Керамзит или пенополистирол что лучше: Утепление пола: какой материал лучше для теплого пола

Содержание

Утепляем стены. Что лучше керамзит или пенопласт?

У Вас  планируется постройка дома!  Перед вами встал вопрос, чем утеплять стены?  Задумались,  что лучше выбрать в качестве прослойки:  керамзит или пенопласт?

Давайте рассмотрим преимущества и недостатки этих двух популярных утеплителей:

Что же такое «керамзит»? Из чего его производят?

Керамзит представляет собой гранулы размером  от 1мм до 40 мм. Изготавливается керамзит методом обжига глины при температуре 1200С . Кусочки глины попадая в печь вспениваются и увеличиваются в размере в 2-3 раза, поэтому во фракциях образуются пузырьки воздуха, благодаря которым он  служит хорошим утеплителем. К преимуществам  керамзита можем отнести: морозостойкость, огнестойкость, прочность, и экологичность. В связи с тем, что  производство керамзита происходит без применения химических добавок, этот материал считается природным строительным материалом.

Из недостатков можно выделить  худшую теплопроводность и больший вес по сравнению с пенопластом.

Пенопласт изготавливается из полистирола, который при нагреве с другими добавками  увеличивается в 30-35 раз, образуя гранулы округлой формы. К основным преимуществам пенопласта можно отнести: малый вес и  отличную теплопроводность, которая выше чем у керамзита в 2-3 раза.

Казалось бы, выбор сделан, в пользу сохранения тепла. Но, о чем умалчивают производители и продавцы пенопласта?

Пенопласт изготавливается химическим способом и со временем начинает выделять стирол, а так же прочие химические элементы. Для того чтобы помещение проходило по всем санитарным нормам, нужна хорошая вентиляция помещения – а это влечет за собой дополнительный обогрев  воздуха в холодные периоды. 

Таким образом, сэкономленное тепло, при утеплении пенопластом будет потрачено на обогрев воздуха, а это дополнительные финансовые расходы электричества и газа. Так же при использовании этого материала существует вероятность появления грызунов, которые при недостатке еды могут употреблять его в пищу.

Итог:  Взвесив все за и против, мы отдали свое предпочтение керамзиту так как  данный материал «мышам не по зубам»,и  по своему происхождению «близок к природе» а также не подвержен влиянию низких и высоких температур. Подробнее познакомиться с этим строительным материалом, а так же уточнить  технические характеристики и стоимость керамзита вы можете на сайте производителя Самарского керамзита компании «Керамзит Плюс».

 

  • < Назад
  • Вперёд >
Добавить комментарий

Утепление деревянного пола: керамзитом, минватой

Полы на фоне стен имеют меньше теплопотерь, и все же через пол уходит довольно значительное количество тепла. Чтобы создать в помещении благоприятные условия, чаще всего, даже при самых скромных мощностях отопительной системы, бывает достаточно повысить температуру его поверхности относительно температуры комнаты всего на два-три градуса. Так что вполне оправдано, что определяющим фактором, определяющим уровень комфортности комнаты, считают температуру на поверхности пола.

Утепление деревянного пола – это совокупность действий, выполняемых в четко определенном порядке. Общим для всех технологий утепления является выполнение следующих этапов:

  • черновой пол,
  • теплоизоляционный материал,
  • чистовой пол.

В некоторых проектах предусмотрено также наличие гидроизолирующего слоя, расположенного до чернового пола и слоя пароизоляции – под чистовым.

Таким образом, пол представляет собой достаточно сложную систему, состоящую из множества участков. В деревянном поле в этом случае дерево – только последний «слой», который уложен на какое-то основание. Именно на нем и выполняют утепление.

Идеальным вариантом было бы выполнение теплоизоляционных работ еще на стадии строительства коттеджа, но чаще, как правило, это происходит во время ремонта. В этом случае приходится прибегать к полному демонтажу старого пола.

Часто для этих целей используют вспененную массу или минеральную вату, которые к тому же отличаются хорошими пароизоляционными характеристиками. В некоторых случаях в качестве утеплителя используют керамзит. Это – пористый заполнитель искусственного происхождения, который, как показала практика, достаточно эффективен.

При укладке керамзита особенно важна равномерность заполнения пространства. Только в этом случае можно обеспечить хорошую изоляцию.

Вспененную массу и вату производят в виде блоков, которые укладывают на предварительно подготовленную поверхность.

Особенности утепления пола минеральной ватой, пенопластом и другими теплоизоляционными материалами

Для каждого из материалов для утепления существуют определенные моменты, которые обязательно нужно учитывать в процессе теплоизоляционных работ.

Минеральной ватой: важна форма

 

Материал – огнеустойчив, обеспечивает хорошую звуковую изоляции и влагостойкость, способен на длительное время сохранить свои эксплуатационные качества, не говоря уже о теплозащите. Минеральную вату размещают между лагами, специальными балками, уложенными по основанию пола и образующими определенную ячеистую систему. Материал с одной стороны перфорирован, и кладут его именно этой стороной вниз.

При использовании в качестве утеплителя минеральной ваты необходимо изначально выбрать форму данного материала. Минвата изготавливается в виде твердой плитки или гибкого мата. Первый используют, как правило, при утеплении деревянного пола дома, построенного на грунте, в остальных же случаях предпочтение отдается матам.

Пенопластом: правильное соединение

Поскольку у пенопласта ячеистая структура и у него множество других полезных свойств. При соединении блоков из пенопласта используют специальный герметик, продающийся в специализированных магазинах. Кроме того, стыки должны быть проклеены металлизированным скотчем, что на порядок повысит изоляционные свойства теплоизоляционного слоя. Пенопласт можно использовать при теплоизоляции непосредственно по грунту или на поверхностях, которые располагаются над подвальными помещениями.

Вспененная масса, как известно, очень привлекает грызунов, которые с легкостью разрушают ее целостность и наносят тем самым немалый вред.

Прежде чем начать работы с пенопластом, проводят предварительно борьбу с мышами и крысами.

Как уложить керамзит


Керамзит имеет пористую структуру с воздушным наполнением. Он обладает высокой устойчивостью к перепадам температур, легок, отлично поглощает шум и почти не создает дополнительной нагрузки на фундамент. Теплоизоляция керамзитом отличается экономичностью.

В случае деревянного пола, когда керамзитом заполняют пространство между лагами, особых приготовлений не требуется. Единственное, что нужно учитывать – для эффективной работы прослойки керамзита в качестве теплоизоляции, ее толщина должна быть больше 10 см.

Пенополистирол – надежная теплоизоляция

Пенополистирол относится к категории прочных утеплительных материалов, способных выдерживать большие нагрузки, и обладает низкой теплопроводностью. Небольшой вес дает возможность использовать его в местах, где использование тяжелых утеплителей нежелательно.

Пенопласт и экструдированный пенополистирол, будучи производными полистирола, имеют схожий химический состав, но отличаются качественными характеристиками при выполнении утепления. Такие качества пенополистирола, как стабильный уровень теплопроводности при повышенной влажности, определяются структурой материала, закрытой ячеистостью. Кстати, качество это довольно важное, поскольку позволяет использовать утеплитель без дополнительной гидроизоляции.

Укладывая экструдированный пенополистирол, следует принимать во внимание его особенность – успешно противостоять грибковым образованиям, если поверхность у него совершенно ровная.

Шероховатости обычно становятся «виновниками» образования очагов поражения различными микроорганизмами.

Вследствие этого резко сокращается срок службы утеплителя. Помимо этого, пораженные участки становятся причиной для распространения бактерий, которые негативно влияют на самочувствие человека.

© 2021 prestigpol.ru

Теплопроводность керамзита в зависимости от фракции и насыпной плотности

Важнейшим критерием при выборе стройматериалов, используемых для возведения и обустройства любого сооружения, является теплопроводность. С уменьшением ее значения возрастает температура в комнатах, снижаются затраты на их отопление. Наилучшие теплоизоляционные характеристики присущи материалам, имеющим закрытоячеистую структуру. В строительстве часто применяют керамзит, высокая популярность которого также обуславливается относительно небольшим весом, отличными звукоизоляционными свойствами, доступной ценой.

Оглавление:

  1. Характеристики керамзита
  2. Показатель насыпной плотности
  3. Сравнение с другими популярными утеплителями

Согласно справочным данным, коэффициент теплопроводности данного материала составляет 0,1 – 0,18 Вт/(м*К). На значение этого показателя оказывает влияние совокупность факторов, основными из которых являются:

  • влажность;
  • размер гранул;
  • насыпная плотность, толщина слоя.

Чтобы исключить зависимость теплопроводности керамзита от наличия влаги, следует заранее позаботиться о гидроизоляции пола.

Керамзит в качестве утеплителя

Классифицируя подобный утеплитель по способу получения и размеру гранул, выделяют несколько его разновидностей:

  • гравий;
  • щебень;
  • песок.

Первый представляет собой округлые зерна размером 2-4 см, имеющие пористую структуру, покрытые прочной оболочкой. Именно наличие закрытых ячеек, содержащих в себе воздух, обуславливает возможность применения керамзитового гравия в качестве утеплителя. Получается он путем вспучивания лёгких сортов глины. Данная фракция характеризуется наилучшими теплоизоляционными свойствами.

Керамзитовый щебень – продукт дробления вспученной мягкой глины на фракции размером 1-2 см. В результате образуются элементы, имеющие неправильную, часто угловатую форму. Если в состав утеплителя будут входить зерна только такого вида, то теплопроводность керамзита будет несколько выше.

Побочным продуктом, образующимся при получении двух основных фракций, является керамзитовый песок, который представляет собой зёрна размером 0,5-1 см. Он обладает худшими теплоизоляционными свойствами по сравнению с гравием и щебнем. Данная разновидность используется, преимущественно, в качестве пористого наполнителя, входящего в состав бетонной стяжки.

Влияние насыпной плотности и толщины слоя на общую теплопроводность

При условии достижения равных теплоизоляционных свойств, слой керамзитового гравия будет иметь меньшую толщину в сравнении со щебнем. Нагрузка на перекрытие в первом случае ниже – это связано с разницей показателей насыпной плотности. Данный параметр характеризует отношение суммарной массы гранул (в данном случае керамзита) к их общему объему без учета промежутков между ними и неизбежно возникающих сколов.

Плотность керамзита принимает значения от 250 до 800 кг/м3.

На практике в качестве утеплителя используют смесь трех фракций: гравия, щебня, песка. Подобным образом достигается наибольшая жесткость и наименьшая толщина слоя, а также предотвращается конвекционное движение прогретого воздуха по образовавшимся пустотам между гранулами. Поэтому, рассчитывая высоту слоя керамзита, правильнее будет руководствоваться величиной истинной плотности, которая в 1,5-2 раза превышает насыпную. Рекомендуемая толщина его при укладке на грунт – 25-30 см. При утеплении бетонного перекрытия она не должна быть менее 10 см.

Сравнение с минватой и пенопластом

Пенопласт обладает хорошими утеплительными свойствами, которые выражаются конкретным значением — 0,047 Вт/(м*К). Он широко применяется для отделки многоквартирных или частных домов, офисных зданий. Но, не смотря на большую, на первый взгляд, эффективность плиты пенопласта (относительно слоя керамзита) – это далеко не всегда так.

Там, где требуется обустройство поверхностей, подвергающихся частым механическим воздействиям, существенным нагрузкам, лучше использовать смесь гравия и щебня. Однако при теплоизоляции стен, пола чердачных помещений пенопласт будет эффективнее. К тому же он обладает незначительным весом, характеризуется меньшей толщиной по сравнению с другими утеплителями. Все это позволяет применять его там, где излишние нагрузки на перекрытие недопустимы.

При утеплении пенопластом не требуется устройство дополнительной гидроизоляции. Однако ему, как и большинству полимерных материалов, присуща горючесть.

