведение.

Выводы

Экспериментальные результаты, полученные в этом исследовании, по-видимому, подтверждают следующие выводы.

Натуральные микроволокна волластонита относительно стабильны в цементных композитных системах и, по-видимому, не подвержены длительному воздействию гидратации в растворе гидроксида кальция.
Прочность на изгиб матриц цементно-кремнеземных смесей, армированных 11,5% по объему микроволокон волластонита, не изменяется и не зависит от длительной гидратации в растворе гидроксида кальция до одного года.
Вязкость при изгибе и послепиковое отклонение композитов цемент-кремнеземная пыль и цемент-кремнеземная пыль-волластонит линейно уменьшаются с увеличением времени гидратации.
Общая пористость в гидратированных композитных системах цемент-кремнезем и цемент-кремнезем-волластонит, определенная методами внедрения ртути, пикнометрии газообразного гелия и методов насыщения изопропиловым спиртом, немного уменьшается с увеличением времени гидратации.
Объем пор в области 1,0–0,001 мкм композитных систем цемент-кремнезем и цемент-кремнезем-волластонит, по-видимому, не изменяется с увеличением времени гидратации.
Микроволокна волластонита могут влиять на стехиометрию и скорость образования C-S-H.

См. Связанные темы и документы: NRCC-36074.pdf

1.9 Прочность на изгиб и микроструктура цементных вяжущих, армированных микроволокнами волластонита

Резюме: Исследование поведения цементного композита показало, что прочность на изгиб, превышающая 28 МПа (4080 фунтов на квадратный дюйм), может быть легко достигнута в обычном цементном тесте путем включения оптимального количества микрокремнезема и 11,5% по объему естественных микроволокон волластонита. . Систематические эксперименты показали, что изменение прочности на изгиб и микроструктуры гидратированного цемента и матриц цемент-кремнезем путем добавления естественных микроволокон волластонита в значительной степени контролируется соотношением различных компонентов.Обсуждение, основанное на результатах, полученных при испытаниях на изгиб, порозиметрии с проникновением ртути, пикнометрии газообразного гелия и измерении насыщения изопропиловым спиртом, представлено с точки зрения теории композита и различия наблюдаемых свойств.

Характеристики прочности на изгиб гидратированного цемента и матриц цементно-кремнеземной смеси можно максимизировать путем включения оптимального количества естественных микроволокон волластонита и микрокремнезема в композиционную смесь.Максимальная прочность на изгиб, превышающая 28 МПа (4080 фунтов на квадратный дюйм), может быть достигнута, когда композитная смесь, состоящая из 11,5% по объему микроволокон волластонита и 5,2% микрокремнезема, приготовлена с соотношением вода / цемент + микрокремнезем 0,35 и 1% -ный раствор суперпластификатора и гидратируют в растворе гидроксида кальция в течение 28 дней.
Улучшение предпикового и постпикового отклика на отклонение нагрузки за счет включения микроволокон волластонита наблюдалось в композитных системах с присутствием и без присутствия микрокремнезема.Это привело к более высокой прочности на изгиб и улучшенным характеристикам пластичности.
Микроструктура композитных систем на основе цемента значительно изменена за счет включения микроволокон волластонита и микрокремнезема. Характеристики меняются в зависимости от состава смеси.
Очень разные характеристики общей пористости, распределения пор по размерам и порогового диаметра пор наблюдаются в гидратированных композитных системах цемент-волластонит и цемент-микрокремнезем-волластонит.
Общая пористость гидратированных фаз, определенная порозиметрией по проникновению ртути, обычно больше, чем определенная пикнометрией газообразного гелия.
Общая пористость гидратированных фаз, определенная методом насыщения изопропиловым спиртом, также больше, чем определенная пикнометрией газообразного гелия; значения близки к значениям, определенным методом ртутной порометрии.
Добавление микроволокон волластонита и микрокремнезема способствует разрыву пор в цементных системах.Это говорит о том, что проницаемость может быть значительно снижена, а долговечность увеличена.

См. Связанные темы и документы: NRCC-34034.pdf

1.10 Влияние волластонита на механические свойства бетона

Резюме: Были проведены исследования цементобетона и цементно-зольных бетонных смесей, содержащих волластонит в качестве частичного заменителя вяжущего материала и песка соответственно. Повышение прочности на сжатие (28-35%) и изгиб (36-42%) через 28 и 56 дней соответственно наблюдалось при введении волластонита (10%) в бетонные смеси.За счет включения волластонита наблюдалось снижение водопоглощения, потери бетона при высыхании-усадке и истирании, а также повышение прочности против чередования замораживания-оттаивания и воздействия сульфатов. Благодаря высокой прочности бетона и стойкости к истиранию возможно лучшее использование поперечного сечения бетона. В качестве альтернативы, толщина плиты покрытия может быть уменьшена путем включения микроволокон волластонита в бетонные смеси.

См. Связанные темы и документы: Влияние волластонита на механические свойства бетона.pdf

1.11 Лабораторное исследование использования микроволокон из волластонита для обеспечения устойчивости к истиранию качественного бетона для дорожного покрытия

Резюме: Износ бетонных поверхностей происходит из-за различных форм износа, таких как эрозия, кавитация и истирание из-за разной степени воздействия. Ухудшение бетонных поверхностей бетонных покрытий в наибольшей степени связано с абразивным износом. Абразивный износ возникает из-за многократного трения, выскабливания, скольжения шины колеса по бетонной поверхности дорожного покрытия.На стойкость бетона к истиранию заметно влияет ряд факторов, включая прочность бетона, агрегатные свойства, водоцементное соотношение, микроструктурные особенности цементной матрицы, пористую структуру зоны поверхности и отделку поверхности. В статье представлена начальная часть продолжающегося исследования по оценке характеристик поверхности затвердевшего бетона в отношении сопротивления истиранию с использованием микроволокон волластонита в качестве нового материала. Образец бетона с водоцементным соотношением 0,4 был изготовлен с использованием обычного портландцемента (OPC) и OPC с добавлением микроволокон волластонита.Всего было рассмотрено пять бетонных смесей с различными пропорциями микроволокон волластонита. Добавление микроволокон волластонита значительно улучшает прочность на изгиб независимо от количества дней влажного отверждения, но снижает прочность на сжатие, превышающую 20-процентный уровень замены. Заметное улучшение устойчивости к истиранию наблюдалось для бетона с добавлением микроволокна волластонита до 30 процентов от его добавления с OPC. Устойчивость к истиранию более выражена у смешанных бетонов с длительным сроком отверждения.

