Сравнительный анализ некоторых характеристик пористого заполнителя из дробленого автоклавного газобетона

Введение. Легкому бетону на пористом заполнителе принадлежит важная роль в решении технической задачи по снижению массы возводимых конструкций и уменьшению за счет них материалоемкости строительства. Конструкции стен и покрытий из легких бетонов с низкой теплопроводностью сберегают тепло в помещениях и тем самым позволяют тратить меньше топливные и энергетические ресурсы на отопление зданий, при этом учитываются возросшие технические требования к стеновым материалам, в частности увеличения термического сопротивления ограждающих конструкций. В настоящее время большой популярностью у строителей и технологов имеет керамзит, что объясняется высокими качествами последнего как заполнителя легких бетонов [1-4]. Согласно многочисленным экспериментальным данным [5-8], на основе керамзитового заполнителя можно получать легкие бетоны, обладающие широким диапазоном основных строительных свойств. Для производства керамзита пригодными считаются легкоплавкие глинистые породы: сланцы, глины и суглинки. Но, современные разработки дают возможность использования в качестве сырьевых компонентов различные отходы промышленности, в том числе доменные шлаки, золошлаковые отходы тепловых электростанций, отходы угледобычи и углеобогащения. Это позволяет не только улучшить экологическую обстановку путем утилизации отходов производства и сокращения земельных угодий на разработку карьеров и складирование отходов, но в ряде случаев существенно повысить эффективность производства пористого заполнителя за счет сокращения расхода топлива. Немаловажен и тот факт, что керамзит получают обжигом при температуре 1100-1200 оС во вращающихся печах. “Развитие науки и технологий” Научно–технический журнал №5/2025 459 Аниқ ва ижтимоий-иқтисодий фанлар К искусственным легким пористым заполнителям, кроме керамзита, относятся также аглопорит, шлаковая пемза, вспученный перлит, вспученный вермикулит, пенополистирол, пеностекло и т.д. [9,10]. Они применяются и при получении бетонных растворов, сухих строительных смесей различного назначения. Автоклавный газобетон был изобретён в 1923 году и широко используется по всему миру. В зависимости от механизма образования пор, используемых вяжущих материалов и, что наиболее важно, способа затвердевания, газобетон можно разделить на автоклавный и неавтоклавный газобетон. Автоклавный газобетон можно производить химическим способом. В результате реакции взаимодействия алюминия и гидроксида кальция образуется газообразный водород, который обеспечивает бетону пористую структуру и легкий вес. Некоторые исследователи предлагают получать пористые заполнители посредством дробления ячеистых бетонов и использовать их для получения легких бетонов, штукатурных смесей, изготовления тёплых половых стяжек и т.д [11-13]. Дробленый материал имеет пористую структуру, что обеспечивает низкую теплопроводность (0,07 - 0,14 Вт/м°C в зависимости от плотности). Кроме того, она абсолютно безопасна для человека и обладает отличной морозостойкостью (F35). Средняя насыпная плотность газобетонной крошки — 200–500 кг/м³, прочность при сдавливании в цилиндре не менее 0,5 МПа, влажность в естественном состоянии не более 25% и удельная эффективная активность естественных радионуклидов не превышает 370 Бк/кг. Она может поставляться в виде фракций размером до 40 мм. Газобетонную крошку отгружают навалом или в биг-бэгах по 1 м3. В газобетонной крошке имеется пылевидная фракция (3-5% по объему). Обладает самым низким классом экологической опасности — 5-й (не опасный отход). Коэффициент паропроницаемости – в среднем в пределах 0,16-0,23 мг/(м·ч·Па) [14-17]. Научные исследования в области легких бетонов на основе газобетонной дробленки активно развиваются, особенно в контексте переработки строительных отходов и улучшения эксплуатационных характеристик строительных материалов. Газобетонная дробленка, получаемая из обрезков и отходов газобетонных блоков, представляет собой перспективный компонент для разработки экологически чистых и энергоэффективных строительных материалов. Ежегодно на современных предприятиях по производству изделий из газобетона образуются от 5000 до 10000 м3 твердых отходов производства [18]. Их объем в среднем составляет от 1,6 до 15,4% от общего количества выпускаемой продукции. Одним из перспективных и малоисследованных направлений строительного материаловедения является практическое применение твердых отходов с пористым строением в конструкционно-теплоизоляционных легких бетонах. В результатах