Минеральная вата также широко применяется для защиты жилья от холодов. Но и в этом случае не стоит сравнивать теплопроводность минваты и керамзита, даже несмотря на то, что значение ее в первом случае намного ниже (0,048-0,07 Вт/(м*К)). Используют такие утеплители в разных случаях. Так, для обшивки стен, потолков в частных домах с внутренней стороны помещения ни гравий, ни щебень, ни, тем более, керамзитовый песок абсолютно не пригодны. Минвата же здесь будет практически незаменима.

Однако она является довольно объемным утеплительным материалом. Любые попытки ее спрессовать приведут к уменьшению объема содержащегося в минвате воздуха, а значит, к снижению эффективности. К тому же использовать минеральную вату следует крайне осторожно. Данный вид утеплителя негативно воздействует на организм человека. Подобная характеристика говорит о том, что все работы по укладке следует производить только с применением средств индивидуальной защиты.

Влияние размера частиц пенополистирола на инженерные свойства глинистой почвы

Размер частиц пенополистирола (EPS) влияет на технические свойства смесей EPS-глины. Однако влияние различий между группами частиц ППС, разделенных в пределах 1–3 мм, на инженерные свойства обычно игнорируется. В этом исследовании были рассмотрены различные размеры частиц гранул пенополистирола для отдельного изучения влияния на оптимальное содержание воды (OWC), максимальную плотность в сухом состоянии (MDD), прочность на неограниченное сжатие (UCS), пластичность, коэффициент проницаемости и индекс сжатия. смесей EPS-глины.Результаты показывают, что MDD, пластичность, гидравлическая проводимость и индекс сжатия смесей EPS-глина не увеличиваются с увеличением размера частиц EPS в диапазоне 0,3–3 мм, в то время как OWC и UCS не уменьшаются. Для данного содержания EPS среди образцов с размером частиц EPS 0,3–1 мм, 1-2 мм и 2-3 мм, MDD и UCS смесей EPS-глина с размером частиц 1-2 мм являются самые большие, в то время как ВНК, пластичность, коэффициент проницаемости и индекс сжатия самые маленькие.Анализ микроструктуры показывает, что для образцов с размером частиц EPS 1-2 мм объем пор меньше, а микроструктура более плотная, что является основными причинами, по которым размер частиц EPS может влиять на технические свойства смесей EPS с глиной.

1. Введение

Из-за чрезмерного веса засыпного грунта или недостаточной несущей способности фундамента в инженерном строительстве склонны возникать неравномерная осадка мягкого фундамента и нестабильность подпорной стены [1– 3].Обычные методы обработки включают замену грунта подушкой, уплотнение дренажа, затвердевание цементного раствора, методы усиления и так далее [4]. Эти методы могут улучшить свойства и характеристики фундамента [5–7]. Применение легкого грунта в качестве засыпного грунта – это новый метод, который может снизить уровень напряжений в мягком основании за счет уменьшения веса засыпного грунта [8–10]. Легкая почва, созданная с использованием возобновляемых ресурсов, таких как пенопласт, не только снижает вес засыпной почвы, но также решает проблему загрязнения пластиковыми отходами [11].

Пенополистирол (EPS) – это разновидность пенополистирола, обладающая многими свойствами, такими как легкий вес, устойчивость к давлению, долговечность и теплоизоляция, которые можно использовать для производства легких грунтов и широко применять в инженерном строительстве [ 12–14]. Еще в 1970-х годах такие европейские страны, как Норвегия и Голландия, начали использовать формованный пенополистирол для строительства легких насыпей [15, 16]. В 1980-х годах EPS, смешанный с другими вяжущими материалами, был добавлен в грунт для получения стабилизированного легкого грунта в Японии и других странах [17–19].До начала двадцать первого века технология производства легкого грунта была внедрена в Китае, и было получено множество научных исследований на легком грунте из EPS [20, 21].

Среди исследований легких грунтов с EPS нельзя игнорировать влияние размера частиц EPS на инженерные свойства грунтов (например, водопроницаемость, прочность на неограниченное сжатие (UCS) и характеристики сжатия) [22]. Ямада и др. [23] показали, что водопроницаемость образцов возрастает с увеличением размера частиц ППС, когда диаметр ППС находится в диапазоне 1–5 мм.Впоследствии сообщалось о том, что UCS сферических частиц EPS размером 1–3 мм больше, чем у сломанных и чешуйчатых частиц EPS [8]. Для снижения стоимости проекта было изучено влияние шариков пенополистирола с размером частиц более 3 мм на сопротивление сдвигу легкого грунта [12]. Затем было исследовано влияние типов испытаний на уплотнение на характеристики уплотнения легкого грунта с размером частиц 3–5 мм [24]. Можно обнаружить, что текущие исследования в основном сосредоточены на использовании группы 1–3 мм и группы более 3 мм в размере частиц EPS [21, 25].Однако в этих исследованиях не учитывается влияние различий между группами частиц пенополистирола, разделенными на 1-3 мм, которые широко используются в проектах гражданского строительства, на инженерные свойства смесей пенополистирола и глины [21, 25].

Это исследование направлено на изучение влияния образцов, разделенных по размеру частиц EPS на 0,3–3 мм, на физико-механические свойства смесей EPS-глины. Во-первых, была проведена серия инженерно-геологических испытаний, включая испытания на уплотнение по Проктору, неограниченное сжатие, водопроницаемость и одномерное сжатие, соответственно.Затем была идентифицирована микроструктура, чтобы выявить механизм влияния размера частиц EPS на технические свойства смесей EPS-глины с использованием теста сканирующего электронного микроскопа (SEM). Ожидается, что он предоставит фундаментальные данные для соответствующего проектирования и строительства объектов гражданского строительства.

2. Материалы и методы
2.1. Материалы для испытаний

Глинистая почва, использованная в этом исследовании, была получена со строительной площадки в Чжэцзяне, Китай. В таблице 1 приведены физико-механические свойства этого глинистого грунта.Согласно Единой системе классификации почв (ASTM D2487-11), глинистый грунт был классифицирован как глина с низкой пластичностью (CL).

Материалы Предел жидкости (%) Предел пластичности (%) Индекс пластичности Плотность (г / см 3 ) Содержание воды (%) UCS (кПа)
Глинистый грунт 39. 15 21,75 17,4 1,82 34,95 143,31
EPS – – – 0,02–0,04 – 30–200

EPS, использованный в этой экспериментальной программе, был коммерчески приобретен у архитектурной компании из Гуанчжоу. Основываясь на результатах предыдущего исследования [8], гранулы пенополистирола были отобраны и просеяны, чтобы убедиться, что размер пенополистирола равен 0.3–1 мм, 1-2 мм и 2-3 мм соответственно. На рисунке 1 показаны фотографии пенополистирола с тремя различными размерами частиц. Видно, что разница в размерах частиц 1-2 мм и 2-3 мм была больше, чем разница в размерах 0,3-1 мм и 1-2 мм.

2.2. Подготовка образца

Было выбрано более низкое содержание EPS, 1% и 2%, чтобы предотвратить сегрегацию частиц EPS в матрице образца. Массовое содержание пенополистирола в сухом образце использовали для всех образцов, чтобы получить сравнительные данные для оценки влияния размера частиц пенополистирола. Чтобы минимизировать влияние продуктов гидратации на результаты испытаний, цемент и известь не добавляли [26]. По размеру частиц ППС образцы были разделены на три группы: группу 0,3–1 мм, группу 1-2 мм и группу 2-3 мм. Несмешанную почву взяли за контрольную группу. Во-первых, оптимальное содержание воды (OWC) и максимальная плотность в сухом состоянии (MDD) каждой группы были определены с помощью испытания на уплотнение по Проктору в соответствии с ASTM 2000, D698a. Затем смеси EPS-глина были приготовлены в большом лотке путем постоянного распыления воды в количествах, рассчитанных для OWC, через распылитель и перемешивания с помощью шпателя до достижения однородного внешнего вида.Подготовленные смеси EPS-глина затем оборачивали толстыми пластиковыми листами и помещали на 24 часа, чтобы вода равномерно диспергировалась в смесях.

2.3. Планы испытаний

Смеси пенополистирола и глины были спрессованы в стандартные цилиндрические стальные формы для производства образцов размером 39 мм в диаметре и 80 мм в высоту для испытания на неограниченное сжатие. Согласно нормативу плотности земляного полотна городских дорог компактность образцов была рассчитана на 95%. Испытание с контролируемой деформацией было тем типом, который проводился с наборами образцов, и прибор прикладывал деформацию со скоростью 1.6 мм / мин. Для испытания на водопроницаемость были приготовлены образцы размером 61,8 мм в диаметре и 40 мм в высоту с использованием метода пермеаметра с переменным напором. Для испытания на сжатие размер образцов составлял 61,8 мм в диаметре и 20 мм в высоту. Исходя из требований геостатического напряжения и дополнительного напряжения, нагрузочное напряжение 50 кПа, 100 кПа, 200 кПа, 400 кПа и 800 кПа прикладывалось поэтапно. Когда скорость деформации была менее 0,005 мм / ч, прикладывалась нагрузка на следующем этапе.Для теста SEM лиофилизированный образец, разрезанный на кубики размером 10 мм × 10 мм × 10 мм, был покрыт слоем золота для индукции проводимости. СЭМ-анализ этих образцов проводился с использованием сканирующего электронного микроскопа. В этом эксперименте для расчета было выбрано среднее значение 2-х повторных испытаний.

3. Результаты и обсуждение
3.1. Характеристики уплотнения

На рис. 2 показаны кривые уплотнения по Проктору для почвы, смешанной с пенополистиролом различных размеров. С увеличением содержания воды сухая плотность смесей EPS-глина с различными размерами частиц EPS сначала увеличивается, а затем уменьшается.На кривой уплотнения по Проктору есть пик, похожий на параболу. Это указывает на то, что OWC и MDD смесей EPS-глина с различными размерами частиц EPS могут быть получены путем испытания на уплотнение. Для данного содержания EPS кривая уплотнения по Проктору для группы 1-2 мм лежит выше, чем для группы на 0,3-1 мм и 2-3 мм. Это означает, что плотность в сухом состоянии группы на 1-2 мм больше, чем у других групп при той же работе уплотнения и влагосодержании. По сравнению с размером частиц EPS 0.Размер частиц EPS 3–1 и 12 мм, 2–3 мм является наибольшим, а адгезия между частицами EPS и частицами почвы хуже. Соответственно, при той же работе уплотнения молота, что и у других групп, увеличение объемного сжатия, пластической деформации и плотности для группы 2–3 мм невелико. С другой стороны, при одинаковом содержании воды группу 2-3 мм труднее зацементировать из-за наибольшего размера частиц и удельной поверхности, что приводит к наименьшей плотности в сухом состоянии.По сравнению с размером частиц EPS 1-2 мм и 2-3 мм, размер частиц EPS 0,3–1 мм является самым маленьким, что легко обеспечивает прочную адгезию между частицами EPS и частицами почвы. Такое поведение рассеивает часть энергии уплотнения, что затрудняет уплотнение смесей EPS-глина при одинаковой работе уплотнения. Более того, при том же содержании воды слой водяной пленки легче формируется на поверхности частиц EPS с размером частиц 0,3–1 мм, способствуя рассеиванию энергии уплотнения.


