Изменение свойств самана в зависимости от влажности
Автор: Аль-Хаддад Ахмед Осман Омар, Трофимов Борис Яковлевич
Рубрика: Строительные материалы и изделия
Статья в выпуске: 1 т.18, 2018 года.
Бесплатный доступ
Целью проведенного исследования являлось определение характеристик прочностных свойств и усадки самана на йеменской и уральской глинах и их зависимость от влажности самана после различной продолжительности сушки. В воздухе всегда есть водяной пар, который образуется в результате испарения воды с поверхностей океанов, морей, озер, рек и т. д. От количества водяного пара, содержащегося в воздухе в зависимости от погодных условий, меняется не только самочувствие человека, функционирование многих его органов, но и сохранение свойств технических объектов и архитектурных сооружений, особенно это характерно для гигроскопических материалов с большой микропористостью. Такой материал, как саман, в несколько раз изменяет свои свойства в зависимости от влажности как за счет водопоглощения, так и вследствие гигроскопичности и конденсации водяного пара. Поэтому саман распространен в странах с сухим и жарким климатом. Для Йемена характерен в течение года длительный период высоких температур при отсутствии осадков. Но в прибрежной полосе, в зимний сезон возможно повышение влажности воздуха и снижение качественных характеристик свойств самана. Поэтому установление зависимостей свойств самана от влажности является актуальной задачей.
Саман, прочность, влажность самана, корректировка градуировочной зависимости
Короткий адрес: https://sciup.org/147232079
IDR: 147232079 | DOI: 10.14529/build180103
Текст научной статьи Изменение свойств самана в зависимости от влажности
Саман – это один из старейших строительных материалов человечества благодаря доступности сырья, многовариантности изготовления и хорошим эксплуатационным качествам. Важным фактором эффективности данного строительного материала, наряду с прочностью R на сжатие и прочностью R при изгибе, является экологичность и экономичность при значительных параметрах тепло- и звукоизоляции [1–3]. В настоящее время продолжается применение самана, рациональность и дешевизна которого вполне оправданы в малоэтажном строительстве (до трёх этажей) [4–6]. В состав самана входят глина, песок, различные органические добавки и вода. Сам процесс изготовления самана сводится к разжижению суглинка при помощи добавления в него воды. После этого пластичный компонент смешивают с песком и органическим компонентом, разминают в заранее подготовленных формах, ямах или же на специальных ровных площадках. Тщательно перемешивают до однородного состояния. Приступая к строительству, всегда есть выбор – делать саманные кирпичи или лепить готовую стену [6, 7]. В обоих случаях после высыхания затвердеет и при соблюдении всех рекомендаций в саманном строительстве, приобретут достаточную прочность, которой обладает, например, недорогой кирпич. Как любой стеновой материал саман должен обладать необходимым набором взаимосвязанных свойств – прочностью, теплопровод ностью, средней плотностью, влажностью, усадкой, гигроскопичностью, паропроницаемостью и др. [8].
Цель работы:
Проведение исследования двух типов глины – йеменской и южно-сычевской для получения высококачественного самана.
Для этого необходимо решить следующие задачи:
– выбрать оптимальное соотношение компонентов для обеспечения максимальной прочности при усадке, не вызывающей образование трещин.
– определение и установление влияния влажности на прочность и усадку самана, с целью прогнозирования изменения несущей способности стенового материала при характерных климатических воздействиях.
Материалы и методы исследования
В исследовании использовали:
– йеменскую глину: – с месторождения Лахдж; содержит 59,6 % монтмориллонита, 11,9 % каолинита;
– глину Южно-Сычевского месторождения, в которой 27,8 % монтмориллонита, 29,6 % каолинита;
– песок кварцевый Белоносовского месторождения Мк-2,5.