данного исследования дана положительная оценка возможности использования дробленого газобетона в качестве крупного заполнителя в легких бетонах конструкционно-теплоизоляционного назначения и установлены оптимальные условия для получения изделий с наилучшими характеристиками. Также определены качественные показатели дробленого газобетона, проанализированы факторы, влияющие на сохранение свойств бетона во времени, подобран состав заполнителя из дробленого бетона, изучены структура и свойства полученных образцов и возможности применения пластификатора для обеспечения реологических свойств бетонной смеси. Установлено, что для получения эффективных конструктивно-теплоизоляционных легких бетонов с использованием в качестве заполнителя отходов производства газобетона возможна за счет фракционирования и предварительной обработки заполнителя водной дисперсией акриловых сополимеров глубокого проникновения, введения в бетонную смесь избыточного количества воды затворения, в том числе оптимизация реологических свойств бетонной смеси за счет введения поликарбоксилатного гиперпластификатора. Установлено [19], что фракционированные отходы автоклавного ячеистого бетона могут быть использованы в качестве заполнителя для легких бетонов в технологии “Фан ва технологиялар тараққиёти” Илмий–техникавий журнал №5/2025 460 Точные и гуманитарно-экономические науки производства стеновых блоков, декоративных и облицовочных плит, сухих строительных смесей. В технологии производства изделий - блоков стеновых, перемычек брусковых, плит облицовочных дробленный ячеистый бетон предлагается использовать в качестве пористого заполнителя. Сырьевая смесь бетона на 70-80% состоит из фракционированного заполнителя на основе автоклавного ячеистого бетона, 20-25% цемента и до 5% функциональных добавок (гидрофобизатор, пластификатор). Расход цемента на 1 м3 бетона составляет 260-320 кг/м3. Из полученных результатов следует, что теплопроводность блоков стеновых из отходов производства автоклавного ячеистого бетона плотностью 760-800 кг/м3 составляет 0,1930,199 Вт/(м·оС), при этом плотность теплового потока через испытываемые блоки составила со стороны теплого отсека камеры 19,5-20,1 Вт/м2. В процессе выполнения исследований по рациональному использованию отходов производства автоклавного ячеистого бетона разработаны составы кладочных и штукатурных смесей, где в качестве заполнителя используются фракционированный ячеистый бетон. В последние годы при строительстве мало- и многоэтажных зданий в Республике Узбекистан уделяют большое внимание применению ячеистых бетонов, в частности автоклавному газобетону вместо традиционного строительного керамического кирпича. На сегодняшний день выпуском автоклавного газобетона занимаются такие предприятия, как например, “Arton”, “Ytong” и “BS gazobeton” (табл. 1). При производстве автоклавного газобетона основной тепловлажностный процесс осуществляется в автоклавах при давлении 8-12 бар и температуре 180-200 оС. На современных производствах автоклавного газобетона объем брака составляет 1,01,5% от общего объема производимой продукции. С понижением средней плотности производимого газобетона количество брака увеличивается. При этом ежегодная отбракованная продукция накапливается на территории предприятия или же подвергается дроблению и реализуется в виде насыпного утеплителя. Таблица 1 Производители автоклавного газобетона в Республике Узбекистан № Название предприятия и местонахождение Средняя плотность продукции, кг/м3 Объем брака, тыс. м3/год (1-1,5% от общего объема) Мощность предприятия, тыс. м3/год Год основания 1 Arton (Ташкентская область, город Ахангаран) 500 2019 D200-D600 5-7,5 2 Ytong (Ташкентская область, Кибрайский район) 450 2022 D400-D600 4,5-6,75 3 BS gazobeton (Сырдарьинская область, Сырдарьинский район) 450 2023 D400-D600 4,5-6,75 Газобетонная дробленка состоит из зёрен имеющие форму многогранника. Имеет развитую пористую поверхность, что также немаловажно с точки зрения ее максимального сцепления с другими составляющими компонентами лёгких бетонов различного класса прочности. Предыдущими исследованиями [20,21] нами были изучены некоторые свойства автоклавных газобетонов предприятий “Arton” и “Ecoton”. Был рассмотрен вопрос получения легкого пористого заполнителя из автоклавного газобетона предприятия “Arton” [22, 23] и исследованы некоторые свойства дробленки, полученных из автоклавных газобетонов. “Развитие науки и технологий” Научно–технический журнал №5/2025 461 Аниқ ва ижтимоий-иқтисодий фанлар Цель исследования. Целью данной работы являлось определение