OWC и MDD грунта – два важных параметра, отражающих его характеристики уплотнения [24]. Посредством расчета сухой плотности почвы после уплотнения исследуется влияние различных размеров частиц пенополистирола на характеристики уплотнения смесей пенополистирол-глина. Рисунок 3 (а) показывает сравнение OWC смесей EPS-глина с различными размерами частиц EPS. При заданном содержании ППС OWC группы на 1-2 мм меньше, чем у группы 0.3–1 мм и 2-3 мм. Например, OWC группы 0,3–1 мм, 1-2 мм и 2-3 мм составляет 23,42%, 22,61% и 24,61% соответственно при содержании EPS 1%. Можно видеть, что OWC смесей EPS-глина не увеличивается с увеличением размера частиц EPS. Для группы 0,3–1 мм большое количество мелких частиц создает множество пор между частицами EPS, что приводит к тому, что требуется много воды для сцепления с частицами EPS и глины. Для группы 2-3 мм размер частиц EPS больше по сравнению с размером EPS 0.3–1 мм и 1-2 мм, что приводит к большей удельной поверхности и размеру пор между частицами из-за гидрофобности EPS [24]. Следовательно, шарики из пенополистирола с размером частиц 2-3 мм нуждаются в большом количестве воды для сцепления с глинистой почвой, что приводит к большому OWC для группы 2-3 мм. На рисунке 3 (b) показано сравнение MDD смесей EPS-глина с различными размерами частиц EPS. Точно так же MDD смесей EPS-глина не уменьшается с увеличением размера частиц EPS, например, MDD группы 1-2 мм составляет 1.147 г / см 3 , что больше, чем у группы 0,3–1 мм и 2–3 мм. Для группы 0,3–1 мм размер частиц близок к размерам частиц глины, которая легко сцепляется с частицами почвы, образуя упругое тело. В результате труднее подвергнуться сжатию при той же работе уплотнения, что и в других группах. Кроме того, небольшие поры группы 0,3–1 мм легче заполняются свободной водой и формируют поровое давление воды. Такое поведение приводит к рассеиванию энергии работы уплотнения, что затрудняет уплотнение образцов.Для группы 2-3 мм большой размер частиц приводит к большому эффекту отскока при работе уплотнения из-за эластичности пенополистирола, что затрудняет его уплотнение. Кроме того, увеличение плотности смесей пенополистирол-глина в сухом состоянии в процессе уплотнения происходит не только из-за уменьшения количества и размера пор между частицами, но также из-за пластической деформации гранул пенополистирола. Соответственно, трудно увеличить плотность в сухом состоянии за счет увеличения работы уплотнения после достижения предела деформации шариков пенополистирола.

3.2. Прочностные характеристики

На рис. 4 показана кривая “напряжение-деформация” для образцов с различным размером частиц пенополистирола. Для данного содержания добавки, когда размер частиц EPS составляет 1-2 мм, 0,3-1 мм и 2-3 мм, соответственно, данные показывают, что кривые напряжения-деформации смещаются вниз и вправо. Это означает, что образцы с размером EPS 1-2 мм имеют более высокую прочность и более низкую пластичность, чем образцы из групп 0,3-1 мм и 2-3 мм. По сравнению с другими группами, при такой же компактности, плотность группы 1-2 мм является самой высокой из-за ее наибольшего MDD.Частицы образца плотно контактируют и закупориваются, что увеличивает прочность образца на сдвиг. С другой стороны, небольшие поры между частицами группы 1-2 мм затрудняют движение частиц. Как только напряжение сдвига достигает предела прочности образца на сдвиг, образец группы 1-2 мм легко разрушается за очень короткое время из-за более трудно рассеиваемой энергии, что является причиной снижения пластичности образца. . Кроме того, прочность уменьшается, а пластичность увеличивается с увеличением содержания EPS.Такое поведение является результатом увеличения OWC и уменьшения MDD с увеличением содержания EPS [27, 28]. Кроме того, поскольку EPS, материал с более низкой прочностью и более высокой пластичностью, заменяет глинистый грунт в смесях, прочность смесей EPS-глина уменьшается, а пластичность увеличивается. Неспособность шариков пенополистирола сцепляться с частицами почвы является еще одной причиной снижения прочности смесей пенополистирола и глины. Чтобы количественно изучить прочностные характеристики, UCS и пластичность извлекаются для дальнейшего сравнительного анализа.


На рисунке 5 (а) показано сравнение UCS с различными размерами частиц EPS. При заданном содержании добавки UCS для группы на 1-2 мм выше, чем для других групп. Можно видеть, что UCS смесей EPS-глина не уменьшается с увеличением размера частиц EPS. Например, когда содержание EPS составляет 1%, UCS образцов для группы 0,3–1 мм, 1-2 мм и 2-3 мм составляет 95,5 кПа, 127,4 кПа и 87,6 кПа, соответственно. Это можно отнести к самому высокому MDD группы 1-2 мм при одинаковом содержании добавки.В результате ожидается более плотная микроструктура образцов с размером частиц EPS 1-2 мм по сравнению с образцами других групп, что приведет к более высокой прочности. Кроме того, разница в UCS между группой 0,3–1 мм и 1-2 мм меньше, чем между группой 1-2 мм и 2-3 мм. Это свидетельствует о том, что разница в структуре почвы группы 0,3–1 мм и 1-2 мм невелика из-за примерно равного размера частиц. Для группы 2-3 мм размер частиц EPS намного больше, чем у частиц почвы, из-за чего частицы почвы не могут быть тесно связаны с частицами EPS.Более того, самая большая удельная поверхность и гладкая поверхность EPS с размером частиц 2-3 мм ослабляют окклюзионный эффект между частицами почвы, что приводит к наименьшей прочности среди всех групп. На рисунке 5 (b) показано сравнение пластичности с различными размерами частиц EPS. Точно так же пластичность смесей EPS-глина не увеличивается с увеличением размера частиц EPS. По сравнению с группой 0,3–1 мм и 2–3 мм пластичность образца с размером частиц 1–2 мм является самой низкой, т.е.е. пластичность образцов составляет 2,91, 2,23 и 3,57 соответственно для группы 0,3–1 мм, 1-2 мм и 2-3 мм с содержанием добавки 1%. Для образцов группы 0,3–1 мм размер пор невелик, но количество пор много. Для образцов группы 2-3 мм велик не только размер пор, но и их количество. Когда прикладывается напряжение сдвига, поры между частицами могут помочь частицам отрегулировать свое положение для рассеивания энергии, что увеличивает пластичность образцов на 0.3–1 мм или 2–3 мм для частиц EPS. Напротив, размер пор группы 1-2 мм мал и количество пор мало, что заставляет образец выдерживать большие нагрузки, но склонен к хрупкому разрушению.

3.3. Гидравлические характеристики

Как уже упоминалось, гидравлическая проводимость смесей EPS-глина определяется на соответствующих OWC и MDD смесей. На рисунке 6 показано сравнение гидравлической проводимости с различными размерами частиц пенополистирола. При заданном содержании добавки гидравлическая проводимость смесей EPS-глина с толщиной 1-2 мм ниже, чем у смесей EPS-глина с толщиной 0.3–1 мм и 2–3 мм, т.е. гидравлическая проводимость смесей ППС-глина не увеличивается с увеличением размера частиц ППС в диапазоне 0,3–3 мм. Например, при содержании добавки 1% гидравлическая проводимость смесей EPS-глина составляет 60,9 × 10 −6 см / с, 9,0 × 10 −6 см / с и 710,6 × 10 −6 см / с. см / с соответственно для группы 0,3–1 мм, 1-2 мм и 2-3 мм. Поскольку MDD группы 1-2 мм является наибольшей среди всех групп, коэффициент пустотности или объем пустот в уплотненных смесях является наименьшим.Небольшие размеры и малое количество пор приводят к самому низкому гидравлическому коэффициенту группы 1-2 мм. Кроме того, адсорбированная вода между частицами группы 1-2 мм обеспечивает большее вязкое сопротивление из-за большой плотности образца, что препятствует прохождению свободной воды. Следовательно, гидравлическая проводимость группы уменьшается на 1-2 мм. По сравнению с образцами с размером частиц 1-2 мм EPS, большая гидравлическая проводимость группы 0,3-1 мм и 2-3 мм является результатом большего количества пор между частицами.Кроме того, наибольшая разница в гидравлической проводимости между группами 1-2 мм и 2-3 мм объясняется наибольшей разницей между ними MDD и OWC. Гидравлическая проводимость группы 2–3 мм является максимальной при одинаковом содержании пенополистирола из-за большого количества и размера пор в образцах, а также большой гладкой поверхности шариков пенополистирола.


3.4. Характеристики сжатия

На рисунке 7 показаны кривые сжатия смесей пенополистирол-глина с различными размерами частиц пенополистирола.Когда напряжение нагружения меньше предела текучести, кривая образцов с размером частиц ППС 1-2 мм лежит ниже кривой группы 0,3–1 мм и 2-3 мм для данного содержания добавки. Это означает, что исходный коэффициент пустотности группы 1-2 мм меньше, чем у группы 0,3-1 мм и 2-3 мм. При такой же компактности плотность в сухом состоянии группы 1-2 мм является наибольшей из-за самого высокого MDD, что приводит к наибольшей начальной пористости образца. Кроме того, разница в начальном соотношении пустот между группами 1-2 мм и 2-3 мм велика из-за большой разницы MDD.Когда напряжение нагрузки больше, чем предел текучести, наклон кривой сжатия группы 1-2 мм меньше, чем у группы 0,3-1 мм и 2-3 мм, что также связано с более высоким MDD группа 1-2 мм. Из-за большего количества и размера пор группы 2-3 мм деформация образца больше при каждом напряжении нагрузки, что приводит к большему наклону кривой сжатия.


На рис. 8 показано сравнение коэффициента сжатия при различных размерах частиц EPS.Видно, что показатель сжатия образцов не увеличивается с увеличением размера частиц ППС. Для данного содержания добавки индекс сжатия группы 1-2 мм является наименьшим, а индекс группы 2-3 мм является наибольшим среди всех групп. Самый большой MDD и самый маленький OWC группы 1-2 мм приводят к наименьшей сжимаемости образцов по сравнению с другими группами. Другими словами, образец трудно сжать из-за небольшого количества и размера пор при одном и том же напряжении нагрузки. С другой стороны, как сжимаемый материал, пластическая деформация частиц EPS увеличивается с увеличением напряжения нагрузки. Для группы 2-3 мм наибольшая деформация сжатия смесей EPS-глина также объясняется наибольшей степенью деформации сжатия шариков EPS с большим размером частиц. Следовательно, сжимаемость смесей EPS-глина с частицами EPS 2-3 мм увеличивается. Более того, с увеличением содержания EPS увеличивается сжимаемость образцов, что означает, что EPS может выдерживать более высокий коэффициент пустотности.


3.5. Анализ микроструктуры

На рисунке 9 показано сравнение СЭМ-изображений смесей пенополистирол-глина с различными размерами частиц пенополистирола. Установлено, что основная частица образцов почвы – крупный ил с размером частиц 10–75 мкм м [29]. Кроме того, размер частиц EPS влияет на объем пор, что приводит к рыхлому состоянию микроструктуры. Когда содержание EPS такое же, размер пор увеличивается с увеличением размера частиц EPS. Например, при содержании EPS 1% размер пор группы 0,3–1 мм, 1-2 мм и 2–3 мм составляет приблизительно 5–22 мкм мкм, 8–25 мкм мкм , и 15–36 мкм м соответственно. По сравнению с техническими характеристиками группы 2-3 мм, более низкие OWC, пластичность, коэффициент проницаемости и индекс сжатия, а также более высокие MDD и UCS группы 0,3–1 мм и 1-2 мм относятся к нижней поре. объем и более плотная микроструктура. Для группы 2–3 мм объем пор является наибольшим, поскольку размер частиц EPS является наибольшим во всех группах.Частицы почвы не могут плотно контактировать, что делает микроструктуру образца рыхлой. Количество пор для группы 0,3–1 мм больше, чем для группы 1-2 мм, что приводит к более высокому OWC, пластичности, коэффициенту проницаемости и индексу сжатия, а также к более низким MDD и UCS. Другими словами, для группы 1-2 мм частицы грунта связаны между собой, что приводит к микроструктуре образца в более плотном состоянии. С увеличением содержания ЭПС микроструктура становится рыхлой, а объем пор увеличивается.