Проведение исследования
Для проведения исследования было изготовлено по 21 образцу размерами 4×4×16 см из йеменской и южно-сычевской глины, образцы сушили при 45 °С в сушильном шкафу разное время и далее испытывали:
-
1) по 3 образца, высушенных до постоянной массы, для определения R СЖА , R ИЗГ , плотности и усадки;
-
2) по 3 образца, высушенных 10 часов, для определения R СЖА , R ИЗГ , влажности, плотности и усадки;
-
3) по 3 образца, высушенных 20 часов, для определения R СЖА , R ИЗГ , влажности, плотности и усадки;
-
4) по 3 образца, высушенных 30 часов, для определения R СЖА , R ИЗГ , влажности, плотности и усадки;
-
5) по 3 образца, высушенных 40 часов, для определения R СЖА , R ИЗГ , влажности, плотности и усадки;
-
6) по 3 образца, высушенных 50 часов, для определения R СЖА, R ИЗГ, влажности, плотности и усадки;
-
7) по 3 образца, высушенных 60 часов, для определения R СЖА, R ИЗГ, влажности, плотности и усадки .
Результаты испытания приведены в табл. 1, 2 и на рис. 1, 2.
Для установления градуировочной зависимости применяли метод наименьших квадратов с использованием следующих формул.
Зависимости отклика от влажности принимали линейными:
N
Z R i
R = -i =—;
N
N
_ 1 H i
H = V
.
Величину коэффициента b определяли по формуле
b = R Ф - аН . (5)
Для определения S средней квадратичной погрешности использовали формулу
5 =
N 2
Z ( R , - R iф ) i = 1
N - 2
где R iн Ri ф – значение отклика по полученным
линейным зависимостям (1); и R ф – фактическое значение отклика по результатом испытания; N – число испытанных образцов .
Погрешность полученных уравнений определялась по формуле
П = Д
Rф
.
Отбраковка результатов испытаний проводилась по формуле
| ^ ф - R iH | S
< 2,
R=aH+b ,
где R – значения отклика ( R СЖА, R ИЗГ, усадка и плотность), H – переменый фактор, a , b – коэффициенты уравнений.
Величину коэффициента a определяли по формуле
1 [ (Rф - R ф)(Hi- h )] i=1L________________________________
N
1 Hi- H)
где R i ф – i -е значение отклика; R ф – среднее арифметическое значение отклика, H i – i -е значение влажности, H – среднее арифметическое значение влажности,
H, R определяли по формулам:
R iH – значение отклика по градуировочным зависимостям.
r – коэффициент корреляции, получаемый с учетом отбраковки, определялся по формуле
1L [(RH - R,)(Ri ф - Дф)]
Г = I i =1 - , = < 0,7. (9)
J Z ( R iH - R H )\ Z ( R i ф - R ф ) 2
V i = 1 V i = 1
Результаты расчета аппроксимирующих зависимостей свойств самана на йеменской глины от влажности приведены в табл. 3.
Результаты расчета аппроксимирующих зависимостей свойств самана на южно-сычевской глине от влажности приведены в табл. 4.