и сравнительный анализ зернового состава, насыпной плотности и водопоглощения дробленки из автоклавного газобетона 3 предприятий Республики Узбекистан. Сырьевые материалы и методы исследования. В исследованиях были использованы газобетонные блоки автоклавного твердения со средней плотностью D 500 предприятий “Arton”, “Ytong” и “BS gazobeton”. Блоки в лабораторных условиях были предварительно раздроблены и высушены до постоянной массы при температуре 100 оС в сушильном шкафу. В ходе исследований были определены гранулометрический состав, насыпная плотность и водопоглощение дробленки газобетонов автоклавного твердения. Дробление образцов газобетона размером 10х10х10 см осуществляли подручными средствами (молоток весом 560 грамм). Некоторые свойства приведены в табл. 2. Таблица 2 Физико-механические характеристики газобетонов автоклавного твердения № Наименование производителя Количество ударов молотком для полного раздробления образцов в виде кубов 10х10х10 см, не менее 1 Arton 530 2,995 75 2 Ytong 516 3,082 75 3 BS gazobeton 530 3,075 55 Результаты исследований и их обсуждение. Просеивание дробленки 3 предприятий показали, что основная часть состоит из зерен крупностью 20-40 мм (рис. 1). Самые минимальные количества имела фракция 0,14-0,315 мм. Оказалось, что дробленка состоит не только из крупных фракций, но и мелких фракций крупностью менее 5 мм. Очень близкие значения частных остатков наблюдались в интервале фракций 0,63-10 мм. Лидером по количеству частного остатка на сите с размерами ячеек 20 мм оказалась дробленка “BS gazobeton”. Средняя плотность, кг/м3 Прочность на сжатие, МПа Рисунок 1. Гранулометрический состав дробленки автоклавного газобетона “Фан ва технологиялар тараққиёти” Илмий–техникавий журнал №5/2025 462 Точные и гуманитарно-экономические науки Рисунок 2. Долевые части дробленки автоклавного газобетона Условное разделение дробленки на крупный (˃ 5 мм), мелкий (5-0,14 мм) заполнитель и наполнитель (˂ 0,14 мм) показало (рис. 2), что крупный заполнитель составляет 69,86 – 85,1 %, мелкая песочная часть 12,48 – 22,15 % и высокодисперсная наполнительная (пылевидная) часть 2,38-7,98 %. Наличие различных фракций в дробленки дает возможность применения их в разных целях. Требуемую фракцию можно отделить из дробленой смеси посредством грохота с требуемыми размерами ячеек. Кроме того, дробленка, имеющая полифракционный состав, даёт возможность более плотную упаковку зерен во время приготовления легких бетонов на её основе. Результаты насыпной плотности в неуплотненном состоянии приведены на рис. 3. Как оказалось, самую высокую и низкую насыпную плотность имели дробленки автоклавного газобетона предприятий “Arton” и “BS gazobeton”. При этом показатель насыпной плотности дробленки находился в пределах 247329 кг/м3. В дальнейшем были рассмотрены водпоглощающие свойства смесей дробленки и их отдельных фракций. Водопоглощение смесей дробленки “Arton”, “Ytong” и “BS gazobeton” составили 76,66; 88,00 и 100 % по массе. Максимальные значения водопоглощения у образцов предприятий “Ytong” и “BS gazobeton” были у фракции ˃0,63 мм, а у образца “Arton” ˃ 1,25 мм. Так как при просеивании дробленки “BS gazobeton” не было фракции более чем ˃ 0,14 мм, не имелось возможность определения её водопоглощения. Показатели фракционного водопоглощения по массе варьировались в пределах 63,3 – 176,75 % (рис.4). Значительно высокие показатели водопоглощения говорят об необходимости её Рисунок 3. Насыпная плотность в неуплотненном состоянии дробленки автоклавного газобетона “Развитие науки и технологий” Научно–технический журнал №5/2025 463 Аниқ ва ижтимоий-иқтисодий фанлар Рисунок 4. Водопоглощение дробленки автоклавного газобетона по фракциям учитывания во время приготовления смесей и растворов с их использованием. Фракции размерами менее 10 мм имели значения водопоглощения по массе больше 100%. Исключением была дробленка “Arton” имевшая водопоглощение более 100% уже при фракции менее 20 мм. Заключение. Таким образом, изучение фракционного состава дробленки автоклавного газобетона показали, что основная часть её состоит из зерен размером ˃ 20 мм. Показатель насыпной плотности дробленки находится в пределах 247 – 329 кг/м3. Водопоглощение смесей дробленки “Arton”, “Ytong” и “BS gazobeton” составили 76,66; 88,00 и 100 % по массе. Показатели фракционного водопоглощения по массе варьировались в пределах 63,3 – 176,75 %. Пористый заполнитель из дробленого автоклавного газобетона вполне может быть использован в качестве крупного заполнителя в легких бетонах конструкционнотеплоизоляционного назначения