См. Связанные темы и документы: Лабораторное исследование использования микроволокон из волластонита для обеспечения устойчивости к истиранию качественного бетона для дорожных покрытий.pdf

1.12 Экспериментальное исследование микроармированного щелочно-активированного измельченного доменного шлака с волластонитом

Щелочная активация измельченного гранулированного доменного шлака раствором на основе калия продемонстрировала получение вяжущего материала с начальной прочностью на сжатие выше, чем у бетонов на основе обычного портландцемента.Эта прочность может быть увеличена за счет армирования пасты микроволокнами волластонита. В данной статье представлены результаты, полученные при армировании активированной щелочью шлаковой пасты двумя типами волластонита, NYAD G и wollastocoat. Прочность на сжатие, время схватывания и микроскопическая структура были проанализированы как функция типа волластонита и процентного содержания добавленного волластонита. Все свойства сравнивались со щелочно-активированным шлаком на калиевой основе без волластонита. На основе 28-дневной кривой прочности на сжатие было определено, что оптимальная загрузка волластонита в шлаке обеспечивает среднюю прочность на сжатие 55.1 МПа, увеличение прочности на 60% по сравнению с образцом без волластонита. Было показано, что более высокая загрузка волластонита значительно сокращает время схватывания образцов.

См. Связанные темы и документы: экспериментальное исследование измельченного гранулированного гранулированного щебня, активированного щелочью, шлак с воллой-141115043959-conversion-gate02.pdf

1.13 Факторы, влияющие на время схватывания и прочность на сжатие щелочноактивированного измельченного гранулированного доменного шлака, армированного волластонитом

Резюме: Мы провели план экспериментов для анализа и оптимизации влияния молярных соотношений SiO2 / K2O, h3O / K2O активирующего раствора на основе калия, шлака / раствора, массовых соотношений волластонита / шлака и количества смеси на прочность на сжатие и время схватывания щелочного активированного измельченного доменного шлака гранулированного.Было обнаружено, что общее количество смешанного практически не влияет на прочность на сжатие и время схватывания. На время схватывания в значительной степени влияло массовое соотношение шлак / раствор, за которым следовало молярное соотношение SiO2 / K2O в активирующем растворе. Для прочности на сжатие наибольшая корреляция была обнаружена в совместном влиянии массовых соотношений шлак / раствор и волластонит / шлак. Оптимальная рецептура имела прочность на сжатие на седьмой день 8000 фунтов на квадратный дюйм (55 МПа), а время схватывания 36 минут было найдено, когда активирующий раствор имел молярные отношения SiO2 / K2O = 1, h3O / K2O = 10 и массовые отношения шлак / раствор = 1.75 и Волластонит / Шлак = 0,37.

См. Связанные темы и документы: Факторы, влияющие на время схватывания и прочность на сжатие щелочноактивированного измельченного гранулированного доменного шлака, армированного волластонитом.pdf

1,14 Клинкер на основе волластонита

Снижение выбросов CO2 и потребление энергии являются основными движущими силами в исследованиях и разработках новых альтернативных вяжущих. Один интересный вариант — цементный клинкер на основе минерала воллластонита.Этот клинкер имеет более низкое соотношение кальций / силикат, чем алит или белит в обычном портландцементном клинкере.

HeidelbergCement подала патент на способ производства клинкера, содержащего волластонит, который основан, по крайней мере, на 20% по массе вторичных промышленных побочных продуктов и отходов в виде SiO2 и CaO в сырье. Сырьевая мука производится путем измельчения или гранулирования, смешивания и гомогенизации, которую обжигают при температурах от 900 до 1500 ° C с образованием клинкера, содержащего не менее 40% по массе волластонита или пара-волластонита.Альтернативные виды топлива могут использоваться частично или полностью в качестве источника энергии для процесса горения. Клинкер можно использовать для производства волластонитового цемента или волластонитовых композитных цементов, содержащих дополнительные неорганические минеральные компоненты.

Ссылка на патентную заявку: Verfahren zur Herstellung von Wollastonit-haltigen Bindemitteln

ПРИМЕЧАНИЕ: Патент не подлежит защите из-за ранее опубликованной работы по сокращению выбросов CO2 в процессе производства цемента путем частичной замены силиката на известняк (см. Отчет ниже)

См. Связанные темы и документы: http: // www.heidelbergcement.com/global/en/htc/News/index.htm

1.15 Снижение выбросов CO2 в процессе производства цемента путем частичного замещения известняка силикатом

Резюме: Производство цемента является одной из основных энергоемких отраслей, и, кроме того, при кальцинировании известняка, CaC03, выделяется большое количество углекислого газа. В Японии четыре процента от общего объема выбросов углекислого газа приходится на предприятия по производству цемента. . В предыдущем исследовании были продемонстрированы возможности использования выветривания щелочных или щелочноземельных силикатных пород в качестве меры для решения проблемы двуокиси углерода.Обсуждалось также количество силикатных ресурсов, что силикаты широко распространены в коре. В данной статье обсуждаются возможности использования силикатных пород кальция, волластонита, CaSiO3 в качестве заменителя известняка на заводах по производству цемента.

