ДОМ БЕЗ ОТОПЛЕНИЯ - СЛОЖНАЯ ЗАДАЧА - НО ВОЗМОЖНА!!

Главная » Дома из соломы » Солома в Бетоне, в цементном растворе.

Солома в Бетоне, в цементном растворе.

  Композиционными называют материалы, состоящие из двух или нескольких взаимно не растворимых компонентов имеющих между собой заметную границу раздела.
Наличие границы раздела фаз - основная характеристика, присущая только композиционному материалу, придающая ему компактность, целостность и технологичность.

  Такая система носит название гетерогенной, в отличие от гомогенной системы, которая характеризуется тем, что внутри ее нет границ раздела, отделяющих друг от друга части системы, внутри которой имеются поверхности раздела. 

 При этом считают, что фаза - это совокупность всех гомогенных частей системы, одинаковых по составу и по всем физическим и химическим свойствам, независящих от количества веществ, отделенных от других частей системы некоторой поверхностью раздела.
По характеру расположения молекул относительно друг друга определяется агрегатное состояние вещества - твердое, жидкое или газообразное.
Вблизи границы раздела фаз реализуется особое расположение молекул матрицы и наполнителя, определяющее межфазный слой между компонентами композита

  Что касается соломенного композиционного материала, то в них роль матрицы выполняют связующие, и в эту матрицу заключен каркас из соломенного материала.
Такое наполнение матрицы придает соломенному композиционному материалу сравнительно высокую прочность при относительно малой плотности.
Таким образом, в соломенном композиционном материале матрица (связующие), заполняя пустоты, придает материалу стабильность формы, а соломенный наполнитель, составляющий каркас, служит элементом, воспринимающим механические нагрузки.

Переработка прессованной соломы. jpg  качество соломенного композиционного материала, sam_0226_1.jpg  схватывание и твердение цемента.sam_0210.jpg

  Нетрудно понять, что изменяя количество веществ в матрице или наполнителе, можно регулировать прочностные свойства материала в зависимости от его назначения.
При этом следует подчеркнуть, что снижение прочности при уменьшении количества связующего не является только отрицательным моментом.

   Там, где не требуется высокая прочность от строительных материалов (малоэтажное строительство, перегородки и т.д.), можно уменьшить количество, обычно сравнительно высокой стоимости, связующего (например, цемента), но при этом существенно повысить такое важное для зданий свойства, как теплозащитные - увеличение доли соломенного наполнителя резко снижает теплопроводность материала.

На качество соломенного композиционного материала при использовании минеральных вяжущих будет также влиять влажность наполнителя.
Влажность также зависит от ряда факторов - породы и части ствола, времени года, условий хранения и т.д. Особенностью соломы как капиллярно пористого тела является способность к значительному влаго- и водопоглащению.
Поглощение влаги происходит оболочками и сосудами полостями клеток, влага размещается также в межклеточном пространстве и может быть связанная (гигроскопическая), свободная (капиллярная)

Максимальное поглощение влаги происходит в первые 1,5 часа, и это количество зависит от общего объема капилляров в соломе. Существенно на влагопоглощение влияет удельная поверхность, которая определяется размерами соломенных частиц.
У мелких частиц больше удельная поверхность и соответственно больше и влагопоглощение.

Прежде, чем рассматривать процессы формирования смеси с соломенным наполнителем, следует остановиться на характеристике выбранного в качестве вяжущего цемента.
Процесс отвердевания цементной массы при воздействии воды, в первую очередь, и определит прочностные свойства композиционного материала.

Солома и портландцемент имеют комплексный состав, поэтому при смешивании с водой в процессе производства их взаимодействие вызывает большое число реакций.
Органическое вещество (солома) и неорганическое гидравлическое вяжущее (цемент) антагонистичны по своей природе.
Под действием сильнощелочной жидкой фазы цемента (рН=12...14) определенные вещества соломы разлагаются и растворяются.
Эти вещества уменьшают скорость схватывания, а при достаточной их концентрации в растворе препятствуют всякому образованию продуктов гидратации в цементе [4, 2, 6].

