Глинобитные дома. По следам старых публикаций. Содержание.

Повышение прочности глинобетона при сжатии

Прочность при сжатии глинобетона в сухом состоянии находится в пределах 20—50 кг/см2. В соответствии с немецким стандартом DIN 18954 допустимые значения сжимающих напряжений для стен составляют 3—5 кг/см2. Повысить прочность при сжатии глинобетона необходимо в том случае, если исходные грунты имеют незначительное количество глинистого вещества или глиносырцовые конструкции являются несущими. Немецкие нормы ограничивают этажность зданий и сооружений с глиносырцовыми несущими стенами до двух этажей.

Огромное значение для глинобетонных мелкоштучных изделий при транспортировке, укладке имеет прочность кромок, которая зависит от прочности при сжатии и растяжении. Прочность при сжатии глинобетона зависит от гранулометрического и минералогического состава грунта, количества воды затворения, способа уплотнения (статического или динамического). Крупнозернистые добавки повышают прочность при сжатии глинобетона. Считается, что лучшей смесью песка и гравия при введении в глинобетон будет смесь, обладающая минимальной пустотностью. Пустоты между песком и гравием заполняют пылевидные и глинистые частицы. Максимальное значение плотности дает наивысшую прочность при сжатии.

Подготовка исходных грунтов

Прочность при сжатии глинобетона зависит от подготовки исходных грунтов.

Исследования, проведенные в институте строительной техники (Цюрих и Швейцария) и в лаборатории FEB, показали, что глинобетонный блок, спрессованный из грунта карьерной влажности, имеет меньшую прочность при сжатии по сравнению с прочностью глинобетонного блока, сформованного в деревянной форме без уплотнения на том же грунте, но с пластичной консистенцией. Экспериментальные работы, проведенные в лаборатории FEB, доказали, что прочность при сжатии грунтового камня ручного изготовления в среднем на 19% выше прочности камня, изготовленного на рычажном прессе с удельным давлением прессования 20 кг/см2.

Утверждения многих исследователей о том, что увеличение удельного давления прессования глинобетона приводит к повышению прочности при сжатии, верно для отдельных случаев. Особенностью глинистых грунтов является слоистое строение глинистых минералов. Находясь в пластичном состоянии, глинистые минералы активизируются и соединяются в более плотные группы с параллельным расположением, что приводит к повышению сырцовой прочности при растяжении и при сжатии в сухом состоянии. На лабораторном оборудовании для уплотнения глинобетонной смеси изучали образцы диаметром 76 мм и высотой 100 мм. Первую серию образцов из лессовидного грунта карьерной влажности уплотняли десятью ударами 4,5-килограммового груза, падающего с высоты 0,45 м. Коэффициент уплотнения составил 1,3—1,4. Две последующие серии образцов заполняли в цилиндрические формы без уплотнения, но лессовидный грунт был предварительно перемешан с водой в принудительном смесителе в течение 2 и 15 минут соответственно. После сушки не уплотненные образцы показали прочность при сжатии на 28 и 38% соответственно, что выше по сравнению с прочностью утрамбованных образцов. Эти исследования доказывают, что специальная подготовка исходных грунтов может оказывать большее влияние на прочность глинобетона, чем уплотнение смеси. Следует отметить, что прочность при сжатии будет различаться в зависимости от типа грунтов.

Уплотнение

Оптимальным способом уплотнения глинобетона на основе тощих глинистых грунтов является ударное или виброударное формование. Статическое прессование глиносырцовых мелкоштучных изделий менее эффективно для повышения прочности при сжатии. При виброударном прессовании происходит одновременное воздействие на смесь вибрации и удара от падающего пуансона.

Вибрирование уменьшает силу сцепления между частицами глинобетонной смеси и упаковывает ее в плотную структуру. В грунтах подвижной консистенции глинистые минералы создают параллельную, более плотную и упорядоченную структуру под воздействием электрических сил, что ведет к повышению прочности при сжатии и растяжении. В таблице приведены сравнительные данные динамического и статического уплотнения глинобетона, полученные экспериментальным путем в лаборатории FEB.