Таблица 1
Результаты испытаний образцов самана с различной влажностью на йеменской глине
|
№ |
Отклики |
|||||
|
Масса, г |
Плотность ρ , г/cm3 |
Прочность R МПа |
Усадка ∆ℓ/ℓ, % |
Влажность Н , % |
||
|
изгиб |
сжатие |
|||||
|
1.1 |
397 |
1,551 |
0,78 |
1,30 |
9,82 |
|
|
1.2 |
399 |
1,559 |
0,74 |
1,24 |
1,21 |
10,2 |
|
1.3 |
392 |
1,531 |
0,75 |
1,28 |
10,3 |
|
|
2.1 |
374 |
1,461 |
1,04 |
2,16 |
8,3 |
|
|
2.2 |
371 |
1,449 |
1,07 |
2,32 |
3,63 |
8,6 |
|
2.3 |
379 |
1,480 |
1,09 |
2,32 |
8,1 |
|
|
3.1 |
366 |
1,430 |
1,43 |
2,72 |
6,3 |
|
|
3.2 |
363 |
1,418 |
1,49 |
2,76 |
4,24 |
6,9 |
|
3.3 |
369 |
1,441 |
1,51 |
2,84 |
6,7 |
|
|
4.1 |
359 |
1.402 |
1,64 |
3,16 |
3,8 |
|
|
4.2 |
351 |
1,371 |
1,69 |
3,24 |
6,66 |
3,7 |
|
4.3 |
354 |
1,383 |
1,71 |
3,24 |
3,8 |
|
|
5.1 |
342 |
1,336 |
1,81 |
4,2 |
1,8 |
|
|
5.2 |
347 |
1,355 |
1,79 |
4,0 |
8,1 |
1,8 |
|
5.3 |
344 |
1,344 |
1,83 |
4,4 |
1,6 |
|
|
6.1 |
332 |
1,297 |
1,87 |
4,6 |
0,47 |
|
|
6.2 |
329 |
1,285 |
1,88 |
4,6 |
8,48 |
0,56 |
|
6.3 |
327 |
1,277 |
1,90 |
4,68 |
0,69 |
|
|
7.1 |
309 |
1,207 |
1,95 |
5,08 |
0 |
|
|
7.2 |
311 |
1,215 |
1,94 |
5,0 |
9,09 |
0 |
|
7.3 |
313 |
1,223 |
1,98 |
5,1 |
0 |
|
Таблица 2
Результаты испытаний образцов самана с различной влажностью на южно-сычевской глине
|
№ |
Отклики |
|||||
|
Масса, г |
Плотность ρ , г/cm3 |
Прочность RМПа |
Усадка ∆ℓ/ℓ, % |
Влажность Н , % |
||
|
изгиб |
сжатие |
|||||
|
1.1 |
404 |
1,578 |
0,81 |
1,60 |
9,7 |
|
|
1.2 |
407 |
1,590 |
0,83 |
1,52 |
1,5 |
10,0 |
|
1.3 |
402 |
1,570 |
0,80 |
1,58 |
9,9 |
|
|
2.1 |
98 |
1,555 |
0,98 |
2,60 |
7,9 |
|
|
2.2 |
392 |
1,531 |
1,02 |
2,52 |
2,3 |
8,1 |
|
2.3 |
397 |
1,551 |
0,97 |
2,46 |
8,2 |
|
|
3.1 |
362 |
1,414 |
1,36 |
3,44 |
6,4 |
|
|
3.2 |
367 |
1,434 |
1,41 |
3,36 |
4,6 |
6,6 |
|
3.3 |
369 |
1,441 |
1,38 |
3,20 |
6,8 |
|
|
4.1 |
348 |
1,359 |
1,66 |
4,60 |
4,7 |
|
|
4.2 |
341 |
1,332 |
1,64 |
4,96 |
5,2 |
4,3 |
|
4.3 |
344 |
1,343 |
1,69 |
4,92 |
4,2 |
|
|
5.1 |
331 |
1,293 |
1,88 |
5,60 |
2,9 |
|
|
5.2 |
336 |
1,313 |
1,89 |
5,80 |
7,6 |
2,7 |
|
5.3 |
332 |
1,297 |
1,83 |
6,00 |
2,1 |
|
|
6.1 |
325 |
1,297 |
1,90 |
6,50 |
0,7 |
|
|
6.2 |
322 |
1,285 |
1,91 |
6,24 |
7,9 |
1,1 |
|
6.3 |
329 |
1,277 |
1,90 |
6,44 |
0,9 |
|
|
7.1 |
307 |
1,199 |
1,98 |
7,20 |
0 |
|
|
7.2 |
304 |
1,188 |
2,01 |
7,86 |
9,4 |
0 |
|
7.3 |
304 |
1,188 |
2,03 |
7,79 |
0 |
|
Рис. 1. Влияние влажности на плотность, усадку и прочность при изгибе и сжатии ( R ) образцов на йеменской глине
Влажность о Прочность на сжатие R о Прочность на изгиб R □ Усадка ∆ℓ/ ℓ˚ X плотность