Прежде всего, было определено, что максимальное количество замещающего волластонита составляет 440 кг, а уменьшенное количество известняка — 365 кг (30%) на 1 тонну цементного клинкера, путем корректировки количеств основных компонентов цементного продукта от волластонит с JIS (Японский промышленный стандарт).В случае цемента из волластонита большая часть кремнезема, ок. 220 кг / т цемента поставляли из волластонита. При оценке кремнезем из угольной золы не учитывался. Таким образом, углекислый газ от кальцинирования известняка снизился на 150 кг / т цемента (30%), с 510 до 360 кг / т цемента.

Во-вторых, был оценен тепловой баланс технологического процесса. Необходимое количество технологического тепла должно поступать от сжигания угля. Также предполагалось, что уголь не содержит золы. В стандартном процессе производства цемента тепло для обжига известняка необходимо в дополнение к теплу для повышения температуры с комнатной температуры до температуры дымовых газов 359 ° C или температуры клинкера 1450 ° C.Считается, что тепло реакции от волластонита до клинкера невелико из-за схожести друг с другом химической структуры. Таким образом, теплота прокаливания снижается в случае производства цемента с использованием волластонита, что приводит к уменьшению количества необходимого угля. Уменьшение выбросов углекислого газа также снижает физическое тепло газа. Таким образом, выбросы углекислого газа снижаются более чем на 40 кг / т цемента.

В целом, количество углекислого газа в процессе цементирования было уменьшено на 190 кг / т цемента (24%) по крайней мере с 800 до 610 кг / т цемента за счет замены 30% известняка волластонитом.

Наконец, качество цемента, произведенного из волластонита, было оценено экспериментально. В большинстве аналитических результатов не наблюдалось заметной разницы между альтернативным цементом, замещенным волластонитом, и обычным цементом. Напротив, испытание на прочность, анализ текстуры и анализ свободной извести для заменителя волластонита показали лучшие результаты, чем для обычного образца. Настоящие результаты показывают, что ожидается достаточная реакция образования клинкера, даже когда волластонит частично замещен известняком.

См. Связанные темы и документы: Снижение выбросов CO2 в процессе производства цемента путем частичной замены известняка силикатом.pdf

1.16 Solidia Cement (TM) — свойства и рабочие характеристики

Химические свойства и рабочие характеристики Solidia Cement ™

Автор: Global Cement
Четверг, 19 декабря 2013 г.

США: Solidia Technologies сообщила о химических свойствах, производственных и эксплуатационных качествах устойчивого цемента, который может снизить углеродный след цемента и бетонных изделий до 70%.

Цемент

Solidia Cement ™ производится из того же сырья и оборудования, что и OPC, но может быть адаптирован к широкому спектру рецептур цемента и методов производства, предлагая экологичную альтернативу, повышающую производительность.

Клинкер

Solidia Cement производится при температуре 1200 ° C, что примерно на 250 ° C ниже, чем клинкер OPC. Цемент представляет собой негидравлический материал, состоящий в основном из фаз силиката кальция с низким содержанием извести, таких как волластонит / псевдоволластонит (CaO.SiO2) и ранкинит (3CaO.2SiO2). Характеристики схватывания и твердения определяются реакцией между CO2 и силикатами кальция. В процессе карбонизации образуются кальцит (CaCO3) и кремнезем (SiO2), которые отвечают за повышение прочности бетона.

Бетонные изделия, произведенные с использованием Solidia Cement, производятся с использованием тех же процессов смешивания и формования, что и бетон на основе OPC, и улавливают до 300 кг CO2 / т цемента. Сниженные выбросы CO2 в сочетании со способностью цемента связывать CO2 во время отверждения бетона, обеспечивают сокращение выбросов CO2 (связанного как с производством, так и с использованием) до 70%.

«Более 50 лет ученые пытались вылечить бетон с помощью CO2, зная, что полученный продукт будет более прочным и стабильным. Solidia Technologies первой сделала это коммерчески жизнеспособным. В настоящее время мы фокусируемся на тестировании дополнительных приложений с еще более широким спектром рецептур бетона и методов производства, чтобы облегчить внедрение во всем мире », — сказал технический директор Solidia Николас ДеКристофаро, соавтор статьи с ведущим ученым Сада Саху.

Solidia Concrete ™ будет рассмотрен в дополнительном документе, который должен быть выпущен в январе 2014 года.

2. Керамика

2.1 Наука в производстве керамики — Волластонит как новый вид природного материала

Реферат: Стекло и керамика, 2001, № 9, с. 15 — 17, с.
Проведен анализ литературных и патентных данных по проблеме получения и использования волластонита и материалов на его основе; Обобщены результаты исследования свойств теплоизоляционных изделий, изготавливаемых по технологии вакуумной откачки.Показана теоретическая возможность использования природного волластонита в качестве материала для производства теплоизоляционных изделий.
Заключение: Все это подтверждает принципиальную возможность использования природного волластонита в производстве теплоизоляционной керамики. Изделия на основе этого материала могут быть рекомендованы для футеровки литейно-заливочного оборудования при плавке алюминиевых расплавов, что обеспечивает экономию электроэнергии и металлоемкости при транспортировке и разливке алюминиевых расплавов и обеспечивает высокое качество литого металла.