Значения прочности при сжатии после статического и динамического уплотнения легкого суглинка (глина — 15%, пыль — 29%, песок — 56%) и пылеватого суглинка (глина — 12%, пыль — 74%, песок — 14%)

ГрунтПлотность (кг/м3)Вибрация (1/мин)Прочность при сжатии (Н/м м2)
Легкий запесоченный суглинок200303,77
197715004,11
200530004,187
Легкий пылеватый суглинок202302,63
200915002,91
202430003,00

Прочность при сжатии пылеватого суглинка при постоянном прессовом давлении и вибрации 3000 оборотов в минуту в течение 10 секунд повышается на 14%. Способ уплотнения влияет на оптимальное содержание воды в глинобетонной смеси, которое подбирается экспериментальным путем. В соответствии с немецким стандартом DIN 18127, оптимальное содержание воды в смеси соответствует максимальной плотности материала в сухом состоянии. Однако максимальная плотность глинобетона при оптимальном содержании воды не обязательно приводит к максимальному значению прочности при сжатии. Более важными свойствами для глинобетона являются удобообрабатываемость и прочность при растяжении. При определении требуемого количества воды для глинобетонной смеси не следует руководствоваться методикой DIN 18127.

На практике, при изготовлении камней методом прессования из глинобетонных смесей с повышенной на 10% от оптимальной влажностью, физико-механические свойства изделий повышаются. Исследования Боманса доказывают, что при оптимальном содержании воды в грунтовой смеси не достигается максимальная прочность при сжатии глинобетона в сухом состоянии. При незначительном удельном давлении прессования и повышенном количестве воды затворения, а также при повышенном удельном давлении и пониженной влажности можно добиться одинакового значения прочности при сжатии глинобетона в сухом состоянии.

Эксперименты, проведенные в лаборатории ENTPE (Франция) доказали влияние минералогического состава грунтов при уплотнении на прочность при сжатии. Повышение удельного давления прессования с 2 до 8 МПа при изготовлении грунтовых камней увеличило прочность при сжатии на 50% у каолиновой глины и на 100% — у монтмориллонитовой.

Минеральные добавки

Введение в тощий грунт монтмориллонитовой глины повышает прочность при сжатии глинобетона. В лаборатории FEB проводили эксперименты с отмытым песком, который обогащали каолиновой и бентонитовой глиной. Добавки глинопорошка составляли 17% по массе. Содержание глинистого минерала — монтмориллонита в бентонитовой глине составляло около 70%. Прочность при сжатии глинобетона на каолинитовой глине достигла 5 кг/см2, на бентонитовой — 12 кг/см2. Добавки извести и цемента свыше 5% от массы воздушно сухих компонентов повышают атмосфероустойчивость и прочность при сжатии глинобетона. Известь и цемент разрушают связующую силу глинистого вещества в тощем грунте. Чем выше содержание глинистых частиц в грунте, тем большее количество извести и цемента требуется добавить.

Проведенные исследования показали, что добавки извести эффективны для суглинков, а цемента — для супесчаных грунтов. Экспериментально доказано, что цемент лучше работает с каолиновыми глинами, а известь — с монтмориллонитовыми. На практике рекомендуется обращать внимание на следующее:

1. При стабилизации грунта незначительным количеством цемента или извести пустоты в смеси не всегда заполнены вяжущим.
2. При гидратации цемента образуется свободная известь, которая вступает в реакцию с находящейся в глинистых грунтах в небольших количествах кремнекислотой. При этом образуется гидросиликат кальция. В цементогрунте нормальный процесс твердения цемента нарушается, так как его твердение происходит в присутствии другого активного компонента — грунта, вступающего в разнообразные соединения с продуктами гидролиза цемента. В отличие от цементного бетона, набирающего марочную прочность в нормальных условиях на 28 сутки, твердение цементогрунта происходит медленнее, поэтому его прочность увеличивается даже через четыре недели.

3. Исследования показывают, что предварительное насыщение грунта добавками извести позволяет увеличить прочность цементогрунта. В результате наличия у грунта физико-химической и химической поглотительной способности происходит обменная реакция между ионами кальция и катионами поглощающего комплекса, который длится 4—8 часов. Карбонизация извести углекислым газом воздуха, которая протекает очень медленно, также приводит к повышению прочности при сжатии.

4. Оптимальная влажность цементогрунта на пылеватом суглинке с добавкой извести превышает требуемое количество воды при изготовлении глинобетона на этом же грунте. Плотность в сухом состоянии цементогрунта ниже на 0,13 т/м3 по сравнению с плотностью глинобетона. Экспериментальные данные, полученные в лаборатории FEB (рис. 1), показывают, что глинобетон на пылеватом суглинке (12% — глина, 74% — пыль, 14% — песок), имеет прочность при сжатии в сухом состоянии 50 кг/см2. При введении в глинобетонную смесь незначительных добавок цемента прочность при сжатии цементогрунта уменьшается и увеличивается только при добавках цемента более 2%.

Рис. 1 Влияние расхода цемента на прочность при сжатии цементогрунта

При добавках извести более 4% прочность при сжатии цементогрунта повышается (рис. 2). Стабилизация цементогрунта 6% извести снижает его прочность.

