Шихов А.Н., Зекин В.Н., Неволин И.А.
ИССЛЕДОВАНИЕ ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ СТЕНОВОГО МАТЕРИАЛА НА ОСНОВЕ ТОРФА ДЛЯ МАЛОЭТАЖНЫХ ЖИЛЫХ ЗДАНИЙ *
Аннотация:
в статье приведены результаты исследования физико-технических свойств стенового материала на основе торфа местного месторождения Пермского края. В качестве вяжущего вещества были использованы не традиционные вяжущие вещества (лигносульфаты технические жидкие марки ТУ 2455-028-00279580-2014, магнезитовый каустический порошок) и гипс марки Г- 4 производства ОАО «Ергач». Установлено, что разработанный материал может применяться в качестве стенового материала для производственно-жилых комплексов (ПЖК)
Ключевые слова:
торф, не традиционные вяжущие вещества, теплотехнический расчет, стеновой материал для производственное-жилых комплексов
УДК 69
Шихов А.Н.
канд. техн. наук, доцент кафедры строительных технологий
Пермский государственный аграрно-технологический университет
имени академика Д.Н. Прянишникова
(г. Пермь, Россия)
Зекин В.Н.
канд. техн. наук, доцент кафедры строительных технологий
Пермский государственный аграрно-технологический университет
имени академика Д.Н. Прянишникова
(г. Пермь, Россия)
Неволин И.А.
Научный консультант АО «ГалоПолимер»
(г. Пермь, Россия)
ИССЛЕДОВАНИЕ ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ
СТЕНОВОГО МАТЕРИАЛА НА ОСНОВЕ ТОРФА ДЛЯ МАЛОЭТАЖНЫХ ЖИЛЫХ ЗДАНИЙ
Аннотация: в статье приведены результаты исследования физико-технических свойств стенового материала на основе торфа местного месторождения Пермского края. В качестве вяжущего вещества были использованы не традиционные вяжущие вещества (лигносульфаты технические жидкие марки ТУ 2455-028-00279580-2014, магнезитовый каустический порошок) и гипс марки Г- 4 производства ОАО «Ергач». Установлено, что разработанный материал может применяться в качестве стенового материала для производственно-жилых комплексов (ПЖК).
Ключевые слова: торф, не традиционные вяжущие вещества, теплотехнический расчет, стеновой материал для производственное-жилых комплексов (ПЖК).
В условиях санкций Запада и ограничений экспорта углеводородов нашей стране нужен поиск новых источников их замены. Таким источником может стать экспорт экологических продуктов сельскохозяйственного производства. Президент РФ уже поставил задачу удвоить экспорт сельскохозяйственной продукции и довести его до 40 млн. долларов в год [1]. Для этого в России сегодня есть все возможности:
В последнее время особое внимание уделяется использованию местных строительных материалов в жилищном и сельскохозяйственном строительстве. Одним из таких местных строительных материалов является торф, залежи которого значительны в Пермском крае. Торф представляет собой почвенную массу с высокими теплоизолирующими свойствами. Уникальные свойства торфа: низкая плотность, малая теплопроводность - обуславливают целесообразность его использования в качестве стенового материала в наружных ограждающих конструкциях ПЖК.
Значительные исследования по использованию торфа при изготовлении теплоизоляционных плит проведены в «Ивановском государственном архитектурно-строительном университете» [4].
Аналогичные исследования по применению торфоблоков на гипсовом вяжущем для ограждающих конструкций жилых и сельскохозяйственных зданиях выполнены в Пермском государственном аграрно-технологическом университете имени академика Д.Н. Прянишникова [5].
Для дальнейшего расширения номенклатуры стеновых материалов и использование их при строительстве (ПЖК) проведены исследования по использованию торфа местного месторождения Пермского края на основе не традиционных вяжущих в виде жидкого лигносульфата марки ТУ 2455-028-00279580-2014, магнгезитового каустического порошка и гипса марки Г- 4 производства ОАО «Ергач».