См. Соответствующие разделы и документы: Волластонит как новый вид природного материала.pdf

2.2 Известь — обработка глиноземно-кремнеземной керамики с добавлением волластонита (CaO • SiO2)

Abstract: Улучшение механических и физических свойств современной керамики было подорвано высокими затратами на обработку и репутацией непредсказуемой надежности, что привело к ограниченному использованию этих материалов в технических, промышленных и рекреационных приложениях. Было высказано мнение, что более дешевая керамика с желаемыми свойствами откроет новые области применения, в которых традиционно преобладают твердые или термостойкие металлы.Один из возможных методов заключался в использовании природного минерала для разработки новых керамических микроструктур с использованием простой технологии обработки, снижающей как сырье, так и производственные затраты. Система, выбранная для потенциальной разработки, представляла собой керамику из оксида алюминия (A1203), модифицированную с использованием 20 мас.% Волластонита природного происхождения (CaO-SiO2). Производство сырых тел осуществлялось с использованием влажной обработки, которая была оптимизирована с помощью реологии; наилучшими условиями оказались pH 3,0 при использовании 1500 ч. / млн BETZ 1190 (диспергатор), обработанного примерно при 0.35 объемных долей твердых веществ в суспензии на водной основе. Методы термического анализа показали, что лучший метод спекания включает спекание в жидкой фазе в течение пятнадцати минут при 1500 ° C с последующей закалкой на воздухе. Затем эту стеклокерамику расстекловывают, используя термообработку при 1032 ° C в течение 4 часов, а затем при 1200 ° C в течение 4 часов. Полученная структура, состоящая из 68 мас.% (60 об.%) Глинозема, а остальная часть состоит из геленита и анортита, имела высокую вязкость при вдавливании (4,8 МПа · м) и прочность на изгиб 120 МПа; свойства, которые делают его экономичным против истирания.

Выводы

Волластонит можно измельчить до меньшего размера с помощью дробилки с глиноземной ступкой / пестиком. Средний размер зерен уменьшился с 30 мкм до 4,5 мкм после 10 минут измельчения. Более продолжительное время измельчения не привело к значительному уменьшению размера, поскольку материал начал нагреваться и спекаться о стенки песта. Дробление таким образом также снизило соотношение сторон более крупных зерен с 10: 1 до 3: 1.
Шликеры глинозема содержат hg 0.Зерна 45 p были оптимизированы при pH 4,0 и максимальной плотности в сырце 2-74 г / куб.см (69% TD). Эти образцы обжигали до 99% TD при 1520 ° C в течение 8 часов с размером зерна 3 мкм.
Объединение материала в водную суспензию привело к образованию шликера с плохим контролем pH из-за щелочной природы волластонита. Было обнаружено, что окно дисперсии pH, основанное на тестах на вязкость, изменяет fkom pH 2-6 для оксида алюминия до pH 1-3 для оксида алюминия + волластонит.
Для улучшения стабильности дисперсии потребовалось использование полиренового диспергатора.Было протестировано несколько анионных полиэлектролитных диспергаторов: Emphos CS361, Dolapix PC-75, Darvan 821A и Darvan C, причем последний оказался наиболее эффективным. Концентрация была оптимизирована на уровне 30 частей на миллион с оптимальной плотностью сырой глинозема + 10 об.% Волластонита при 55,6% TD.
Последующие испытания с использованием высоких концентраций (> 1000 ppm) катионного полиэлектролита, BETZ 1190, показали, что достижимы более высокие плотности сырого материала системы оксид алюминия + 10 об.% Волластонита: 2,49 г / см 3 = 65% TD при 1500 ppm BETZ 1190, pH 2.3.
Используя термодинамическое программное обеспечение F * A * C * T и базу данных, было определено, что при температуре выше 1400 ° C система будет содержать только кристаллический оксид алюминия и жидкую фазу при равновесии. Количество жидкости зависело от количества волластонита в теле, и поэтому для сохранения слизистой оболочки тела во время жидкофазного спекания было решено ограничить количество волластонита до 20 мас.%. Кроме того, температуру LPS устанавливали на уровне 1500 ° C, чтобы обеспечить появление жидкой фазы без образования чрезмерного количества.
Программа термодинарного анализа также предсказала появление геленита и анортита в кристаллизованном продукте.
Был подготовлен простой прибор для ДТА, и сканирование ДТА зеленых тел глинозема + волластонита показало превращение волластонита в псевдоволластонит при температуре около 1100 ° C с последующим небольшим неопределенным эндотермическим пиком при 1250 ° C и, наконец, пиком растворения оксида алюминия после появление жидкой фазы при 1370 С.
При закалке на воздухе системы оксид алюминия + 20 мас.% Волластонита от 1500 ° C образовалось стекло CAS (известково-оксидно-оксид кремния).Этот материал был измерен методом ДТА и показал наличие пика кристаллизации при 1280 ° C.
Нуклеарная термообработка в широком диапазоне температур вызвала заметные изменения пика кристаллизации ДТА (высота пика, ширина пика и сдвиг пика в сторону более низких температур). Используя эти наблюдения, было определено, что оптимальное объемное (гомогенное) зародышеобразование происходит при 1032 ° C. Стеклянная фаза может быть впоследствии кристаллизована путем термообработки при 1200 ° C.
Таким образом, оптимизированный график печи был следующим: i) нагрев до 1500 ° C, ii) выдержка в течение 15 минут, iii) быстрое охлаждение до <900 ° C, iv) нагрев до 1032 ° C в течение четырех часов, v) быстрое изменение температуры до 1200 ° C, vi ) выдерживают 1200 ° C в течение четырех часов, vii) охлаждают до комнатной температуры.
Электронно-зондовый микроанализ показал, что исходное стекло в закаленной керамике CAS состоит из 39% глинозема + 29% кальция + 32% кремнезема. Продукты кристаллизации анортита и геленита в расстеклованной керамике CAS были слишком мелкими для проверки этим методом.
Дифракция рентгеновских лучей продуктов показала, что единственной кристаллической фазой, присутствующей после жидкофазного спекания, был оксид алюминия. После зародышеобразования и кристаллизации геленит и анортит были обнаружены вместе с оксидом алюминия в расстеклованном продукте.
Сканирующая электронная микроскопия полированного жидкофазного спеченного образца CAS не показала видимой зеренной структуры. После зародышеобразования и кристаллизации зерна оксида алюминия были четко видны вместе со значительной пористостью (14%). А также более яркой фазой по границам зерен являются продукты кристаллизации (геленит и мортит). Изображения неполированной поверхности до и после обработки кристаллизации показали отчетливый вид дендритного продукта между зернами оксида алюминия, где раньше присутствовало стекло CAS.
Данные по тепловому расширению показали, что расстеклованная керамика CAS имела немного меньшее тепловое расширение, чем оксид алюминия, в диапазоне от 450 ° C до 1050 ° C. Например, при 600 ° C КТР для оксида алюминия и расстеклованного CAS составляет 9,0 × 10-4 и 8,1 × 10-6 K- 1 соответственно.
Этот результат в сочетании с данными прочности означает, что оксид алюминия и расстеклованный CAS имеют одинаковую стойкость к тепловому удару, хотя для подтверждения этого потребуются более обширные испытания.
Ультразвуковые измерения модуля упругости и коэффициента Пуассона показали хорошее согласие с материалами того же класса, приведенными в различных литературных источниках.Оксид алюминия имел динамический модуль Юнга 389 ГПа по сравнению с 170 ГПа для расстеклованного CAS.
Твердость по Виккерсу (нагрузка 10 кг) глинозема составила 14,6 ГПа, а расстеклованного CAS — 9,35 ГПа.
Используя измерения трещин, образовавшихся на вмятинах Виккерса при определенных нагрузках, было обнаружено, что расстеклованный CAS имеет ударную вязкость 4,80 МПа м 1/2 по сравнению с 3,08 МПа м 1/2 для оксида алюминия. Было показано, что это 56% улучшение вязкости главным образом связано с новой формой зерен оксида алюминия в сочетании с пористой микроструктурой.
Прочность на изгиб при использовании четырехточечной нагрузки показала очень высокую прочность оксида алюминия (498 МПа) по сравнению с расстеклованным CAS (121 МПа).
Результаты экспериментов по влажной обработке показали, что подходящие однородные тела, состоящие из оксида алюминия и волластонита, могут быть сформированы с использованием шликерного литья с помощью полимерного диспергатора.
Было обнаружено, что технология жидкофазного спекания (LPS) позволяет получать отлитые из шликера тела
с низкой плотностью до сырого состояния, поскольку диффузия жидкости во время спекания устраняет большую часть пористости.Конечная пористость 14% отражает изменение микроструктуры во время расстекловывания (стекло CAS с более низкой плотностью превращается в кристаллические фазы с более высокой плотностью).
Учитывая вышеупомянутые свойства, было высказано предположение, что этот новый недорогой материал идеально подходит для применений, в которых устойчивость к абразивному износу имеет решающее значение. Действительно, с использованием двух соотношений износа было показано, что расстеклованная CAS имеет гораздо лучшую износостойкость, чем обычная керамика из оксида алюминия.