 Механизм этих процессов сложен, а его изучение затруднено: во-первых, не до конца исследованы процессы схватывания и твердения цемента, во-вторых, неизвестна структура многих компонентов соломы.

И особенно их влияние на схватывание и твердение цемента.
В большинстве соломенных композиционных материалов с минеральными вяжущими в качестве вяжущего используют портландцемент, который относится к гидравлическим веществам, сохраняющим свою прочность, как на воздухе, так и в воде.

Портландцемент представляет собой порошкообразное вещество, состоящее главным образом из силикатов кальция.
Основой его является клинкер-продукт обжига искусственной смеси, состоящий из 75 % карбоната кальция (известняка) и 25 % глины.
Химический состав клинкера по массе в %: CaO-63...66; SiO2 -21...24; Al2O3-4...8; F2O3-2...4; MgO- не более 5; SO3-1,5...3,5 %. В клинкере в небольших количествах присутствуют и оксиды другх металлов (титан и др.)[3,4].
В процессе обжига указанные оксиды вступают в химическое взаимодействие.
Вначале происходит распад каолинита.
Al2O3 * 2SiO2* 2Н2О → Al2O3+3SiO2+2Н2О и термическая диссоциация СаСO3 по реакции
СаСO3 →СаO+СO2 (2).

Далее в процессе обжига происходит химическое связывание СаO в твердом состоянии:
2СаО+ SiO2=2СаО *SiO2 (двухкальциевый силикат-белит),
3СаО+ Al2O3=3СаО *Al2O3 (трехкальциевый алюминий),
4СаО+ Al2O3+Fе2O3=4СаО * Al2O3 * Fе2O3 (четырехкальциевый алюмоферий),
2СаО *SiO2+ СаО=3СаО *SiO2(трекальциевый силикат).
После обжига образованные минералы, представляемые в составе в %:
2 СаО * SiO2 - 15...53; 3СаО *Al2O3-2...15; 4 СаО *SiO2 - 42...45.

  В клинкере также могут быть свободные оксиды кальция и магния СаО и MgO и щелочные оксиды Na2O и К2О[4].
Как видно из представленной характеристики процесса образования портландцемента и его химического состава, в этом веществе содержатся минералы, которые при взаимодействии с водой могут выделять довольно активные вещества и которые способны взаимодействовать с комонентами соломы.
Проведенный ниже анализ процесса твердения цемента подтверждает это.

  Поскольку процесс твердения цементной массы является сложным химическим процессом, его можно представить как функцию от времени P=F(T), а время протекания процесса T, состоящим из нескольких стадий.
Кристаллизация цемента при воздействии воды протекает в присутствии соломенного наполнителя, который на химическом уровне активно участвует в протекании химических реакций.
К первой фазе твердения цементной смеси можно отнести процесс насыщения раствора.

   Вначале при соприкосновении цементных зерен с водой гидратация и гидролиз протекают интенсивно.
В результате взаимодействия поверхностных слоев клинкерных минералов с водой трехкальциевый силикат подвергается гидрации и гидролизу и образуется гидросиликат кальция и гидроксид кальция:
3СаО * SiO2 (n+1) H2O= 2 CаО * SiO2 * nH2O+ Са(ОН)2 (3).
Эта первая фаза твердения характеризует так называемое схватывание цементного теста и протекание этого процесса твердения в основном и определяет возможности гидратации цементных зерен, т.е. его кристаллизацию, в результате которой и достигается определенная прочность материала.

  Эта фаза протекает примерно в течение часа и первоначальную прочность цемента определяет трехкальциевый силикат 3СаО SiO2, и он является главным звеном.
Процесс гидратации цемента является изотермическим, т.е. химическая реакция сопровождается выделением тепла.
Именно трехкальциевый силикат греет раствор цемента при затворении и прекращает греть в период с начала затворения до момента схватывания, и дальше происходит постепенное снижение температуры.