Цель и методика исследования
Целью исследования является разработка нового материала для стеновых ограждений жилых зданий на основе торфа местного месторождения Пермского края и не традиционных вяжущих в виде жидкого лигносульфата марки ТУ 2455-028-00279580-2014, магнгезитового каустического порошка и гипса марки Г- 4 производства ОАО «Ергач».
Для проведения исследований использованы традиционные методики по определению прочностных характеристик стандартных образцов размером 100х100х100 мм в соответствии с ГОСТ 125-79.
Теплотехнические расчеты для стенового ограждения жилых зданий на основе торфа осуществлялись для климатических условий Пермского края в соответствии с требованиями следующих нормативных документов:
- СП50.13330.2012 Тепловая защита зданий. Актуализированная редакция СНиП 23-02-2003»;
- СП 131.13330.2012. Строительная климатология. Актуализированная версия СНиП 23-01-99*;
- СП 23-101-2004 Проектирование тепловой защиты зданий.
Результаты исследования и их обсуждение
В зависимости от соотношения входящих компонентов изготавливались образцы размером 100х100х100 мм в соответствии с ГОСТ 125-79. Время перемешивания определялось экспериментально - до получения однородной смеси. Для каждого варианта изготавливались по 3 образца- куба размером 100х100х100 мм. Образцы получали методом механического уплотнения. Испытания проводились после естественной сушки в течение 2 недель. Результаты испытаний приведены в табл.1.
Таблица 1 - Физико-технические показатели образцов
на основе торфа в зависимости от вида связующего
|
№ пп |
Состав входящих компонентов (грамм) |
R сж. МПа |
Вт/(м·°С) |
Плотность, Кг/м3 |
||||
|
Торф |
ЛСТ, 40% |
Магнез. каустический |
Гипс Г-4 |
Вода |
||||
|
1 |
70 |
318 (40%) |
|
|
|
3,8 |
0,105 |
450 |
|
2 |
700 |
|
700 |
|
1000 |
3,6 |
0,118 |
750 |
|
3 |
500 |
250 |
250 |
|
400 |
4,0 |
0,115 |
560 |
|
4 |
400 |
150 |
300 |
150 |
700 |
4,2 |
0,109 |
650 |
|
5 |
400 |
70 |
300 |
350 |
800 |
4,5 |
0,120 |
780 |
Анализ данных табл.1 показывает, что образцы на основе торфа и связующего в виде 40%-ЛСТ имеют самую низку плотность при значительной прочности образцов и низкий коэффициент теплопроводности = 0,105 Вт/(м 0С, что позволяет рекомендовать этот состав № 1 в качестве теплоизоляционного материала.
Замена связующего в виде 40%-го ЛСТ на магнезитовый каустический порошок повышает плотность образцов до 750 кг/м3 с одновременным увеличением коэффициента теплопроводности до = 0,118 Вт/(м .0 С).
Для снижения плотности образцов был изготовлен состав № 3 с равным количеством вяжущих веществ (40%-го ЛСТ и магнезитового каустического порошка). При плотности образцов 560 кг/м3 они имеют коэффициент теплопроводности = 0,115 Вт/(м.0С, что позволяет использовать их в качестве теплоизоляционного материала в чердачных перекрытиях ПЖК.
Использование в образцах помимо вышеизложенных связующих строительного гипса (состав № 4) повышает незначительно плотность до 650 кг/м3 при одновременном снижении коэффициента теплопроводности до = 0,109 Вт/(м .0 С). Такой состав можно использовать в качестве стенового материала ПЖК.
Увеличение количества гипса в 2 раза и снижение в 2 раза количества 40% - го ЛСТ повышает плотность до 780 кг/м3 и прочность до 4,5 МПа образцов при одновременном снижении коэффициента теплопроводности до = 0,120 Вт/(м .0 С).