Рис. 2. Влияние влажности на усадку и прочность при изгибе и сжатии ( R ) образцов на южно-сычевской глине
Заключение
Таблица 3
Результаты расчета аппроксимирующих зависимостей свойств самана на йеменской глине от влажности
|
Зависимости |
N Z R R = — N |
N Z H H = -^-- N |
Z [ ( R » - R ф ) ( H - H ) ] а = " N 2 Z( H - H ) 2 i = 1 |
b = К Ф - аН |
П = 5 < 0,15 R ф , |
I Z ( R h - R » ) 2 5 = \p1--------- V N - 2 |
r >0,7 |
|
Зависимости R ИЗГ от Н |
1,52 |
4,45 |
–0,11 |
1,98 |
0,05 |
0,08 |
0,98 |
|
Зависимости R сжа от Н |
3,34 |
4,45 |
–0,34 |
4,85 |
0,068 |
0,23 |
0,99 |
|
Зависимости усадки от Н |
6,15 |
4,45 |
–0,74 |
9,21 |
0,076 |
0,47 |
0,99 |
Таблица 4
Результаты расчета аппроксимирующих зависимостей свойств самана на южно-сычевской глине от влажности
|
Зависимости |
N Z R . R =^1— N |
N Z H H = ^1-- N |
Z [ ( Rф - д ф ) ( H - H ) ] a = ! = 1 n г Z( H - H ) 2 i = 1 |
b = Н Ф - аН |
П = Л < 0,15 R ф , |
1 ]Z ( R h - R » ) 2 5 = \Й1--------- V N - 2 |
r >0,7 |
|
Зависимости R ИЗГ от Н |
1,52 |
4,63 |
–0,12 |
2,08 |
0,072 |
0,11 |
0,98 |
|
Зависимости R сжа от Н |
4,58 |
4,63 |
–0,59 |
7,31 |
0,05 |
0,24 |
0,99 |
|
Зависимости усадки от Н |
5,50 |
4,63 |
–0,73 |
8,7 |
0,10 |
0,56 |
0,98 |
Список литературы Изменение свойств самана в зависимости от влажности
- Усачев, А.М. Повышение эффективности процесса сушки сырца керамического кирпича пластического формования: автореф. дис.... канд. техн. наук: 05.23.05 / А.М. Усачев. - Воронеж, 2006. - 24 с.
- Япаскурт, О.В. Предметаморфические изменения осадочных пород в эатисфере: Процессы и факторы / О.В. Япаскурт. - М.: ГЕОС, 1999. - 260 с.
- Котельников, Д.Д. Глинистые минералы осадочных пород / Д.Д. Котельников, А.И. Конюхов. - М.: Недра, 1986. - 247 с.
- (Aesthetic values of the Facades of the Historical Building of the Old City of Zabid as a Method of Conservation for the Architecture in Yemen).
- Haddad Abdul Rahman Yahya. Old Sanaa - historical and cultural content / Haddad Abdul Rahman Yahya. - Sanaa, 1992. - 112 p.
- Табет Салем Аль-Азаб. Безобжиговые строительные материалы на основе глинистых пород Йемена: дис.... канд. техн. наук: 05.23.05 / Табет Салем Аль-Азаб. - Белгород, 2009. - 211 с.
- Богданов, А.Н. Модификация глинистого сырья полифункциональными добавками для производства стеновой керамики: автореф. дис.... канд. техн. наук: 05.23.05 / А.Н. Богданов. - Казань, 2015. - 20 с.
- Мохаммед Хамуд Ахмед Касем. Особенности формирования жилища в крупных городах Йемена / Мохаммед Хамуд Ахмед Касем // Доклады 60-й научной конференции СПбГАСУ. - СПб., 2003. - Ч. 11. - С. 68-70.