4. Заключение

С целью сравнения эффектов различных размеров частиц EPS на технические свойства глин, были определены OWC, MDD, коэффициент проницаемости, UCS, пластичность и индекс сжатия при различных размерах частиц EPS от ППС-глина. Таким образом, исследование добавляет новые аспекты к тому, что было сделано на данный момент в этой области исследований, и помогает сделать довольно интересные и оригинальные выводы. Следующие выводы можно сделать из экспериментального исследования: (а) С увеличением размера частиц EPS, OWC смесей EPS-глина не увеличивается, а MDD не уменьшается.Среди групп 0,3–1 мм, 1-2 мм и 2-3 мм OWC группы 1-2 мм является наименьшим, а MDD – наибольшим. Для группы 2-3 мм большая удельная поверхность и поры между частицами приводят к тому, что требуется больше воды для сцепления с EPS и частицами глины от разорванного состояния до полного состояния. Кроме того, эффект отскока при уплотнении велик из-за большого размера частиц группы 2-3 мм. Для группы 0,3–1 мм большее количество пор между частицами и размер частиц EPS, ближайший к размеру частиц глины, позволяет гранулам EPS легко сцепляться с частицами глины, образуя упругое тело.(b) Технические характеристики, включая пластичность, гидравлическую проводимость и индекс сжатия смесей EPS-глины, не увеличиваются, в то время как UCS не уменьшается с увеличением размера частиц EPS в диапазоне 0,3–3 мм. При заданном содержании добавки UCS смесей EPS-глина с 1-2 мм EPS выше, чем у других групп, в то время как пластичность, гидравлическая проводимость и индекс сжатия ниже. Это можно отнести к самому высокому MDD и самому маленькому OWC группы на 1-2 мм при одинаковом содержании добавки.(c) СЭМ-изображения показывают, что по сравнению с группой 0,3–1 мм и 2–3 мм меньший объем пор и более плотная микроструктура для группы 1-2 мм делают образцы способными выдерживать большее напряжение и большую деформацию, но более склонны к хрупкому выходу из строя.

Доступность данных

Данные, использованные для подтверждения выводов этого исследования, включены в статью.

Конфликт интересов

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Благодарности

Это исследование финансировалось проектом, поддерживаемым Программой инновационных исследований и практики последипломного образования провинции Цзянсу (No.KYCX19-0419) и Фонды фундаментальных исследований для центральных университетов (№№ 2019B73814 и B200204036).

Физико-механические свойства объемного легкого бетона с шариками из пенополистирола (EPS) и мягкой морской глиной

Abstract

Изменение физико-механических свойств легкого объемного наполнителя с содержанием шариков из цемента и пенополистирола (EPS) при различных ограничивающих давлениях важен для строительства и геотехнических приложений.В этом исследовании сначала был изготовлен легкий объемный наполнитель из сингапурской морской глины, обычного портландцемента и пенополистирола. Затем с помощью трехосных испытаний рыхлого и недренированного (UU) материала было исследовано влияние содержания шариков пенополистирола, содержания цемента, времени отверждения и ограничивающего давления на массовую плотность, поведение при напряжении и деформации и прочность на сжатие этого легкого насыпного наполнителя. В этих испытаниях массовые отношения шариков EPS к сухой глине (E / S) составляли 0%, 0,5%, 1%, 2% и 4%, а массовые отношения цемента к сухой глине (C / S) составляли 10%. % и 15%.В-третьих, серия трехосных испытаний UU была проведена при ограничивающем давлении 0 кПа, 50 кПа, 100 кПа и 150 кПа после трех дней отверждения, семи дней отверждения и 28 дней отверждения. Результаты показывают, что массовая плотность этого легкого объемного наполнителя в основном контролировалась соотношением E / S. Его массовая плотность снизилась на 55,6% для отношения C / S 10% и 54,9% для отношения C / S 15%, когда отношение E / S увеличилось с 0% до 4% после трех дней отверждения. Разрушение при сдвиге легче происходило в образцах с более высоким содержанием цемента и более низким ограничивающим давлением.Отношения между прочностью на сжатие и массовой плотностью или деформацией разрушения можно количественно оценить с помощью степенной функции. Увеличение содержания цемента и уменьшение содержания шариков пенополистирола увеличит массовую плотность и прочность на сжатие этого легкого насыпного наполнителя. Прочность на сжатие со временем отверждения может быть выражена логарифмической функцией с подходящим коэффициентом корреляции в диапазоне от 0,83 до 0,97 для пяти ограничивающих давлений. Эти эмпирические формулы будут полезны для оценки физико-механических свойств легких бетонов в инженерных целях.

Ключевые слова: легкий бетон, мягкая морская глина, шарики из пенополистирола, поведение напряженно-деформированного состояния, характер разрушения, прочность на сжатие

1. Введение

Большое количество мягких морских глин было извлечено из проектов гражданского строительства в прибрежных районах. области. Эти извлеченные мягкие морские глины не подходят непосредственно в качестве строительных материалов из-за высокого содержания воды, высокой сжимаемости, низкой несущей способности, низкой жесткости, низкой проницаемости и низкой прочности на сдвиг [1,2,3,4].Однако эти глины могут использоваться в качестве экологически чистых строительных материалов после того, как их механические свойства будут модифицированы портландцементом или другими вяжущими материалами [5,6,7,8,9,10,11]. Смесь воздушной пены, натуральной глины и цемента называется «легкая цементная глина» или «воздушно-цементная смешанная глина». Легкая цементная глина широко используется в транспортных инфраструктурах, таких как строительство набережных, аэропортов, облицовки каналов, строительства мостов и подземного строительства [12,13,14,15,16,17].Таким образом, использование этих мягких морских глин связано с экологической проблемой для устойчивого развития гражданского строительства.

Легкие цементно-глинистые материалы привлекают все больше внимания в гражданском строительстве. Horpibulsuk et al. [18] сообщили о процессе производства легкой цементированной глины. Их процесс следующий: сначала в глину добавляют воду, чтобы получить глиняную мутную пасту. Глиняная мутная паста смешивается с портландцементом в смесительной камере. Затем смесь цементной глины переносится в установку для смешивания воздушной пены и смешивается с воздушной пеной для получения легкой цементной глины с высокой удобоукладываемостью и низкой плотностью.Воздушная пена увеличивает поровое пространство и снижает удельный вес и прочность этой мягкой глины.

Шарики из пенополистирола (EPS) широко используются в качестве заполнителей строительных материалов при строительстве высотных зданий и длиннопролетных мостов, где собственный вес элемента конструкции становится важной нагрузкой [19,20]. Ли и др. [21] исследовали композитную многослойную плиту из бетона со сверхвысокими характеристиками и шариков из пенополистирола. Они также исследовали возможности применения таких многослойных плит в высотных зданиях.Кроме того, шарики из пенополистирола имеют низкую плотность и высокую сжимаемость. Они часто используются в качестве заполняющих материалов в сейсмостойких амортизаторах, например, в качестве материалов для засыпки подпорных стен и материалов для заполнения траншей [21,22,23,24]. Эти легкие заполняющие материалы могут использоваться в качестве буферного слоя для снижения динамических нагрузок на грунт при сейсмическом воздействии жестких фундаментов и подпорных стен. Батерст и Зарнани [23] и Гао и др. [25] провели серию испытаний на вибростоле для изучения сейсмических характеристик блочных геопен EPS.Они обнаружили, что EPS может эффективно снизить сейсмическую нагрузку и увеличение поперечной тяги жесткого фундамента и подпорной стены.

Переработка пенополистирола в качестве строительного материала может отвечать требованиям экономики и защиты окружающей среды [26], поскольку гранулы пенополистирола трудно разрушаются естественным путем. Fernando et al. [27] исследовали использование механической переработки шариков EPS для изготовления прочных легких панелей в качестве стеновых материалов для зданий и домов. Эти панели можно быстро и легко изготовить и использовать в качестве хороших настенных украшений без штукатурки, что принесет пользу окружающей среде.Гранулы EPS обладают такими преимуществами, как низкая плотность, гидрофобность и теплоизоляция. Они могут соответствовать требованиям к теплоизоляции и легкости [28,29,30]. Таким образом, разработка и изготовление этого легкого бетона (цементного грунта) с ожидаемыми механическими свойствами является необходимой темой.

Физико-механические свойства легких цементных материалов были исследованы при различном содержании цемента и времени выдержки [5,10,13,31,32,33,34,35,36]. Эти свойства включают плотность, гидравлическую проводимость, прочность на сжатие, жесткость, поведение напряжения и деформации и явления рассеяния.Джорджио и Скеррато [35] наблюдали явление рассеяния при одноосных испытаниях на сжатие и предложили микронелинейную трехмерную модель для описания явления рассеяния в бетоне. Horpibulsuk et al. [12,13,18] предложили ключевой параметр V / C пустоты / цемента, который представляет собой отношение объема пустоты к объему цемента. Параметр V / C может отражать комплексное влияние содержания цемента, воздуха и воды на поведение и прочность при напряжении и деформации. Цучида и Тан [5] предложили новую формулу для оценки прочности легкой цементной глины.Их формула подтверждена данными испытаний прочности на сжатие шести легких цементных глин с различным исходным содержанием воды. Hu et al. [37] исследовали механическое поведение мягкой глины при сложных циклических нагрузках. Они обнаружили, что циклическая прочность, циклический модуль и циклическая деформация мягкой глины значительно коррелируют с частотой двунаправленного сдвига и соотношением циклических сдвиговых напряжений. Placidi et al. [38] представили явную эволюцию поля повреждений при нагружении и обсудили новую зависимость коэффициентов жесткости от поля повреждений.В последнее время, в целях экономии средств и защиты окружающей среды, некоторые промышленные или сельскохозяйственные отходы, такие как шарики EPS [39,40], летучая зола (FA) [9,33], зола биомассы (BA) [2], зола рисовой шелухи [ 10,39], реактивный MgO [11,15,41] и резиновые заполнители [42] смешиваются с легкой цементной глиной в качестве наполнителя для строительства насыпей, аэропортов, облицовки каналов, мостов и подземных угольных шахт [41,43 ]. Например, Wang et al. [11] исследовали уплотнение, механические и микроструктурные характеристики реактивного легковесного MgO грунта с различными соотношениями вода-почва, временем карбонизации и соотношением MgO-почва.Cheng et al. [9] выполнили изотропные консолидированные дренированные трехосные испытания морской глины с добавлением зольной пыли и цемента (FAC) под ограничивающим давлением от 50 до 350 кПа. Jamsawang et al. [44] исследовали влияние типов волокон на характеристики изгиба цементно-волокнистого песка, сделанного из цемента, песка, волокон и воды. Fantilli и Chiaia [42] исследовали влияние резиновых заполнителей на механические характеристики резинового бетона с помощью испытания на трехточечный изгиб. Поэтому основное внимание уделяется влиянию каждого компонента на физико-механические свойства легкой цементной глины.

Физические и механические свойства легкой глины на основе пенополистирола важны для успешного применения в строительстве и инженерно-геологической инженерии. Механические свойства легкой глины EPS варьируются в зависимости от свойств глины, свойств EPS, содержания цемента и их массовых соотношений. Юнз и др. [45] проверили физико-механические свойства легкого грунта из пенополистирола с помощью испытаний на неограниченное и трехосное сжатие и дополнительно проанализировали влияние начального содержания воды, соотношения цемента, отношения пенополистирола и давления отверждения на прочность на сжатие легкой глины.Лю и др. [46] изготовили новый легкий пломбировочный материал, смешав шарики из полистирола с предварительной затяжкой (PSPP) с китайской мягкой илистой глиной, цементом и водой. Они обнаружили, что шарики PSPP и цемент являются наиболее эффективным фактором, влияющим на массовую плотность и прочность на сжатие легкой глины EPS. Sadrmomtazi et al. [39] исследовали возможность создания многопрочного легкого бетона, содержащего шарики из вспененного полиэтилена. Они использовали различные пропорции шариков из пенополистирола в качестве замены заполнителя, чтобы уменьшить вес бетона.Они изготовили легкий бетон средней прочности и теплоизоляции. Лю и Чен [19] изучали влияние размера валиков из пенополистирола на механические свойства легкого бетона из пенополистирола. Их результаты показывают, что механические свойства пенополистирола тесно связаны с размером и содержанием шариков пенополистирола. Аллахверди и др. [20] произвел многопрочный активный порошковый бетон зеленого света с шариками из пенополистирола в качестве легких заполнителей для снижения статической нагрузки бетонных конструкций, подверженных землетрясениям.Они опробовали новую конструкцию и схему строительства высотных строительных объектов и длиннопролетных мостов. Chung et al. [47] проиллюстрировали влияние размера и способа расположения валиков из пенополистирола на характеристики легкого бетона. Они пришли к выводу, что размер или степень агрегации заполнителей полистирола внутри бетона оказали значительное влияние на характеристики бетона. Эти физико-механические свойства каждого компонента можно использовать для управления и улучшения свойств материала высококачественного пенополистирола.В предыдущих исследованиях больше внимания уделялось разработке новых вяжущих материалов, таких как летучая зола, реактивный MgO и т. Д., Которые использовались для улучшения физических и механических характеристик мягкой глины. Однако в нескольких литературных источниках сообщается об изменении деформации и прочности легкой цементной глины в зависимости от содержания цемента и шариков пенополистирола при трехосных испытаниях UU. Легкая цементная мягкая глина, сделанная из шариков EPS и сингапурской морской глины, до сих пор не исследовалась.