Анализ данных табл.1 показывает, что образцы на основе торфа и связующего в виде 40%-го ЛСТ имеют самую низку плотность (450 кг/м3 ) при значительной прочности образцов (3,8 МПа) и низкий коэффициент теплопроводности (= 0,105 Вт/(м 0С), что позволяет рекомендовать этот состав в качестве теплоизоляционного материала.
Замена связующего в виде 40% ЛСТ на магнезитовый каустический порошок повышает плотность образцов до 780 кг/м3 с одновременным увеличением коэффициента теплопроводности до = 0,118 Вт/(м .0 С. Данный состав можно рекомендовать для изготовления стеновых блоков наружных стен (ПЖК)..
Хорошие результаты получены при изготовлении образцов с использованием в качестве связующего к торфу 40% ЛСТ и магнезитового каустического порошка (состав № 3. При плотности образцов 560 Кг/м3 они имеют коэффициент теплопроводности = 0,115 Вт/(м.0С), что позволяет использовать их в качестве теплоизоляционного материала в чердачных перекрытиях производственно-жилых комплексов ПЖК.
Использование в образцах помимо вышеизложенных связующих строительного гипса повышает незначительно плотность при одновременном увеличении коэффициента теплопроводности до = 0,109 Вт/(м .0 С. Такой состав можно использовать в качестве стенового материала для наружных стен ПЖК.
Увеличение количества гипса в 2 раза к вышеприведенному составу повышает плотность и прочность образцов, а также коэффициент теплопроводности до 0,120 Вт/(м .0 С).
Для установления целесообразности применения нового материала в качестве стенового материала для ПЖК был произведен теплотехнический расчет, который осуществлялся в соответствии с требованиями следующих нормативных документов:
- СП 50.13330.2012 Тепловая защита зданий. Актуализированная редакция СНиП 23-02-2003»;
- СП 131.13330.2012. Строительная климатология. Актуализированная версия СНиП 23-01-99*;
- СП 23-101-2004 Проектирование тепловой защиты зданий.
Состав материала и теплотехнические характеристики стенового ограждения производственно-жилых комплексов (ПЖК), приведены в табл. 2.
Таблица 2 - Состав стенового ограждения и нормируемые теплотехнические показатели материалов для производственно-жилых комплексов ПЖК
|
№ пп |
Наименование материала |
, кг/м3 |
, м |
Вт/(м·°С) |
|
1 |
Известково-песчаный раствор |
1600 |
0,02 |
0,81 |
|
2 |
Монолитная стена на основе торфа |
650 |
- |
0,109 |
|
3 |
Наружная облицовка из лицевого кирпича |
1600 |
0,12 |
0,64 |
Сначала определяем величину градусо-суток по формуле
ГСОП=(tв - tот)zот ,
где tв – температура внутреннего воздуха в помещении, которая равна 20 0 С;
tот – температура отопительного периода, которая для г. Перми составляет -5,5 оС;
zот – продолжительность отопительного периода, которая для г. Перми составляет 225 суток.
ГСОП=(20 + 5,5)х225= 5737,5 оС ∙ сут.
Далее вычисляем значение требуемого сопротивления теплопередаче стены здания при численных значениях коэффициентов: а = 0,00035 и b =1,4.
Rотр = а ∙ ГСОП + b = 0,00035 . 5737,5 + 1,4 = 3,408 (м2 оС/Вт).
Определяем величину приведенного сопротивления теплопередаче по формуле:
Rопр = Rотр / r = 3,408 / 0,74 = 4,605 (м2 оС/Вт).
Устанавливаем термическое конструктивное сопротивление теплопередаче стенового ограждения, которое составляет:
Rк = 0,02/0,81 + 0,12/0,64 = 0, 024 + 0,187 = 0,211(м2 оС/Вт).
Далее определяем величину термического сопротивления для монолитной стены на основе торфа:
Rст = Rопр - Rк = 3,408 - 0,211 = 3,197, (м2 оС/Вт).
Устанавливаем толщину монолитной стены на основе торфа по формуле:
= Rст х = 3,197 х 0,109 = 0,348 м.