   В процессе гидролиза трехкальциевого силиката выделяется гидрооксид кальция, образуя пересыщенный раствор.
В этом растворе находятся ионы сульфата, гидрооксида.
А также небольшое количество кремнезема, глинозема и железа.
Высокая концентрация ионов кальция и сульфат-ионов наблюдается непродолжительное время после затворения цемента, т.к. в течение нескольких минут из раствора начинают осаждаться первые новообразования - гидроксид кальция и эттрингит гидратации;

б) образование первых кристаллов в фазе затворения

   Однако картина кристаллизации цементных зерен резко меняется, когда в цементную смесь вводится соломенный наполнитель. Как видно из реакции (3), в первой фазе гидролиза цемента выделяются щелочи (Са(ОН)2).

   Солома и цемент антагонистичны по своей природе.
Наиболее агрессивной в отношении соломы является отмеченный гидрооксид кальция.
Было установлено, что влияние этой щелочи при длительном ее взаимодействии на солому производит выщелачивание соломы и значительное ее разложение (потеря массы соломы может достигать 6 %).

  Под действием сильнощелочной жидкой фазы цемента в соломе разлагаются и растворяются некоторые вещества, в том числе составляющие гемицеллюлозу полисахара:
(С6Н10О5)+nH2O→(С6Н12О5)к+кН2О→С12Н22О11+Н2О→ С6Н12О6 .
Полученные более простые сахара легко растворяются в воде.
Большее количество редуцирующих сахаров находятся в гречневой, меньшее количество - в ржанной, поэтому для производства соломоцементных материалов лучше использовать ржанную.

Из всех веществ наиболее отрицательно влияние на твердение цементной массы оказывают легко растворимые в воде моносахара, которые легко проникают сквозь стенки клеток соломы.
Вместе с дубильными веществами моносахара являются поверхностно-активными веществами по отношению к цементу.
При введении их в цементные системы с водой в результате адсорбции и под влиянием молекулярных сил сцепления они ориентируются вокруг цементных зерен, образуя тончайшее покрытие - адсорбционный слой.

Частицы цемента, покрытые такой защитной оболочкой, теряют способность сцепляться друг с другом под влиянием молекулярных сил. При этом образованная оболочка затрудняет доступ воды к зернам цемента и отвод продуктов гидратации от них, что приводит к торможению гидролиза и гидратации цемента, а при определенных концентрациях углеводов к прекращению процессов.
Указанный процесс образования защитных оболочек вокруг цементных зерен при выделении из соломы в раствор указанных «вредных ядов» был зафиксирован при фотографировании этого процесса под микроскопом.
.Наличие около соломенных частиц выделенной жидкой фазы «вредных ядов», в которой оказавшиеся там частицы цемента покрыты защитной оболочкой, и далее они уже не могут участвовать в процессе гидратации.
Наблюдения показали, что, даже через сутки, цементное тесто с соломенным наполнителем остается мягким и в дальнейшем никакого твердения цемента не происходит.

Тем не менее, эти процессы, несмотря на выявленные нарушения гидратации цемента присутствием соломы, не столь просты и многие исследователи подтверждают сложность взаимодействия цементных зерен и соломы.
Как указывалось ранее, к веществам, оказывающим вредное воздействие, относятся, в первую очередь, сахара, кислоты, дубильные вещества, камеди, фенолы и хиноны.

   Мономерные сахара (например, глюкоза, ксилоза, сахароза и дериваты глюуроновой и аскорбиновой кислот) в небольших количествах в растворе (до 0,125 %) улучшают процессы схватывания, а при концентрациях 0,25 % исключают всякое схватывание цемента.
Возникающий из глюкозы сорбит менее вреден, чем сахар, а многоатомные спирты, глицерин и пентаэритрит в малых концентрациях даже улучшают качество затвердевшего цементного камня.
    Многие типы моносахаров и крахмалов замедляют гидратацию и схватывание цемента вместе с некоторыми водными средствами, содержащими разные лигносульфанаты. 
Эффективность действия сахаров на цемент различна.
Добавление сахара существенно изменяет микроструктуру гидрата силиката кальция, изменяя процесс формирования поверхностной площади и возможно плотность этой сложной фазы.