В этом исследовании систематически изучались поведение при напряжении и деформации и прочность на сжатие легкой цементной глины с помощью испытаний на трехосное сжатие UU.Во-первых, было проанализировано влияние массовых соотношений EPS к глине и цемента к глине на массовую плотность легкой цементной глины после трех дней отверждения. Затем были подробно изучены деформационные характеристики легкой цементной глины при различных ограничивающих давлениях, соотношении EPS к глине и цемента к глине после семи дней выдержки. В-третьих, отношения между прочностью на сжатие и деформацией разрушения, удельной массой и временем отверждения были выражены соответствующей формулой. Эти эмпирические формулы имеют высокие коэффициенты корреляции и могут обеспечить эффективный инженерный инструмент для прогнозирования прочности легкой цементной глины в инженерных приложениях.

3. Результаты и обсуждение

3.1. Массовая плотность

Массовая плотность и прочность смешанной легкой глины являются ключевыми параметрами для ее применения в строительстве и инженерно-геологической инженерии. Образец через три дня выдержки вынули для измерения его (насыпной) плотности. Масса взвешивалась, и диаметры по верхней, средней и нижней частям, а также высота измерялись штангенциркулем. Объем образца был рассчитан на основе предположения о цилиндрическом образце, а затем массовая плотность была рассчитана как массовый вес, деленный на объем.Влияние соотношений E / S и C / S на массовую плотность смешанных образцов глины после трех дней отверждения показано на рис. Увеличение отношения C / S образцов может немного увеличить массовую плотность. По сравнению с цементом, содержание шариков пенополистирола оказало гораздо более значительное влияние на массовую плотность образца. Для конкретного отношения C / S, равного 10%, массовая плотность образца составляла 1486 кг / м 3 , когда отношение E / S было равно нулю, в то время как массовая плотность образца составляла всего 660 кг / м 3 , когда E Соотношение / S составляло 4%.Для конкретного отношения C / S, равного 15%, массовая плотность образца составляла 1507 кг / м 3 , когда отношение E / S было равно нулю, в то время как массовая плотность образца составляла всего 680 кг / м 3 , когда Соотношение E / S составило 4%. Отношение E / S увеличилось с 0% до 4%, но массовая плотность образца уменьшилась на 55,6% для отношения C / S 10% и 54,9% для отношения C / S 15%, соответственно. Это связано с тем, что шарики из пенополистирола имели гораздо меньший удельный вес, но гораздо больший объем. Весовое отношение шариков EPS к глине (E / S) было всего 0.5–4% с точки зрения массы глины, но объемное отношение шариков EPS к глине составляло от 73% до 582% с точки зрения объема глины. Меньшее количество шариков из пенополистирола и более высокое содержание цемента означают гораздо более высокую массовую плотность легкой глины. Следовательно, отношение E / S для легкой глины было ключевым параметром для контроля массовой плотности легкой глины.

Влияние соотношений EPS к глине (E / S) и цемента к глине (C / S) на плотность легкой глины EPS-цемента.

3.2. Напряжение-деформационное поведение

С помощью испытаний UU в лаборатории была получена серия кривых напряжения-деформации для образцов смешанной легкой глины из пенополистирола и цемента.Взаимосвязь между осевым напряжением и осевой деформацией образцов легкой глины из пенополистирола-цемента после семи дней выдержки показана для цементного отношения 10% и для цементного отношения 15%. Хорошо видно, что как отношение E / S, так и ограничивающее давление оказали значительное влияние на прочность на сжатие и поведение напряжения-деформации. Для определенного отношения C / S и периода отверждения прочность на сжатие увеличивалась с увеличением ограничивающего давления, но снижалась с увеличением отношения E / S. Когда ограничивающее давление было нулевым, а отношение E / S было низким, каждая кривая напряжение-деформация имела очевидное пиковое напряжение.Когда ограничивающее давление было больше 50 кПа и E / S не было равно 0%, кривая напряжения-деформации в трехосных испытаниях UU не имела предельного напряжения. С увеличением отношения E / S образец легкой глины разрушился от сдвига до упругопластического разрушения при более высоком ограничивающем давлении. Разрушение при сдвиге наблюдалось для неограниченных образцов (0 кПа) и образцов с более низким отношением E / S (например, EPS = 0%), но с высоким содержанием цемента. Упруго-пластическое разрушение наблюдается для образцов с высоким ограничивающим давлением и высоким отношением E / S.Образец деформируется одноосно вдоль оси максимального главного напряжения без видимой поверхности сдвига. Гранулы пенополистирола из легкой глины обладают высокой сжимаемостью и, таким образом, повышают пластичность образцов. Следовательно, характер разрушения этой легкой глины зависит как от ограничивающего давления, так и от отношения E / S. Кроме того, увеличение содержания цемента может повысить прочность на сжатие легкой глины на основе EPS-цемента.

Кривые осевого напряжения и осевой деформации легкой глины на основе EPS-цемента с различными ограничивающими давлениями в течение семи дней выдержки с долей цемента 10% для всех соотношений EPS ( a ) 0%; ( б ) 0.5%; ( c ) 1,0%; ( d ) 2,0% и ( e ) 4,0%.

Кривые осевого напряжения и осевой деформации легкой глины на основе EPS-цемента с различным ограничивающим давлением в течение семи дней выдержки с долей цемента 15% для всех соотношений EPS ( a ) 0%; ( b ) 0,5%; ( c ) 1,0%; ( d ) 2,0% и ( e ) 4,0%.

Разрушение при сдвиге для более низкого отношения E / S.

Упруго-пластическое разрушение для более высокого отношения E / S.

3.3. Сопротивление прочности при сжатии и деформации разрушения

Взаимосвязь между прочностью на сжатие qu и деформацией разрушения εf без ограничения давления представлена ​​в. Деформация разрушения εf (%) находилась в диапазоне от 1,3% до 5% и имела обратную зависимость от одноосной прочности qu (кПа). Степенная функция qu = 598,2εf − 1,25 (кПа) была подобрана с коэффициентом корреляции R2, равным 0,91. Эта аппроксимирующая кривая согласуется с данными, полученными Wang et al. [11] для газированного реактивного отвержденного шлама MgO и летучей золы и Du et al.[50] для глины, загрязненной цинком, обработанной цементом. Следовательно, степенная функция может использоваться для характеристики отношения между qu и εf легкой глины на основе EPS-цемента.

Взаимосвязь между прочностью на сжатие и деформацией разрушения без ограничения давления.

3.4. Предел прочности при сжатии в сравнении с массовой плотностью

Влияние массовой плотности ρ на прочность на сжатие qu образцов показано в при различных ограничивающих давлениях. Прочность на сжатие легкой глины увеличивается примерно линейно с увеличением массовой плотности.Это связано с тем, что более низкая массовая плотность означает больший объем шариков пенополистирола и более низкое содержание цемента в легкой глине. Ослабляется влияние цемента на легкую глину. Корреляция между прочностью на сжатие qu и массовой плотностью ρ лучше всего согласуется со следующей степенной функцией как

где a1, b1 и c1 – параметры подгонки, qu – в кПа, а ρ – в кг / м 3 .

Соотношение между прочностью на сжатие и плотностью при различных ограничивающих давлениях: ( a ) 0 кПа; ( b ) 50 кПа; ( c ) 100 кПа и ( d ) 150 кПа.

Функции фитинга при различных ограничивающих давлениях (0 кПа, 50 кПа, 100 кПа и 150 кПа) показаны на a – d. Соответствующие им коэффициенты корреляции R2 равны 0,83, 0,79, 0,72 и 0,71 соответственно. Эта степенная функция важна для определения или проверки прочности на сжатие на основе массовой плотности EPS-цемента легкой глины в строительстве и инженерно-геологической инженерии.

3.5. Сопротивление прочности при сжатии и времени отверждения

показывает влияние времени отверждения на прочность на сжатие легкой глины при различных ограничивающих давлениях, соотношении E / S, равном 0.5%, а соотношение C / S – 15%. С увеличением времени отверждения прочность на сжатие легкой глины при различных ограничивающих давлениях увеличивалась в виде логарифмической функции. Прочность на сжатие qu легкой глины без ограничивающего давления составила 207,7 кПа и 339,5 кПа после трех и 28 дней отверждения, соответственно. Прочность на сжатие увеличилась на 64% от трех до 28 дней отверждения. Для других ограничивающих давлений 50 кПа, 100 кПа и 150 кПа прочность на сжатие увеличилась на 22%, 47% и 50% соответственно.Взаимосвязь между прочностью на сжатие qu и временем отверждения D может быть выражена как:

где a2, b2 и c2 – подгоночные параметры.

Повышение прочности на сжатие легкой цементной глины с течением времени отверждения при различных ограничивающих давлениях.

Подгоночные формулы и коэффициенты корреляции R2 при пяти различных ограничивающих давлениях перечислены в. Можно видеть, что эта логарифмическая функция может хорошо описывать взаимосвязь между qu и D при этих ограничивающих давлениях.Прочность на сжатие составляла 340 кПа и 536 кПа при ограничивающем давлении 0 кПа и 150 кПа, соответственно, что увеличивалось на 58% после 28 дней отверждения. Следовательно, как ограничивающее давление, так и время отверждения имеют важное влияние на прочность на сжатие легкой глины.

Таблица 3

Фитинги по прочности на сжатие и времени отверждения при различных ограничивающих давлениях.

Ограничивающее давление (кПа) Уравнение фитинга R2
0		 qu = 115.7 + 67,6ln (D + 1,5) 0,97
50 qu = 265,1 + 32,1ln (D + 1,5) 0,83
100 qu = 231,7 + 78,5ln (D + 1,5) 0,94
150 qu = 239,0 + 89,9ln (D + 1,5) 0,95

4. Выводы

Была проведена серия трехосных испытаний UU для исследования физических и механических свойств легкой глины на основе EPS-цемента, таких как массовая плотность, поведение напряжения и деформации, взаимосвязь между прочностью на сжатие и разрушением, массовая плотность и время отверждения.Из этих результатов можно сделать следующие выводы:

Во-первых, шарики из пенополистирола имели гораздо меньший удельный вес, а соотношение E / S было ключевым фактором для контроля массовой плотности легкой глины на основе цемента из пенополистирола. Массовая плотность легкой глины EPS-цемента уменьшалась с увеличением отношения E / S. Отношение E / S увеличилось с 0% до 4%, массовая плотность легкой глины EPS-цемента после трех дней выдержки снизилась на 55,6% для отношения C / S 10% и 54,9% для отношения C / S 15%, соответственно.

Во-вторых, увеличение содержания цемента может повысить прочность на сжатие, а соотношение E / S и ограничивающее давление определяют характер разрушения легкой глины на основе EPS-цемента. Разрушение при сдвиге произошло в образце легкой глины без ограничивающего давления и более низкого отношения E / S. Гранулы из пенополистирола были очень сжимаемыми, что увеличивало пластичность образцов. Разрушение при сдвиге изменилось на упругопластическое разрушение с увеличением отношения E / S и ограничивающего давления легкой глины.

В-третьих, отношения прочности на сжатие qu с деформацией разрушения εf и массовой плотностью ρ легкой глины EPS-цемента можно описать степенными функциями. Высокая прочность на сжатие qu соответствовала меньшей деформации разрушения εf, и соотношение в этом исследовании было qu = 598,2εf − 1,25 (кПа) с R2 = 0,91. Более высокая массовая плотность означает больше цемента и меньшее содержание шариков пенополистирола в образцах и более высокую прочность на сжатие.