Округляем толщину монолитной стены на основе торфа до значения 0,35 м.
Определяем фактическое термическое сопротивление теплопередаче (Rо ф) для стены с учетом округления монолитной части из торфобетона до 0,35 м.
Rо ф = Rк + / = 0,211+ 0,35 / 0,109 = 0,211 + 3,211 = 3,422, (м2 оС/Вт).
Проводим проверку на конденсацию водяного пара на внутренней поверхности стенового ограждения по формуле:
= = ºС.
Для температуры внутреннего воздуха 20оС температура точки росы составляет 10,69оС. Следовательно, при температуре на внутренней поверхности стены 18,15оС, которая выше температуры точки росы, конденсация водяного пара на внутренней поверхности стенового ограждения не будет происходить.
Вывод: Установленная теплотехническим расчетом толщина стенового ограждения на основе торфа и не традиционных вяжущих веществ удовлетворяет нормативным требованиям тепловой защиты жилого здания для условий Пермского края.
Выводы и предложения
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
Чуйков А. Идет война пшеничная./Аргументы недели. №12(807) 2022 - С.6.
Антонов Ю. Перенаселение земли отменяется./Аргументы недели. №12(807) 2022. - С.8.
Зекин В.Н., Светлаков А.Г., Печенцов И.М. К вопросу развития производственной структуры сельских территорий. Пермский аграрный вестник №4 (16) 2016. - С. 133- 136.
Виталова Н.М. Использование торфа Ивановской области для изготовления теплоизоляционных плит [Текс] / Н.М Виталова, П.П. Гуюмжян, Н.Л. Марабаев // Х1 Международная науч.- техн. конференция «Информационная среда вуза».- С. 650-652.
Шихов А.Н., Щукина А.В. Строительство сельскохозяйственных зданий из торфоблоков. Материалы Научно-практической конференции молодых ученых, аспирантов и студентов, посвященной 100-летию со дня рождения профессора Ю.Г. Фомичева (Пермь 11-15 марта 2019 года). - С. 335-337.
Shikhov A.N.
Candidate of Technical Sciences,
Associate Professor of the Department of Construction Technologies
Perm State Agrarian and Technological University
named after Academician D.N. Pryanishnikov
(Perm, Russia)
Zekin V.N.
Candidate of Technical Sciences,
Associate Professor of the Department of Construction Technologies
Perm State Agrarian and Technological University
named after Academician D.N. Pryanishnikov
(Perm, Russia)
Nevolin I.A.
Scientific consultant of JSC "HaloPolymer"
(Perm, Russia)
INVESTIGATION OF PHYSICAL & MECHANICAL
PROPERTIES PEAT-BASED WALL MATERIAL
FOR LOW-RISE RESIDENTIAL BUILDINGS
Abstract: the article presents the results of a study of the physical and technical properties of a wall material based on peat from a local deposit in the Perm Region. As a binder, non-traditional binders were used (technical liquid lignosulfates TU 2455-028-00279580-2014, magnesite caustic powder) and gypsum G-4 produced by JSC Ergach. It is established that the developed material can be used as a wall material for industrial and residential complexes (PZHK).
Keywords: peat, non-traditional binders, thermal engineering calculation, wall material for industrial and residential complexes.
Номер журнала Вестник науки №5 (50) том 3
Ссылка для цитирования:
Шихов А.Н., Зекин В.Н., Неволин И.А. ИССЛЕДОВАНИЕ ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ СТЕНОВОГО МАТЕРИАЛА НА ОСНОВЕ ТОРФА ДЛЯ МАЛОЭТАЖНЫХ ЖИЛЫХ ЗДАНИЙ // Вестник науки №5 (50) том 3. С. 174 - 183. 2022 г. ISSN 2712-8849 // Электронный ресурс: https://www.вестник-науки.рф/article/5630 (дата обращения: 25.04.2024 г.)
Вестник науки СМИ ЭЛ № ФС 77 - 84401 © 2022. 16+