См. Связанные темы и документы: Известь — глинозем — кремнеземная обработка керамики с включением волластонита.pdf

3. Применение огнеупоров

3.1 Огнеупорные материалы и изделия на основе природного волластонита для алюминиевой промышленности

Введение: Волластонит — метасиликат кальция с составом CaSiO3 — в настоящее время является основным материалом для оборудования для литья алюминия в западных странах. Это связано с сочетанием следующих характеристик волластонита:

не смачивается алюминием;
инертен к алюминию;
имеет низкую теплопроводность;
нетоксичен.

Наблюдение: Эти керамические материалы перспективны в качестве термозащитных материалов для футеровки тепловых агрегатов с рабочими температурами до 1000 ° C. Испытания образцов из композиционных керамических материалов с кварцевыми волокнами выявили практически безграничную термостойкость образцов при циклическом нагреве, несмачиваемость расплавом алюминия, отсутствие трещин при многократном погружении в расплав алюминия

См. Связанные темы и документы: Натуральные огнеупорные материалы и изделия на основе волластонита для алюминиевой промышленности.pdf

Полимеры | Бесплатный полнотекстовый | Оптимизация аэрогелевых композитов на основе диоксида кремния, армированных полиамидной целлюлозой, для систем термозащиты

DOE был проведен для изучения влияния S, количества со-прекурсора VTMS и количества KP на три ключевых свойства: насыпную плотность (ρ _b), теплопроводность. (k) и модуль Юнга (Y _M), чтобы определить руководящие принципы для условий синтеза. Системы также были охарактеризованы другими методами для получения дополнительной информации об их химических, структурно-морфологических, термических и механических характеристиках.Приготовленные аэрогели с различными комбинациями параметров перечислены в таблице 1 вместе с их основными свойствами.

3.1. План экспериментов (DOE)

Чтобы подтвердить точность моделей, графики реальных откликов (объемная плотность, теплопроводность и модуль Юнга) образцов в сравнении с предсказанными откликами представлены на рис. 1A – C. В целом, модели хорошо соответствуют данным, со значениями R ² 0,89, 0,92 и 0,94 для ρ _b, k и Y _M, соответственно.Графики Парето оценок, полученных для ответов, также показаны на рис. 1D – F, где видно, что фактор S имеет наибольшее влияние на ответы. Однако все факторы, по-видимому, оказывают существенное влияние на полученные отклики, что делает систему намного более сложной. Для более глубокого понимания системы отклики поверхности были получены с использованием центральной модели составного теста. Поверхностные характеристики для насыпной плотности, теплопроводности и модуля Юнга представлены на рисунке 2, но с учетом только наиболее влияющих факторов.Факторами, которые показывают основное влияние на насыпную плотность, являются% CoP и S, что согласуется с предыдущими исследованиями [23,24]. Поверхностный отклик показывает, что самые низкие значения объемной плотности получены для следующих наиболее благоприятных условий:% CoP = 20,% KP = 8 и S = 6.

Аналогичная тенденция наблюдалась для теплопроводности, на которую также в основном влияют % CoP и S. График теплопроводности поверхности отклика показал, что для самого низкого значения k оптимальные значения для% CoP,% KP и S равны 24, 8 и 6 соответственно.