Наконец, время отверждения и ограничивающее давление были важны для прочности на сжатие.Логарифмическая функция может описывать взаимосвязь между прочностью на сжатие qu и временем отверждения D при пяти различных ограничивающих давлениях. Прочность на сжатие увеличилась на 64%, 22%, 47% и 50% для пяти различных ограничивающих давлений (0 кПа, 50 кПа, 100 кПа и 150 кПа), соответственно, от трех до 28 дней отверждения.

(PDF) Физико-механические свойства объемного легкого бетона с шариками из пенополистирола (EPS) и мягкой морской глиной

Материалы 2019,12, 1662 15 из 16

17.

Al-Naddaf, M .; Han, J .; Xu, C .; Рахманиежад, С. Влияние геопены на распределение вертикальных напряжений на

заглубленных конструкциях, подверженных статическим и циклическим нагрузкам на фундамент. J. Pipeline Syst. Англ. Практик.

2019

, 10, 04018027.

[CrossRef]

18.

Horpibulsuk, S .; Suddeepong, A .; Chinkulkijniwat, A .; Лю М. Прочность и сжимаемость легких цементированных глин

. Прил. Clay Sci. 2012,69, 11–21. [CrossRef]

19.

Liu, N .; Чен Б. Экспериментальное исследование влияния размера частиц EPS на механические свойства легкого бетона

EPS. Констр. Строить. Матер. 2014,68, 227–232. [CrossRef]

20.

Allahvedi, A .; Azimi, S.A .; Alibabaie, M. Разработка зеленого легкого реактивного порошкового бетона повышенной прочности

с использованием шариков из пенополистирола. Констр. Строить. Матер. 2018, 172, 457–467. [CrossRef]

21.

Lee, J.H .; Канг, С.ЧАС.; Ха, Й.Дж .; Хонг, С.Г. Структурное поведение прочных композитных сэндвич-панелей с высокоэффективным пенополистиролбетоном

. Int. J. Concr. Struct. Матер. 2018,12, 21. [CrossRef]

22.

Wang, J .; Sun, W .; Ананд С. Численное исследование активной изоляции грунтовых ударов мягкими пористыми слоями

. J Sound Vib. 2009, 321, 492–509. [CrossRef]

23.

Bathurst, R.J .; Зарнани, С. Снижение нагрузки при землетрясении с использованием буферов из пенополистирола в жестких стенах.

Indian Geotech. J. 2003, 43, 283–291. [CrossRef]

24.

Ertugrul, O.L .; Трандафер, А.С.; Озкан Ю. Снижение динамических нагрузок грунта на гибкую консоль, удерживающую стены

, с помощью деформируемых геопластовых панелей. Soil Dyn. Earthq. Англ. 2017,92, 462–471. [CrossRef]

25.

Gao, H .; Hu, Y .; Wang, Z .; Wang, C .; Чен, Г. Испытания на вибростоле на сейсмические характеристики гибкой стены

, удерживающей композитный грунт из пенополистирола. Бык. Earthq. Англ.2017, 15, 5481–5510. [CrossRef]

26.

Kaya, A .; Кар, Ф. Свойства бетона, содержащего отходы пенополистирола и природной смолы.

Констр. Строить. Матер. 2016, 105, 572–578. [CrossRef]

27.

Fernando, P .; Jayasinghe, M .; Jayasinghe, C. Конструктивная осуществимость пенополистирола (EPS) на основе легких бетонных стеновых сэндвич-панелей

. Констр. Строить. Матер. 2017, 139, 45–51. [CrossRef]

28.

Ферр

á

ндиз-Мас, В.; Garc

№

a-Alcocel, E. Прочность пенополистирольных растворов. Констр. Строить. Матер.

2013

,

46, 175–182. [CrossRef]

29.

Wu, Y .; Wang, J .; Paulo, J.M.M .; Чжан, М. Разработка сверхлегких цементных композитов с низкой теплопроводностью

и высокой удельной прочностью для энергоэффективных зданий. Констр. Строить. Матер.

2015

, 87,

100–112. [CrossRef]

30.

Li, C .; Miao, L .; Вы, Q .; Hu, S .; Фанг, Х. Влияние добавки, изменяющей вязкость (VMA), на удобоукладываемость и прочность на сжатие

структурного пенополистирола. Констр. Строить. Матер. 2018, 175, 342–350. [CrossRef]

31.

Fan, R .; Du, Y .; Редди, К .; Liu, S .; Янг Ю. Сжимаемость и гидравлическая проводимость глинистого грунта, смешанного

с бентонитом кальция для засыпки стен из цементного раствора: Первоначальная оценка. Прил. Clay Sci.

2014

, 101, 119–127.[CrossRef]

32.

Fan, R .; Лю, М .; Du, Y .; Хорпибулсук, С. Оценка сжатия богатых металлами глин с помощью модели

концепции возмущенного состояния (DSC). Прил. Clay Sci. 2016, 132, 50–58. [CrossRef]

33.

Neramitkornburi, A .; Horpibulsuk, S .; Shen, S .; Arulrajah, A .; Дисфани, М. Технические свойства

легкого ячеистого цементированного глиняно-зольного материала. Почвы найдены. 2015,55, 471–483. [CrossRef]

34.

Фати, М.; Youse pour, A .; Фарохи Э. Механические и физические свойства пенополистирола конструкционных

бетонов, содержащих микрокремнезем и нанокремнезем. Констр. Строить. Матер. 2017, 136, 590–597. [CrossRef]

35.

Giorgio, I .; Скеррато, Д. Многомасштабная модель бетона с внутренним трением, зависящим от скорости. Евро. J. Environ.

Гр. Англ. 2017 г., 21, 821–839. [CrossRef]

36.

Por, S .; Nishimura, S .; Ликитлерсуанг, С. Деформационные характеристики и реакция на напряжение обработанной цементом расширяющейся глины

в условиях ограниченного одномерного набухания.Прил. Clay Sci. 2017, 146, 316–324. [CrossRef]

37.

Hu, X .; Zhang, Y .; Guo, L .; Wang, J .; Cai, Y .; Fu, H .; Цай, Ю. Циклическое поведение насыщенной мягкой глины под напряжением

путь с двунаправленными касательными напряжениями. Soil Dyn. Earthq. Англ. 2018,104, 319–328. [CrossRef]

38.

Placidi, L .; Barchiesi, E .; Мисра, А. Вариационный подход градиента деформации к повреждению: сравнение с моделями градиента повреждения

и численные результаты. Математика. Мех.Комплексная сист. 2018,6, 77–100. [CrossRef]

39.

Sadrmomtazi, A .; Sobhani, J .; Миргозар, M.A .; Надзими, М. Свойства многопрочного пенополистирола марки

, содержащего микрокремнезем и золу рисовой шелухи. Констр. Строить. Матер. 2012 г., 35, 211–219. [CrossRef]

40.

Ram Rathan Lal, B .; Навхаре, С. Экспериментальное исследование пластиковых лент и шариков из пенополистирола, армированных материалом на основе золы

. Int. J. Geosynth. Gr. Англ. 2016,2. [CrossRef]

41.

Cai, G .; Лю С. Уплотнение, механические характеристики и механизм стабилизации карбонизированного

реактивного ила, стабилизированного MgO. KSCE J. Civ. Англ. 2017,21, 2641–2654. [CrossRef]

Геотехника | Бесплатный полнотекстовый | Геомеханическое поведение бусинок из вспененного пенополистирола (EPS) и глинистых грунтовых смесей в качестве облегченной засыпки

Вклад авторов

Conceptualization, A.G., B.C.O .; методология, А.Г .; проверка, A.G., B.C.O .; формальный анализ, А.G., B.C.O., M.T .; расследование, М.Т .; ресурсы, A.G .; data curation, A.G., M.T .; письмо – подготовка оригинального черновика, B.C.O., M.T., P.A .; написание – просмотр и редактирование, B.C.O., K.G.I., P.A .; визуализация, B.C.O., M.T., P.A .; надзор, А.Г .; администрация проекта, A.G .; финансирование привлечения, A.G. Все авторы прочитали и согласились с опубликованной версией рукописи.

Рисунок 1. Кривые градации исследованных глинисто-песчаных грунтов.

Рисунок 1. Кривые градации исследованных глинисто-песчаных грунтов.

Рисунок 2. Исследованы сферические шарики из пенополистирола.

Рисунок 2. Исследованы сферические шарики из пенополистирола.

Рисунок 3. Кривые градации исследуемых материалов для шариков из пенополистирола.

Рисунок 3. Кривые градации исследуемых материалов для шариков из пенополистирола.

Рисунок 4. Бусины ЭПС-1 ( левый, ) и ЭПС-2 ( правый, ) смешанные с глинистым песком.

Рисунок 4. Бусины ЭПС-1 ( левый, ) и ЭПС-2 ( правый, ) смешанные с глинистым песком.

Рисунок 5. CBR ( слева, ), эдометр ( в центре, ) и сдвиговый ящик ( справа, ) образцы для испытаний шариков из грунта и пенополистирола.

Рисунок 5. CBR ( слева, ), эдометр ( в центре, ) и сдвиговый ящик ( справа, ) образцы для испытаний шариков из грунта и пенополистирола.

Рисунок 6. Кривые SP-уплотнения смесей глинистого песка и пенополистирола.

Рисунок 6. Кривые SP-уплотнения смесей глинистого песка и пенополистирола.

Рисунок 7. Исследованы результаты CBR для смесей глинистого песка и пенополистирола.

Рисунок 7.

Исследованы результаты CBR для смесей глинистого песка и пенополистирола.

Рисунок 8. Равновесное осевое сжатие образцов коробки сдвига при нормальных напряжениях σ v = 50, 100 и 150 кПа, приложенных на стадии консолидации.

Рисунок 8. Равновесное осевое сжатие образцов коробки сдвига при нормальных напряжениях σ v = 50, 100 и 150 кПа, приложенных на стадии консолидации.

Рисунок 9. Сопротивление сдвигу против горизонтального смещения смесей грунтов 1 – EPS-1 после испытаний на сдвиг.

Рисунок 9. Сопротивление сдвигу против горизонтального смещения смесей грунтов 1 – EPS-1 после испытаний на сдвиг.

Рисунок 10. Сопротивление сдвигу против горизонтального смещения смесей грунтовых шариков 2 – EPS-1 после испытаний на сдвиг.

Рисунок 10. Сопротивление сдвигу против горизонтального смещения смесей грунтовых шариков 2 – EPS-1 после испытаний на сдвиг.

Рисунок 11. Сопротивление сдвигу против горизонтального смещения смесей грунтов 1 – EPS-2 после испытаний на сдвиг.

Рисунок 11. Сопротивление сдвигу против горизонтального смещения смесей грунтов 1 – EPS-2 после испытаний на сдвиг.

Рисунок 12. Сопротивление сдвигу при горизонтальном смещении для смесей грунтовых шариков 2 – EPS-2 по результатам испытаний на сдвиг.

Рисунок 12. Сопротивление сдвигу при горизонтальном смещении для смесей грунтовых шариков 2 – EPS-2 по результатам испытаний на сдвиг.

Рисунок 13. Вертикальные против горизонтальных смещений для смесей грунтовых шариков 1 – EPS-1 после испытаний на сдвиг.

Рисунок 13. Вертикальные против горизонтальных смещений для смесей грунтовых шариков 1 – EPS-1 после испытаний на сдвиг.

Рисунок 14. Вертикальные против горизонтальных смещений для смесей грунтовых шариков 1 – EPS-2 после испытаний на сдвиг.

Рисунок 14. Вертикальные против горизонтальных смещений для смесей грунтовых шариков 1 – EPS-2 после испытаний на сдвиг.

Рисунок 15. Вертикальные против горизонтальных смещений для смесей грунтовых шариков 2 – EPS-1 после испытаний на сдвиг.