  Однако механизм взаимодействия между сахаром и цементом не совсем ясен.
Существуют различные теории, объясняющие этот процесс.
По одной из теорий добавление сахара в цементные системы ведет к возникновению слабодиссоционированных сахаратов кальция, вследствие чего концентрация ионов кальция в растворе уменьшается, что и является причиной нарушения процесса схватывания. 

   Сахар действует как защитный коллоид, который препятствует образованию геля и замедляет процессы схватывания и твердения цемента.
Сахар в водной фазе цемента превращается в сахарат кальция, который мало диссоцирует и повышает растворимость алюминия в воде, поэтому вокруг частиц цемента образуется пленка из геля силиката алюминия, которая сильно замедляет гидратацию цемента.

    Другие исследователи полагают, что защитный слой образуется в результате топохимических реакций на поверхности щелочных цементных частиц.
По сравнению с кристаллическими оболочками продуктов гидратации эта защитная пленка так тонка, что ее не видно в электронный микроскоп.
   Высказывается также мнение, что эффект замедления, создаваемый крахмалом, продуктами целлюлозы, сахарами, оксикислотами и моносульфокислыми солями возникает в результате воздействия альдегидной группы COH этих соединений, которая адсорбируется на частицах 3СаО SiO2 и 3СаO Al2O3 и тем самым вызывает замедление процессов гидратации и твердения.
Общепринято, что замедление происходит потому, что сахар адсорбируется поверхностью цементных частиц или поверхностью продукций его гидратации.

   Адсорбция может иметь место через процесс, называемый желатинообразованием, где органические молекулы формируют комплекс с ионами металла в фазах цемента, молекулы кислорода в сахарах могут приближаться друг к другу, и это является необходимым условием желатинообразования.

    Однако, одни сахара замедляют гидратацию цемента, хотя содержат в своем составе желатинообразующую группу, а другие, не имеющие такие группы, тоже замедляют гидратацию. Многие составляющие гидролиза с высоким значением pH цементного теста формируют сахариновую кислоту, содержащую группу OH-C=C-OH.

  Эта информация в какой-то степени проливает свет на механизм адсорбции сахара, но недостаточна, поскольку она не освещает вопрос, на какой стадии сахар адсорбируется на составляющие цемента при его гидратации.
Предлагается такая теория, объясняющая гидратацию цемента.
Вначале сахар присоединяется к фазам, содержащим алюминий комплексообразования в период желатинообразования, как было описано предварительно.
Это активирует растворение ионов и изолирует их от фаз гидратирования силиката кальция, что образует более высокую концентрацию ионов в тесте.
Когда происходит осаждение продуктов гидратации, их увеличение тормозится адсорбцией сахара.
В конечном счете, сахар объединяется с продукцией гидратации и дальнейшими отходами гидратации.

Таким образом, эта теория объединяет идеи адсорбции сахара на гидратирование частиц и продуктов гидратации цемента.
Для цемента с высоким количеством алюмината кальция необходимо больше сахара, чтобы достичь того же самого замедления гидратации.
Сильное влияние на комплексообразование сахара в фазе оказывает кальций, который является ответственным за замедление процесса.

Изучалось влияние концентрации соединений кальция, кремния, алюминия, железа и ионов гидроксидов в растворе.
В чистых цементных тестах концентрация кремния, алюминия и железа была очень низка, и отношение Са/Si было равно 1000.
В тестах, содержащих 50 мг сахарозы, количество кальция и концентрация ионов гидроксидов были выше, а концентрация кремния, алюминия и железа была в 500 раз больше.