Что касается механического поведения, наиболее доминирующим фактором для Y _M является S. Фактически, модель показывает, что с увеличением значения S Y _M также увеличивается. Наименьшее значение было достигнуто при% CoP = 19,% KP = 6.5 и S = 6.

Следовательно, оптимальный аэрогелевый композит, вероятно, будет получен в следующем диапазоне условий:% CoP = 19–24,% KP = 6.5. –8 и S = 6. Фактически, результаты в таблице 1 хорошо согласуются с этой тенденцией. Метод функции желательности, уже использовавшийся для образцов аэрогеля [21], был применен здесь для получения глобального минимального значения плотности , теплопроводность и модуль Юнга одновременно, а веса 0.Для этих ответов были приняты значения 4, 0,4 и 0,2 соответственно (что дает меньшее значение механическим свойствам). В этих условиях оптимальными условиями приготовления оказались% CoP = 18,% KP = 7,2 и S = 6, что соответствует следующим оптимальным значениям отклика: ρ _b = 0,173 г · см ⁻³, k = 27,6 мВт · м ⁻¹ · K ⁻¹ и Y _M = 1,1 МПа.

3.2. Химическая характеристика

FTIR-анализ . Этот анализ позволил наблюдать составляющие сети, а также оценить успех модификации поверхности.Для всех спектров (рис. 3) полосы сильных колебаний Si – O – Si около 460 см ⁻¹ (деформация), 788 см ⁻¹ (симметричное растяжение) и 1084 см ⁻¹ (асимметричное растяжение) подтверждают сеть SiO ₂ [25]. На Фигуре 3B присутствие VTMS было подтверждено появлением следующих полос: (i) при 540 см ^-1, из-за крутильного колебания H, производного от винильных групп, (ii) при 1412 см ^-1, что соответствует деформационному колебанию = C – H групп, (iii) при 1605 см ⁻¹ от растягивающего колебания C = C, и (iv) от 3000 до 3070 см ⁻¹, приписывается растяжение = C – H групп [7,25].

После модификации поверхности HMDZ полосы, относящиеся к группам –OH, стали слабее, что свидетельствует об усилении гидрофобности нанокомпозитов. Также заметна более высокая интенсивность полос на 2800–3000 см ^–1 и ок. 1250–1280 см ⁻¹ (валентные и деформационные колебания –C – H групп соответственно) и появление полосы поглощения при 848 см ⁻¹, которая является результатом растяжения Si − CH ₃ облигации. Это указывает на то, что нанокомпозиты аэрогеля были эффективно модифицированы.

Три основных полосы наблюдаются из-за присутствия КП в: ок. 3330 см ⁻¹, что соответствует валентному колебанию –NH–; 1650 см ⁻¹, что соответствует растяжению связей –C = O; и 1542 см ⁻¹, что характерно для изгиба –NH– [26]. Измерение угла смачивания . Для оценки смачиваемости приготовленных композитов были измерены краевые углы смачивания водой (WCA) для образцов в различных условиях. Полученные WCA представлены в таблице 1.Хорошо известно, что гидрофобность образца сильно зависит от химических свойств поверхности [27,28]. Поскольку образцы были подвергнуты стадии модификации поверхности силилирующим агентом (HMDZ), модифицированные материалы в некоторых случаях являются гидрофобными или даже супергидрофобными, с углами смачивания от 137 ° до 156 °. После силилирования гидроксильные группы были заменены метильными группами на поверхности диоксида кремния, что приводит к усилению гидрофобного характера за счет уменьшения свободной энергии поверхности.Модификация поверхности была также подтверждена анализом FTIR (рис. 3), как уже обсуждалось. Гидрофобность обеспечивает высокую износостойкость материалов при воздействии атмосферной влаги [1].