Рис. 2 Влияние расхода извести на прочность при сжатии цементогрунта

Введение незначительных добавок цемента в тощий глиняный раствор подвижной консистенции значительно снижает прочность при сжатии и изгибе глиняной штукатурки (рис. 3).

Рис. 3 Влияние расхода цемента на прочность при изгибе и сжатии цементогрунта и песчаного бетона

Исследования, проведенные в лаборатории ENTPE, показывают: 4-процентный расход цемента увеличивает прочность при сжатии глинобетона на каолиновой глине, а при применении монтмориллонитовой глины прочность снижается. При сжатии глинобетона на основе каолиновой, а также монтмориллонитовой глины прочность увеличивается в два раза при введении 4% извести и 2% цемента. Необходимо отметить, что эксперименты были проведены со смесями, которые имели оптимальное количество воды и высокое содержание глинистого вещества. Однако на практике такое повышение прочности не приводит к таким высоким результатам, так как грунты, применяемые в глиносырцовом строительстве, содержат от 5 до 15% глинистых частиц, а смеси уплотняют не с оптимальной влажностью.

Интересно отметить, что прочность при сжатии образцов на песке и смеси песка с бентонитовым порошком при одинаковом расходе вяжущего практически не отличается. Прочность при сжатии цементогрунта на основе каолинового порошка и песка, укрепленного 6% извести, меньше прочности пескобетона.

На основе проведенных исследований были сформулированы следующие выводы:

1. Грунты с большим содержанием глинистого минерала — каолинита должны стабилизироваться цементом, а не известью.

2. Грунты с большим содержанием монтмориллонита должны укрепляться известковым или смешанным, в соотношении 2:1 (известь : цемент), вяжущим.

3. Сильное уплотнение грунтов с большим количеством монтмориллонита значительно увеличивает прочность при сжатии глинобетона.

Приготовленную цементогрунтовую смесь необходимо сразу укладывать, так как происходит схватывание цемента. Если готовая смесь не использовалась в течение нескольких часов, то прочность при сжатии цементогрунтовых камней может понизиться на 50%. При стабилизации грунтов известью вылеживание смеси не будет иметь такого отрицательного влияния на конечную прочность.

Если в смесь введено менее 5% цемента, огромное влияние на прочность цементогрунта оказывают условия хранения. Такие изделия необходимо предохранять от прямого воздействия солнечных лучей и ветра. Потеря влаги цементогрунтом негативно сказывается на его марочной прочности, которая может уменьшиться на 20% по сравнению с блоками влажного хранения. При отсутствии возможности нормального хранения продукции ее укрывают рогожами и увлажняют несколько раз в день водой. При введении 10% цемента в грунтовую смесь режим хранения оказывает меньшее влияние на прочность.

Введение извести с любыми кислыми активными добавками (природными и искусственными) повышает физико-механические свойства цементогрунта. Свойствами пуццолана обладают некоторые виды вулканического пепла, топливные золы, а также зола унос, полученная от сжигания рисовой культуры. К искусственным кислым активным минеральным добавкам относят цемянку — порошок, получаемый тонким измельчением боя кирпича. Силикатизация грунта с одновременным введением добавок кварцевого песка и мела позволяет получать прочность при сжатии укрепленного глинобетона 40—65 Н/мм2, а дополнительное введение перекиси водорода к этим компонентам позволяет получать легкий глиногазобетон. Геополимер является результатом поликонденсации — процесса, который протекает в щелочной среде с образованием трехмерных звеньев и сопровождается выделением побочного низкомолекулярного вещества — воды. Глиногазобетонные изделия получают методом литья, экструзии и прессования.

Органические добавки

Прочность при сжатии и изгибе глинобетона в сухом состоянии на основе каолиновой глины можно повысить от 10 до 20 раз за счет добавок мочи и ацетата аммония. Высокая прочность китайского фарфора достигалась при обработке каолиновой глины мочой.

Волокнистые добавки

Для снижения усадки глинобетона в смесь вводят волокнистые добавки. Часто встречающиеся утверждения о том, что волокнистые добавки всегда повышают прочность при сжатии глинобетона не верны. Введение тонких волокон или волос в небольшом количестве повышает прочность при растяжении и, следовательно, при сжатии глинобетона. Однако при добавках соломенной фибры происходит снижение прочности, что экспериментально доказано лабораторией FEB (см. табл.).

Влияние расхода органического заполнителя (измельченная солома длиной 5 см) на прочность при сжатии глинофибробетона

Соломенная фибра (в % по массе)Плотность в сухом состоянии (кг/м3)Прочность при сжатии (Н/мм2)
018822,2
117011,4
215711,3
412471,1
88720,3

Глинобитные дома. Все документы