Рисунок 15. Вертикальные против горизонтальных смещений для смесей грунтовых шариков 2 – EPS-1 после испытаний на сдвиг.

Рисунок 16. Вертикальные против горизонтальных смещений для смесей грунтовых шариков 2 – EPS-2 после испытаний на сдвиг.

Рисунок 16. Вертикальные против горизонтальных смещений для смесей грунтовых шариков 2 – EPS-2 после испытаний на сдвиг.

Рисунок 17. Выведенные параметры прочности на сдвиг смесей глинистого песка и пенополистирола в результате испытаний на прямой сдвиг для σ v = 50–150 кПа.

Рисунок 17. Выведенные параметры прочности на сдвиг смесей глинистого песка и пенополистирола в результате испытаний на прямой сдвиг для σ v = 50–150 кПа.

Рисунок 18. Изменение индекса сжатия в зависимости от содержания шариков из пенополистирола.

Рисунок 18. Изменение индекса сжатия в зависимости от содержания шариков из пенополистирола.

Рисунок 19. Видимое изменение коэффициента уплотнения в зависимости от содержания шариков пенополистирола.

Рисунок 19. Видимое изменение коэффициента уплотнения в зависимости от содержания шариков пенополистирола.

Рисунок 20. Вариация вторичного индекса сжатия в зависимости от содержания шариков из пенополистирола.

Рисунок 20. Вариация вторичного индекса сжатия в зависимости от содержания шариков из пенополистирола.

Рисунок 21. Коэффициент проницаемости в зависимости от содержания пенополистирола для исследуемых смесей глинистого песка и гранул пенополистирола.

Рисунок 21. Коэффициент проницаемости в зависимости от содержания пенополистирола для исследуемых смесей глинистого песка и гранул пенополистирола.

Таблица 1. Некоторые физические свойства глинисто-песчаных почв.

Таблица 1. Некоторые физические свойства глинисто-песчаных почв.

907 U40
Материал D 10
(мм)		 D 30
(мм)		 D 50
(мм)		 D 60
(мм)
C Z G s
Почва 1 0,020 0,31 0,52 0,90 45 240 2.66
Почва 2 0,005 0,07 0,82 1,20 5,3 0,8 2,66

Таблица 2. Некоторые физические свойства исследуемых материалов для шариков из пенополистирола.

Таблица 2. Некоторые физические свойства исследуемых материалов для шариков из пенополистирола.

Материал D 10
(мм)		 D 30
(мм)		 D 60
(мм)		 C U 6 G

1 Z

 C Z s (EPS) γ dmin
(кН / м 3 )		 γ dmax
(кН / м 3 )
EPS-1 1.75 2,02 2,17 1,24 1,07 0,05 0,25 0,26
EPS-2 3,72 4,18 4,39 1,18 1,0 0,10

Таблица 3. Исследован объем шариков пенополистирола в различных смесях глинистого песка и пенополистирола.

Таблица 3. Исследован объем шариков пенополистирола в различных смесях глинистого песка и пенополистирола.

Смесь EPS (об.%)
Грунты 1 и 2 с 0,5 мас.% EPS-1 21
Грунты 1 и 2 с 1,5 мас.% EPS-1 44
Почвы 1 и 2 с 3,0 мас.% EPS-1 61
Почвы 1 и 2 с 0,5 мас.% EPS-2 31
Почвы 1 и 2 с 1,5 мас.% ЭПС-2 57
Грунты 1 и 2 с 3.0 мас.% EPS-2 73

Легкие синтетические добавки Advance Concrete | Журнал Concrete Construction

Благодаря высокой прочности на сжатие и способности принимать бесчисленные формы бетон является одним из самых полезных строительных продуктов человечества. Однако производители бетона знают, что большой вес материала создает множество проблем, таких как высокие затраты на транспортировку и установку, а также усталость рабочих.

Чтобы преодолеть эти и другие проблемы, люди на протяжении всей истории стремились уменьшить вес бетона без отрицательного воздействия на его характеристики.Одним из первых примеров является добавление древними римлянами пемзы и наполненных воздухом глиняных горшков на бетонную крышу Пантеона с куполом. В последние годы присадки стали намного более сложными, особенно с появлением сверхлегких синтетических заполнителей.

Среди них – бусины из легкого полистирола и пенополистирола (EPS). Эти маленькие шарики пенопласта иногда ошибочно называют «пенополистиролом», но это другой материал.

CityMix Легкие добавки на основе полистирола уменьшают вес бетона, сохраняя при этом полезные механические свойства.

Преимущества легких добавок к полистиролу

Сверхлегкие добавки на основе полистирола служат частичным объемным заменителем тяжелых песков и гравия в бетоне. Такие добавки снижают удельный вес бетона, что, в свою очередь, снижает вес конструкций, снижает затраты на транспортировку и снижает утомляемость рабочих, что приводит к снижению затрат и потенциально более высокой прибыли для производителей бетона. Возможное снижение веса зависит от производимого бетонного продукта – порядка 5-15% для структурных бетонных строительных панелей, но потенциально до 80% для неструктурных бетонных объектов, таких как фанерный камень, декоративные молдинги. и ландшафтный блок.

Помимо снижения веса бетонных изделий, добавки на основе полистирола также могут улучшить характеристики бетона в нескольких ключевых областях. Основными среди этих свойств являются повышенная гибкость и упругость, улучшенная трещиностойкость и устойчивость к замораживанию / оттаиванию, а также улучшенные огнестойкие и термические характеристики.

В зависимости от добавки, заполнители на основе полистирола могут использоваться в различных конструкционных и неструктурных областях, включая:

  • Stucco
  • Фанерованный камень
  • Цементная плита
  • Архитектурный и промышленный сборный железобетон
  • Легкий пол с подачей насосом
  • Сборный
  • Ландшафтный блок
  • Добавки для почвы
CityMix Шарики из пенополистирола с покрытием равномерно распределяются по бетону.

Проблемы, связанные с добавками к полистиролу

Хотя сверхлегкие добавки на основе полистирола обладают множеством преимуществ, до недавнего времени они обладали рядом недостатков, таких как: может затруднить обращение с ними и их смешивание в полевых условиях или на заводе.

  • Высокий статический заряд из-за присущего ему высокого статического заряда заставляет шарики цепляться за кожу, одежду и другие поверхности, что может затруднить работу с добавкой. или тенденция всплывать на поверхность, что препятствует равномерному распределению добавки по бетону
  • Использование первичного пенопласта в некоторых добавках может как увеличить стоимость добавки, так и нанести вред окружающей среде

    • Появляется новая технология

    Строительство промышленные ученые недавно разработали новый класс добавок на основе полистирола, который обеспечивает все легкие легкие и механические преимущества обсуждались выше, при устранении недостатков.В этой уникальной запатентованной добавке, которая в настоящее время производится Insulfoam для CityMix, используются переработанные частицы EPS, заключенные во внешнюю оболочку, улучшающую эксплуатационные характеристики. В этом экономичном и сверхлегком продукте статическое электричество устранено, и добавлен вес частиц, достаточный для того, чтобы материал можно было легко обрабатывать и смешивать.

    R Эциклированный или чистый EPS

    Частицы EPS, используемые в этой новой легкой добавке, могут быть либо из первичного материала, либо переработаны из других продуктов EPS (таких как изоляция зданий, геопена, используемая в строительных работах, или упаковка продукции) , что позволяет отводить большие объемы отработанной пены с общественных свалок.

    Бетон часто считают первым композитным строительным материалом человечества. Путем проб и ошибок древние цивилизации придумали, как объединить песок, заполнители и цемент для получения исключительно прочного, но при этом адаптируемого строительного материала. Сегодня наука открыла способы дальнейшего улучшения бетона с помощью синтетических легких добавок, которые продолжают улучшаться год за годом.

    Гидропоника | Государственный университет Оклахомы

    Опубликовано апр.2017 | Id: HLA-6442

    К Арджина Шреста, Брюс Данн

    Введение

    «ГИДРОПОНИКА» – выращивание растений в жидком питательном растворе с или без использование искусственных медиа. Обычно используемые среды включают керамзит, кокосовое волокно, перлит, вермикулит, черепки кирпича, арахис упаковочный пенополистирол и древесное волокно.
    Гидропоника признана жизнеспособным методом производства овощей (томатов, салат, огурцы и перец), а также декоративные культуры, такие как травы, розы, фрезии и лиственные растения. Из-за запрета на использование бромистого метила в почвенных культурах, Спрос на продукты, выращенные на гидропонике, быстро вырос за последние несколько лет.

    История

    Слово «гидропоника» происходит от двух греческих слов «гидро», что означает вода и «понос». имеется в виду труд.Это слово впервые было использовано в 1929 году доктором Герике, профессором из Калифорнии. кто начал развивать то, что раньше было лабораторной техникой, в коммерческую средства выращивания растений. Армия США использовала гидропонную культуру для выращивания свежих продуктов для войск, дислоцированных на неплодородных островах Тихого океана во время Второй мировой войны. К 1950-м годам были жизнеспособные коммерческие фермы в Америке, Европе, Африке и Азии.

    Преимущества

    • Может использоваться в местах, где земледелие или садоводство невозможно. (например, засушливые пустынные районы или регионы с холодным климатом).
    • Более полный контроль содержания питательных веществ, pH и среды выращивания.
    • Более низкие затраты на воду и питательные вещества, связанные с повторным использованием воды и питательных веществ.
    • Более быстрый рост благодаря большему количеству кислорода в корневой зоне.
    • Устранение или сокращение численности насекомых, грибков и бактерий, связанных с почвой.
    • Значительно более высокие урожаи.
    • Не требуется прополка или культивация.
    • Некоторые культуры, такие как салат и клубника, можно поднимать с уровня земли на намного лучшая высота для посадки, выращивания и сбора урожая. Это дает намного лучше условия труда и, следовательно, снижает затраты на рабочую силу.
    • Севооборот / парование не требуется.
    • Шок трансплантата уменьшен.

    Недостатки

    • Первоначальные и эксплуатационные затраты выше, чем на культивирование почвы.
    • Для правильной работы необходимы навыки и знания.
    • Некоторые болезни, такие как Fusarium и Verticillium, могут быстро распространяться через систему. Однако выведено много устойчивых к вышеперечисленным заболеваниям сортов.

    Системы выращивания

    Гидропонные системы могут быть жидкими или агрегатными.Жидкие системы не имеют поддержки среда для корней растений; тогда как агрегатные системы имеют прочную опору. Гидропонные системы далее классифицируются как открытые (когда питательный раствор доставляется к корням растений, повторно не используется) или закрывается (излишки раствора восстанавливаются, пополняется, и перерабатывается).


    Жидкая гидропонная система:

    Это закрытые системы.

      Метод питательной пленки
    • (NFT): растения помещают в полиэтиленовую трубку с прорезями. прорежьте пластик, чтобы вставить корни. Перекачивается питательный раствор эта трубка.
    • Плавающая гидропоника: растения выращивают на плавучем плоту из пенопласта.
    • Аэропоника: корни растений остаются подвешенными в закрытой камере для выращивания, где они опрыскиваются туманом питательного раствора через короткие промежутки времени, обычно каждые несколько минут.


    Агрегатная гидропонная система:

    Открытая система:

    • Rockwool Culture: это наиболее широко используемая среда в гидропонике. Rockwool измельчается базальтовая порода, которую нагревают, затем прядут в нити, образующие шерсть. Он очень легкий и часто продается кубиками.Rockwool может удерживать воду и удерживать достаточное пространство для воздуха (при не менее 18 процентов), чтобы способствовать оптимальному росту корней.
    • Культура песка

    Закрытая система:

    • Гравий
    • NFT и Rockwool: Заводы устанавливаются на небольших плитах из минеральной ваты, размещенных в каналах содержащий переработанный питательный раствор.

    Эти системы подразделяются на:

    1. пассивные системы
    2. активных систем

    1. В пассивных системах используются фитиль и питательная среда с очень сильным капиллярным действием. Этот позволяет воде поступать к корням растений.Система фитиля – безусловно, самый простой тип гидропонной системы (рис. 1.)