После двух часов гидратации отношение СаSi в растворе уменьшилось до 6.
Предположили, что сахар «отравил» поверхности продукций гидратации, позволяя ионам сосуществовать в растворе при намного более высоких концентрациях без их осаждения.
Чем сильнее замедляется процесс адсорбции, тем лучше идет кристаллизация цемента.
Сахар не формирует комплекс с кремнием, но это происходит с кальцием.
Гидратацию цемента замедляет сахар в результате увеличения растворимости цемента, и затем адсорбируется на гидроксид кальция Са(ОH)2 и гидрат силиката кальция, что таким образом исключает их рост.
Анализ результатов исследований позволил сформировать гипотезу о том, что соломенный сахар активирирует поверхность гидрофильных материалов.
Введенные в растворе цемента вместе с водой сахара под влиянием адсорбции и молекулярной когезионной силы формируют тонкий адсорбционный слой на поверхности зерен цемента.

Маленькие части цемента, охваченные слоем моносахаридов, не могут соединяться с ними.
Таким образом, вода не может соединяться с зернами цемента и перемещение продукции гидратации невозможно.
Это замедляет гидратацию цемента.
Подобное явление было выявлено и нами.
Тем не менее, механизм замедления гидратации цемента сахаром в достаточной степени не выявлен.
Различное количество растворимых материалов в воде в различных породах соломы имеет различное влияние на время схватывания теста цемента, а увеличение количества экстративных веществ увеличивает степень замедления гидратации.
Таким образом, исследования процессов взаимодействия водорастворимых веществ соломы, как с цементом, так и с его отдельными клинкерными минералами, показали, что данные вещества отрицательно влияют на процессы гидратации и твердения цемента, на процессы кристаллизации и структурообразования в цементном камне.
В результате этого резко снижается прочность цементного камня и, в конечном счете, древесно-цементного композита.
Проведенный анализ материалов, характеризующих с различных позиций процесс твердения цемента и взаимное влияние таких антагонических веществ, как цемент и солома, позволяет наметить подходы к выбору оптимального состава компонентов соломоцементного материала.
Прежде всего, было выявлено, что главными веществами, отрицательно влияющими на твердение цементного теста, являются простые сахара (моносахара), которые на первой фазе протекания химических реакций образуются при воздействии щелочей на древесину и могут образовывать вокруг цементных зерен оболочки, препятствующие проникновению к ним воды.
Далее, моносахара, а также другие «вредные вещества», образующиеся при разложении соломы, препятствуют на последующих фазах протекания химических реакций коллоидолизации (образованию геля, действуя как защитный коллоид), а также образованию кристаллов, не только тех, которые образуют твердую фазу цементного теста, но и тех, которые сращиваются с клеткой соломы.

Отсюда следует, что при простом механическом смешивании цемента и соломы невозможно получить соломоцементный материал, если не создать сырьевой смеси условия, при которых будет обеспечиваться надежное протекание процесса твердения цемента.

Одним из самых простых и действенных способов уменьшения вредных для цемента водорастворимых сахаров является выдерживание соломенного наполнителя в течение длительного времени на открытой площади (до 6 месяцев).
Однако только этого приема оказывается не достаточно.
Без специальных добавок здесь не обойтись.

Применением специальных химических добавок должно решить две задачи: препятствовать образованию пленки вокруг цементных зерен; образовать защитную пленку вокруг соломенных частиц, чтобы препятствовать выделению «вредных» для твердения цемента веществ.
Решение этих задач должно быть выполнено при определении рецептуры соломоцементной смеси.Вверх. image_78.jpg

Комментарии

 ВСЕ БЕСПЛАТНО КРОМЕ МОЗГОВ

 Соломенные матрасы, маты, утеплитель

ВИДЕО РАБОТЫ ОБОРУДОВАНИЯ

  СОЛОМА в СТРОИТЕЛЬСТВЕ
В селе Таптыково
Рес. Башкортостан построен энергоэффективный дом из клееного бруса с утеплителем, построенный инженером Альфредом Файзуллиным.
Это первый в республике Башкортостан дом, соответствующий «Зеленым стандартам».

Дом нового поколения: горячая вода от солнца, а экономия на отоплении за счет утепления.
Несмотря на экономичность, дом сочетает в себе энергоэффективность, экологичность и современный стиль.