3.3. Структурные и морфологические особенности

СЭМ-анализ . Морфология и микроструктура нанокомпозитов аэрогеля были проанализированы с помощью SEM. Микрофотографии различных конфигураций показаны на рисунке 4. Все образцы показали взаимосвязанную трехмерную матрицу (рисунок 4A – D).На рис. 4A, B представлено сравнение аэрогеля на основе TEOS (S = 10) до и после модификации поверхности. После силилирования (рис. 4В) структура становится более пористой и образуется меньше агломератов из-за групп Si– (CH ₃) ₃, прикрепленных к поверхности нанокомпозитов. При уменьшении значения S (S = 6, рис. 4C), как и ожидалось, была получена менее пористая сеть. Введение VTMS в качестве сопредшественника в матрицу (рисунок 4D) привело к гладкой и регулярной сети, выявляя меньшую неоднородность среды во время образования геля, что может быть связано с более высоким сродством этой матрицы к волокнам KP по сравнению в систему только с TEOS.Таким образом, тип прекурсора, молярное соотношение растворитель / Si (S) и модификация поверхности оказывают значительное влияние на микроструктуру образцов. На рис. 4E, F можно заметить, что волокна KP образуют армирующую сетку, которая покрыты кремнеземной матрицей, что обеспечивает монолитность аэрогелей. В образцах, приготовленных с более низким значением S (рис. 4F), как и ожидалось, наблюдается лучшее покрытие волокон фазой кремнезема. Линейная усадка . Усадка образцов произошла как по диаметру, так и по высоте, поскольку пульпа в матрице имеет случайную ориентацию.Диаметр образцов измеряли после старения / промывки / модификации поверхности и после сушки. Общие значения усадки варьировались от 14,4% до 39,7% (Таблица 1). Однако в целом основная часть усадки (10–20%) наблюдалась после этапов замены растворителя и модификации поверхности (Таблица S1). Это происходит из-за явления набухания / уменьшения набухания, которое испытывает КП во время протокола синтеза аэрогелей. Во-первых, при диспергировании в этаноле КП набухает. После замены растворителя, когда этанол заменяется гептаном, явление меняется на противоположное.Набухание происходит из-за того, что этанол может легко образовывать водородные связи с аминогруппами пульпы Kevlar ^®, а неполярный хвост этанола увеличивает пространство между волокнами и уменьшает их взаимосвязь. Во время стадии промывки этанол удаляется и заменяется гептаном, неполярным растворителем, который не может поддерживать водородные мостики. Таким образом, происходит распухание пульпы, что приводит к уменьшению объема геля. Линейная усадка после сушки уменьшалась с увеличением количества КП с 5 до 8% мас., в случае аэрогелей на основе ТЭОС. С внедрением VTMS усадка практически не зависит от величины КП. Во всех случаях линейная усадка увеличивается с увеличением значения S, а также с увеличением содержания VTMS (таблица 1). Это можно объяснить менее взаимосвязанной сеткой диоксида кремния с более высоким содержанием S, что приводит к более низкой прочности геля, чтобы выдерживать нагрузки при высыхании. Влияние VTMS на сокращение также можно объяснить меньшей связностью сети с увеличением отношения VTMS / TEOS, поскольку VTMS имеет одну негидролизуемую группу. Насыпная плотность . Влияние концентрации пульпы Kevlar ^®, отношения S и соотношения сопредшественников на объемную плотность было исследовано, как указано в DOE, и результаты представлены в таблице 1. Как правило, более низкая объемная плотность была получена для системы с S = 6, достигая значения 0,208 г · м ⁻³ (наименьшее) для аэрогеля TEOS _0,75 / VTMS _0,25 с 6,5% КП. При увеличении S с 6 до 10, ρ _b немного увеличивается в случае аэрогелей, содержащих только TEOS, и аэрогелей с меньшим количеством VTMS (TEOS _0.75 / VTMS _0,25). Дальнейшее увеличение S привело к дополнительному увеличению значений насыпной плотности для всех систем. Более того, при введении большего количества VTMS в матрицу аэрогеля (TEOS _0,5 / VTMS _0,5) наблюдалось увеличение значения объемной плотности. Наибольшее значение объемной плотности было получено для системы TEOS _0,5 / VTMS _0,5 с S = 14.

Отсюда можно сделать вывод, что увеличение концентрации КП приводит к уменьшению объемной плотности, безусловно, из-за более высокая поддержка, обеспечиваемая волокнами.С другой стороны, было замечено, что увеличение значения S, а также увеличение количества VTMS привело к более высоким значениям объемной плотности, что согласуется с результатами усадки.

Плотность скелета, удельная поверхность и пористость . Эти свойства были изучены для образцов, использованных для первоначального анализа DOE, но только для KP = 8% (из-за наблюдаемой более низкой объемной плотности).

Полученные значения скелетной плотности отобранных образцов аэрогелей приведены в таблице 2; они варьировались от 1 до 1.13 и 1,48 г · см ^-3 и согласуются с литературными данными для аналогичных органических модифицированных систем аэрогелей [7]. Пористость, полученная из уравнения (3), находится в интервале 81–84,5%, за исключением одного образца с вдвое большей объемной плотностью (Таблица 2; образец TEOS _0,5 / VTMS _0,5, S = 14 и KP = 8%). Удельную поверхность и распределение пор по размерам приготовленных аэрогелей оценивали по изотермам адсорбции / десорбции азота (рисунок S3), и их значения представлены в таблице 2 и на рисунке 5.Обратите внимание, что средние размеры пор в таблице 2 были получены из уравнения (5), а не из N ₂ адсорбция / десорбция, чтобы включить все размеры пор. Как видно из рисунка S3, форма изотерм адсорбции / десорбции следовала тип IV по классификации IUPAC, характерный для мезопористых материалов, распознаваемый по их петле гистерезиса. Форма гистерезиса адсорбции / десорбции аэрогелей приблизительно соответствует типу пор h3, что указывает на поры, похожие на узкое место.Это более очевидно в образцах с большим объемом пор. Тип пор h3 типичен для неупорядоченных пористых сетей с неправильной формой пор и сложной взаимосвязью. Удельная поверхность аэрогелей на основе TEOS (~ 450 м ² · г ⁻¹) была ниже, чем у TEOS. аэрогели на основе, синтезированные в метаноле [29] или синтезированные в этаноле, но силилированные с помощью TMCS [13,17,18,30], что связано с более благоприятными соединениями для синтеза в последнем. Однако эти соединения (метанол и TMCS) представляют большую опасность для операторов и окружающей среды.Введение VTMS в качестве сопредшественника приводит к небольшому увеличению площади поверхности для S = 6 (таблица 2), а для S = 14 значения намного выше (~ 615 м ² · г ⁻¹ ), сравнимые с таковыми для аналогичной системы TEOS / VTMS [7]. Увеличение площади поверхности для аэрогелей на основе TEOS / VTMS можно объяснить большим количеством мезопор, поскольку при введении виниловых групп в аэрогели наблюдалось уменьшение среднего диаметра пор (таблица 2, рисунок 5), вероятно, из-за большего взаимодействия между КП и органически модифицированной матрицей, а также из-за уже обсуждавшейся более высокой усадки.