    Рисунок 1. Фитильная система.

    2. Активные системы работают, активно пропуская питательный раствор над корнями растений. Примеры включают:

    Система водного культивирования – самая простая из всех активных гидропонных систем.Платформа для растений обычно изготавливается из пенополистирола и плавает непосредственно в питательном растворе. Воздух насос подает воздух к воздушному камню, который пузырит питательный раствор и подает кислород к корням растений (рис. 2).

    Рисунок 2. Система водного культивирования.


    Система приливов и отливов работает путем временного заполнения лотка для выращивания питательным раствором и последующего его слива. раствор обратно в резервуар. Это действие обычно выполняется с погруженным в воду насос, подключенный к таймеру. Таймер настроен на срабатывание несколько раз в день, в зависимости от размера и типа растений, температуры, влажности и типа выращивания использованная среда (Рисунок 3).

    Рисунок 3. Система приливов и отливов.


    Капельные системы , вероятно, наиболее широко используемый тип гидропонной системы в мире. Таймер управляет погружным насосом. Таймер включает насос и капает питательный раствор. нанесите на основание каждого растения с помощью небольшой капельной линии (Рисунок 4).

    Рисунок 4. Капельная система.


    Системы NFT имеют постоянный поток питательного раствора, поэтому для погружного устройства таймер не требуется. насос (рисунок 5).

    Рисунок 5. Система NFT.


    Aeroponic System – вероятно, самый высокотехнологичный вид гидропонного садоводства. Таймер управляет питательным насосом так же, как и другие типы гидропонных систем, за исключением Аэропонная система нуждается в таймере с коротким циклом, который запускает насос на несколько секунд каждые пару минут (рисунок 6).

    Рисунок 6. Аэропонная система.

    Методы управления питательными веществами

    Основным недостатком закрытой системы является сложность управления питательными веществами. Обычно используются четыре основных метода.

    Метод 1

    Контроль добавления воды, pH и электропроводности (ЕС) осуществляется автоматически.В pH является мерой кислотности субстрата и контролирует доступность минеральных веществ. питательные вещества; тогда как ЕС дает оценку содержания питательных веществ.
    Рекомендуемый pH для гидропонной культуры составляет от 5,0 до 6,0, поскольку в целом доступность питательных веществ оптимизирована при слабокислом pH, а уровень ЕС должен от 1,5 до 3 дСм м -1

    Метод 2

    Подпитка воды в сборном баке происходит автоматически, обычно с помощью поплавкового клапана, т.е.е. в уровень в баке остается неизменным. Здесь берется и вода, и питательные вещества, но только вода заменяется. Следовательно, ЕС будет падать до тех пор, пока не будет подан раствор из бака. до крепости за счет добавления питательных веществ. ЕС периодически проверяется и настраивается на необходимое значение, добавляя питательные вещества в резервуар вручную. При необходимости корректируют pH. добавлением кислоты (разбавленной серной кислоты) для понижения pH или щелочи (разбавленного натрия гидроксид (NaOH)), чтобы поднять pH.

    Метод 3

    Сборный резервуар частично или полностью израсходован, затем заполняется партиями путем добавления вода и / или питательные вещества. Важным аспектом этой техники является то, что эффекты сложения проверены.

    Техника 4

    Сборный резервуар частично или полностью истощен, а затем снова заполнен стандартной концентрацией. питательный раствор.Однако результирующий ЕС в системе не проверяется и не корректируется. Этот прием может привести к катастрофе.

    Растворы питательных веществ для гидропоники


    Коммерческим производителям гидропоники необходим более точный контроль компонентов в питательный раствор для достижения коммерческого успеха.Многочисленные «рецепты» гидропоники решения доступны. Многие используют разные комбинации химикатов для достижения одинаковых итоговые финальные составы (Таблица 1).

    Таблица 1. Найденные ионные формы основных элементов и микроэлементов и нормальный диапазон концентраций в большинстве питательных растворов (Jones, 2005).

    Диапазон концентраций
    Элемент Ионная форма мг / л, ppm

    Основные элементы
    Азот (N) NO– 3 , NH + 4 от 100 до 200
    Фосфор (P) HPO 2 – 4 , H 2 PO– 4 от 30 до 15
    Калий ( K) K + от 100 до 200
    Кальций (Ca) Ca 2 + от 200 до 300
    Магний (Mg) Mg 2 + от 30 до 80
    Сера (S) SO -2 4 от 70 до 150

    Микроэлементы
    Бор (B) BO 3 -30.03
    Хлор (Cl) Cl – –
    Медь (Cu) Cu 2+ от 0,01 до 0,10
    Железо (Fe) Fe 2+ , Fe 3+ от 2 до 12
    Марганец (Mn) Mn 2+ от 0,5 до 2,0
    Молибден (Mo) Mo0– 4 0,05
    Цинк (Zn) Zn 2+ от 0,05 до 0,50

    Почва против гидропоники

    Нет физиологической разницы между растениями, выращенными на гидропонике, и теми, выращен в почве.В почве должны разлагаться как органические, так и неорганические компоненты. на неорганические элементы до того, как они станут доступны растению. Эти элементы придерживаются к частицам почвы и обмениваются в почвенный раствор, где поглощаются по растениям. В гидропонике корни растений увлажняют питательным раствором. содержащие элементы. Последующие процессы поглощения минералов растением то же самое (рисунок 7).

    Рис. 7. Происхождение основных элементов в почве и гидропонике.

    Питание и гидропоника

    Нет убедительных доказательств того, что продукты, выращенные на гидропонике, более питательны. или более здоровые, чем продукты, выращенные любым другим способом, хотя некоторые небольшие исследования указывают на то, что что это возможно.Многие страны, такие как Голландия, не различают продукт был выращен гидропоникой или любыми другими методами; они просто концентрируются от качества продукции. Качество продукции с большей вероятностью останется неизменным в гидропонных системах, поскольку растения часто менее подвержены стрессу, чем в других системах.

    Гидропоника в домашнем саду

    Для любителей гидропоника – это высокотехнологичная специализированная форма сельского хозяйства. у которого есть постоянно расширяющееся приложение для повседневного использования.В то же время домашняя гидропоника сады стали настолько простыми, что люди без зеленого пальца могут добиться успеха в выращивании цветов и овощей в своих домах. Многие преимущества коммерческого гидропоника также применима к садоводам дома и любителям. Во многих отраслях небольшие системы разрабатываются, а затем расширяются для крупномасштабного использования. И наоборот, в гидропонике крупномасштабное коммерческое производство становится все более распространенным, в то время как это становится все более сложной задачей сделать небольшие системы экономически целесообразными.

    Планирование коммерческой гидропоники

    Гидропонные системы – это только один из вариантов, доступных, когда вы рассматриваете стоит ли выращивать урожай. Поэтому при планировании коммерческого бизнеса необходимо следовать нормальная последовательность для рассмотрения любого садоводческого предприятия.Не забывайте о почве растет. Вам нужна веская причина использовать гидропонную систему вместо почвы.


    Если вы все же выбрали гидропонику, вы должны оценить ее преимущества и недостатки. каждого типа производственной системы для интересующей вас культуры. Для краткосрочных посевов например, салат, обычно выбирают рециркуляцию NFT или заливной и дренажный гравий каналы.Для долгосрочных культур или тех, которые очень уязвимы к корневым заболеваниям, обычная выбор – это безрециркуляционные системы, основанные на средствах массовой информации.


    В последние годы растет число компаний, предлагающих комплекс пакетов под ключ. Продается полный пакет защищенной конструкции, гидропоники. и системы поддержки, и часто включают консалтинговые и маркетинговые соглашения.

    Список некоторых поставщиков гидропоники

    Будущее

    Гидропоника может использоваться в слаборазвитых странах для производства продуктов питания в ограниченном количестве. Космос. Возможно даже выращивание на гидропонике в районах с плохими почвенными условиями. такие как пустыни.Песок пустыни служит хорошей средой для выращивания, а морская вода может использоваться для смешивания питательного раствора после удаления солей. Популярность гидропоники резко возросло за короткий период времени, что привело к увеличение количества экспериментов и исследований в области гидропоники в помещении и на открытом воздухе. садоводство.

    Дополнительная литература

    Джонс, Дж.B. 2005. Гидропоника: практическое руководство для беспочвенных производителей. CRC Press. Бока-Ратон. Fla.


    Мейсон, Дж. 1990. Коммерческая гидропоника. Kangaroo Press, Кентхерст, Новый Южный Уэльс.


    Реш, Х.М. 2004. Производство продуктов питания на гидропонике: подробное руководство для продвинутых домашний садовник и коммерческий производитель гидропоники.Newconcept Press, Inc. Нью-Джерси.


    Саввас, Д. и Х. Пассам. 2002. Гидропонное производство овощей и декоративных растений. Публикации эмбрионов. Афины, Греция.

    Арджина Шреста

    Аспирант, Орнаменты

    Брюс Данн
    Доцент, цветоводство

    Была ли эта информация полезной?
    ДА НЕТ

    Как использовать EPS Geofoam для защиты подземных трубопроводов и инженерных сетей | Геопенопласт, пенополистирол, EPS и полистирол

    Пенополистирол (EPS) Geofoam – сверхлегкий, но прочный спроектированный материал с высокой прочностью на сжатие и предсказуемой характеристики урожайности.Это значительно уменьшает вертикальное и горизонтальное загрузка при использовании около инженерных сетей или подземных трубопроводов. Это особенно обеспечивает безопасность трубопроводов в сейсмических зонах и позволяет избежать дорогостоящих перенос или модернизация существующих инженерных сетей.

    Как геопена EPS снижает нагрузку и обеспечивает сейсмическую защиту?

    EPS в 100 раз легче грунта с хорошо выраженной сжимаемостью характеристики. При размещении над водопропускной трубой, трубопроводом или водопроводом он может создать «мягкую зону сжатия».Это создает положительный Эффект «выгибания», который значительно снижает вертикальную нагрузку на окружающая земля.

    При использовании под бетонными конструкциями он также может поглощать восходящие напряжения. от экспансивных сил грунта на основе глины или условий замерзания. Легко формируется вокруг сетей существующих трубопроводов, сокращает как горизонтальная и вертикальная загрузка новой конструкции.

    Каковы области применения EPS Geofoam для защиты трубопроводов? и коммунальные услуги?

    • Защита подземных трубопроводов – в одном крупном исследовании EPS была показана для защиты газопровода из высокопрочной стали

    • Снижение статической нагрузки подземных коммуникаций

    • Защита труб и водопропускных труб – часто как часть насыпи строительство

    • Защита трубопроводов в зонах риска необратимой деформации грунта е.грамм. Оползни, районы с высокой и средней сейсмичностью и разжижением

    • Площадки, требующие снижения как вертикальной, так и горизонтальной нагрузки

    • В качестве наполнителя для систем покрытия щелей и траншей

    • В качестве легкого материала для засыпки траншей с низкой плотностью

    • Зоны, требующие дополнительной тепловой защиты

    • Защита существующих внутренних трубопроводов при подъеме полов или измененный

    Преимущества использования EPS Geofoam в проекте, предполагающем заглубление трубопровод

    • Может позволить существующим коммуникациям оставаться на месте – значительная экономия время и деньги.

    • Может устранить необходимость замены существующих вертикальная нагрузка снижена.

    • Можно создать любую необходимую форму – предварительно вырезать перед отправкой на место с помощью дополнительные изменения на месте выполняются с минимальным оборудованием.

    • Легкие блоки из пенополистирола легко перемещать и хранить на объекте; минимальный беспокойство в чувствительных или ограниченных местах.

    • Повышает сейсмостойкость трубопровода или инженерного оборудования

    • Обеспечивает высокую теплоизоляцию

    • Обеспечивает амортизацию вибрации

    • Используется в качестве защиты труб как для внутренних, так и для наружных работ.

    • Уже много лет успешно используется во всем мире

    Обратитесь к специалистам по снижению нагрузки и защите трубопроводов

    Наши специалисты проконсультируют нас по выбору Geofoam во всех областях защита инженерных сетей и подземных трубопроводов.

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

    ➤