Утром солнце освещает весь дом с южной стороны, а вечером - с западной. Расположение окон здесь продумано до мелочей. Пятикамерные окна - тоже часть энергосберегающей технологии.
Стекла изготовлены с применением серебра, которое позволяет отражать тепло.

Особенностью такого дома является отсутствие необходимости отопления традиционными методами и малое энергопотребление.
Здесь используются источники альтернативной энергии – солнечный коллектор и тепловой насос.

Применение системы приточно-вытяжной вентиляции с рекуперацией тепла создает благоприятный микроклимат в помещении. В доме использованы окна и двери с высоким тепловым сопротивлением. Технология сборки «Сити-угол» обеспечивает отсутствие «мостиков холода» по всему периметру дома, благодаря сплошной прослойке утеплителя. Все это исключает большие потери тепла и существенно снижает затраты на отопление (в два-три раза по сравнению с газовым отоплением). Стоимость такого дома «под ключ» варьируется от 30 тысяч рублей за один квадратный метр в зависимости от площади дома, его комплектации, отделочных материалов.

«Это очень интересный, современный и своевременный проект, технологии завтрашнего дня.
Этот механизм - лишь часть энергоэффективного частного дома в Таптыково.
Хозяин этого уникального строения и его изобретатель. Он рассказывает, что при строительстве «зеленого дома» использовался пассивный клеёный брус, который позволяет удерживать тепло. Материал, из которого он изготавливается, теперь производит и Учалинское предприятие.

Применение теплового насоса вместо электрического котла. Он эффективно использует тепло окружающей среды для отопления и горячего водоснабжения дома и позволяет экономить потребление энергии до 29 раз.
В жаркие дни такая технология служит для охлаждения помещений.

Таких домов в России пока единицы.
При его проектировании Альфред Файзуллин использовал японские и немецкие технологии.
Он отмечает, что при эксплуатации и утилизации дома никакой нагрузки на природу строение не окажет.
Умный частный дом в дальнейшем планируют совершенствовать.
Проектировщики хотят использовать гидроаккумулятор, а также создать аккумулятор тепла.
Температура воды в емкости объемом 300 м³ даже в пасмурную погоду не падает ниже 40 градусов
В качестве источника тепловой энергии инженер приобрел тепловой насос фирмы Viessmann, мощностью 9,7 кВт.
За тепловой насос пришлось заплатить 424000 рублей.
Вертикальные зонды были размещены в двух скважинах, глубиной по 63 метра каждая.
Бурение обошлось в 1600 рублей за погонный метр
Сразу оговоримся: Альфред Файзуллин строил дом для себя и не скупился на технологии, выбирая самое лучшее. В итоге стоимость квадратного метра «под ключ» составила 45000 рублей. Общая площадь дома 180 м2.

Пассивный дом должен потреблять не более 10% от традиционного, насос мощностью 9,7 кВт. многовато для такого дома.
Норма пассивного дома 15 кВт. на м2 международные требование для сурового климата за сезон отопления.
15 кВт/213 дней * 180 м2= 12,7кВт/м2 норма на день или 380 кВт на 30 дней.

Как построить самому, недорогой теплый дом, своими руками, у нас есть ответ, вы по адресу, узнай подробности, как самому сделать солнечное отопление.

Умный не тот, у кого больше возможностей, а тот, у кого много идей в голове.

Счастлив не тот человек, у кого полно денег, а тот, у кого больше мудрости.

Самый богатый не тот человек, у кого больше денег, а тот, кому меньше требуется.

Умный не тот, кто зарабатывает на жизнь, а мудрый на кого работает умный.

Век бизнеса сегодня, сильный отбирает у слабых, умный отбирает у сильных.

Счастлив человек не тогда, когда больше добра, а кому хватает и меньшего.

Деньги правят миром, чем больше их, тем больше прав.

Есть идея, нет средства на ее реализацию, нужны мудрые решения для умных мыслей.

Успешен не тот, у кого больше денег, а тот, у кого больше притворенных в жизнь идей.

Знать можно, но уметь сложнее, между ними большая пропасть.