3.4. Термическая характеристика

Теплопроводность . Эволюция теплопроводности согласуется с тенденцией насыпной плотности (Таблица 1) — обычно оба значения уменьшаются при использовании большего количества арамидной целлюлозы и более низкого значения S. При увеличении S до 10 для того же количества КП, 6,5%, становится ясно, что введение небольшого количества VTMS в матрицу аэрогеля привело к снижению теплопроводности на 13,8%, вероятно, из-за уменьшения размер пор; дальнейшее увеличение содержания VTMS способствует почти удвоению значения k для TEOS _0.5 / VTMS _0,5 образец, оправдано очевидным доминирующим эффектом увеличения насыпной плотности. Большие образцы были измерены датчиком с большим радиусом, и полученные значения теплопроводности значительно ниже, чем у меньшего датчика (Таблица 1). Результаты более крупного датчика (5501) более репрезентативны для теплопроводности этих образцов, поскольку они оцениваются с учетом большего объема для теплопередачи. Ожидается, что для образцов еще большего размера, с размером, совместимым с измерениями Guarded Hot Plate (пренебрежимо малый граничный эффект), теплопроводность может еще больше снизиться.В будущем для подтверждения этой гипотезы будет проведена работа по увеличению масштабов использования этих аэрогелей. Термическая стабильность . Для оценки термической стабильности композитов с аэрогелем из диоксида кремния, армированного КП, был проведен термогравиметрический анализ от комнатной температуры до 800 ° C в атмосфере азота (Рисунок 6; Таблица S2). Первая потеря веса (~ 9%) несилилированного образца начинается при комнатной температуре и происходит из-за адсорбированной воды и остаточных растворителей / побочных продуктов (начало T = 23.0 ° С). Примечательно, что в случае образцов, содержащих VTMS, эта потеря намного меньше (~ 2,3%) из-за большей гидрофобности, обеспечиваемой виниловыми группами, даже без силилирования. Вторая потеря массы наблюдается с ок. От 350 до 700 ° C (T _начало = 450 ° C), на более ранней стадии связано с потерей структурных гидроксильных групп и, на более поздней стадии, с термическим разложением винильных групп, полученных из сопредшественника VTMS , разложение метильных групп, присоединенных к поверхности кремнезема после силилирования, и разложение КП.После этого явления ожидается потеря гидрофобной природы модифицированного аэрогеля в результате разложения метил / виниловых групп. Конечный массовый процент образца был высоким (80–90%) и связан с углеродом и кремнеземом, которые остаются в тигле. В общем, приготовленные композиты с аэрогелем можно использовать при высокой температуре, до 450–550 ° C, в течение значительных периодов времени без значительного термического разложения и сохранения их размера / монолитности (Рисунок S4). В случае образцов TEOS / VTMS с модификацией поверхности термическая стабильность выше, до 550 ° C (Таблица S2).

3,5. Механические характеристики

Механическое поведение композитов на основе аэрогеля на основе диоксида кремния, армированных KP, оценивали с помощью испытаний на одноосное сжатие-декомпрессию, состоящих в нагружении и разгрузке образцов с деформацией от 0% до 15% с датчиком нагрузки от 50 Н до 0% и 25% с датчиком нагрузки 3 кН. Также был проведен разрушающий тест с ячейкой 3 кН до максимально допустимой силы, чтобы описать механическое поведение образцов. Результаты сжимающего напряжения в зависимости от деформации, полученные в последнем упомянутом испытании, показаны на рисунке 7A для различных образцов.Кривые можно разделить по существу на три области: линейная стадия, стадия текучести и стадия уплотнения (упруго-пластическая стадия). В начале линейной стадии (до ~ 6%) наклон кривой сжатия практически не меняется, и основная опора во время этой фазы соответствует открытым порам и упругому изгибу волокон КП и стенок пор. На стадии податливости (деформация 6–40%) наблюдается увеличение напряжения. Волокна в матрице аэрогеля играют роль опорного каркаса, рассеивая и передавая внешнюю силу всему образцу и предотвращая разрушение структуры.Это увеличение также может быть результатом упругого коробления стенок пор [7,17]. На заключительном этапе (деформация> 50%) наклон кривой напряжение-деформация значительно увеличивается из-за уплотнения пористой структуры и соответствующего увеличения жесткости сжатого образца. Несмотря на отсутствие ожидаемых химических связей между волокнами и матрицей кремнезема, большая межфазная адгезия увеличивает силу Ван-дер-Ваальса между двумя фазами [13]. Дисперсия волокон KP в матрице из диоксида кремния является разнонаправленной и однородной, поэтому внешнее напряжение передается на весь композит, избегая концентрации напряжений и будучи способным выдерживать большее внешнее напряжение.Как следствие, композиты с аэрогелем, армированные КП, могут выдерживать более высокие сжимающие напряжения по сравнению с композитами, армированными более крупными волокнами [17]. Модуль Юнга был рассчитан из области текучести напряжение-деформация, и значения представлены в таблице 1. Как правило, значение Y _M увеличивается с увеличением значения S, таким образом, более гибкие композиты с аэрогелем могут быть получены при более низких значениях S, что согласуется с уменьшением насыпной плотности. Кроме того, увеличение количества VTMS в матрице привело к получению более жестких образцов аэрогеля.Помимо эффекта объемной плотности, эта тенденция, вероятно, также связана с взаимодействием винильной группы кремнеземной сетки с ароматическим кольцом арамида через их пи-системы [31]. Что касается содержания волокон, влияние на Y _M не ясно, хотя оно имеет тенденцию к уменьшению с увеличением веса. % КП, что связано с уменьшением насыпной плотности. Механические свойства полученных аэрогелей важны для выбора наиболее подходящего материала для применения в больших объемах.Например, хорошая эластичность требуется в космических приложениях (например, костюмы, трубы и панели) для адаптации к большим изгибам. По этой причине способность этих материалов возвращаться к своей первоначальной форме во время разгрузки очень важна. Таким образом, были проведены испытания на восстановление (рис. 7C, D), и результаты показывают, что в целом после 25% деформации образцы восстанавливают до 77% своей формы. Чтобы оценить способность нанокомпозитов выдерживать размерные нагрузки, осевые Испытания на циклическое сжатие (5 циклов) были выполнены до 25% деформации при скорости сжатия 1 мм / мин (Рисунок 8).После каждого цикла измеряли высоту образца, чтобы оценить его способность к извлечению (таблица S3).