Matyeva, А., Melibaev, S., Sardarbekova, E., Mukanbet kyzy, E., & Asanalieva, Zh.
(2025).
Development of the composition and properties of a wall block made of non-autoclaved aerated concrete based on secondary raw materials of the Kyrgyz Republic.
Architectural Studies,
11(1),
46-58.
https://doi.org/10.56318/as/1.2025.46
Стаття
Розробка складу і властивості стінового блоку з неавтоклавного газобетону на основі вторинної сировини Киргизької Республіки
Анотація
Метою дослідження було розроблення складу неавтоклавного газобетону із застосуванням місцевих вторинних і техногенних матеріалів для зниження собівартості при забезпеченні нормативної міцності. Методологія включала лабораторні випробування на базі Киргизького державного університету будівництва, транспорту і архітектури з використанням портландцементу, негашеного вапна, гіпсу, алюмінієвої пудри і різних мінеральних заповнювачів: некондиційного глинистого піску, польовошпатового піску та хвостів збагачення сурм’яних руд (ХЗСР). Дослідження проводили за варіювання співвідношень компонентів для визначення впливу на середню густину і міцність на стиск. Результати показали, що мінімальна густина 575-580 кг/м3 досягалася за вмісту 60-70 % ХЗСР і 30-40 % польовошпатового піску за рахунок збільшеної пористості активної дисперсної фази. Підвищення частки польовошпатового піску збільшувало щільність до 800 кг/м3. Використання глинистого піску в межах 30-35 % знижувало густину до 625-650 кг/м3 за рахунок активізації газоутворення і формування розвиненої пористої структури. Максимальна міцність 2,23 МПа досягалася при 100 % ХЗСР завдяки високому вмісту активного кремнезему і синтезу гідросилікатів кальцію. Збільшення частки польовошпатового або глинистого піску знижувало міцність до 1,61-1,66 МПа. Додавання до 1 % NaOH сприяло інтенсифікації газоутворення та активації алюмосилікатних компонентів, покращуючи розподіл пір і підвищуючи міцність при зниженні щільності. Макроструктурний аналіз підтвердив, що застосування піску дрібних фракцій (≤0,315 мм) забезпечує рівномірну пористу структуру, покращуючи міцність і теплоізоляційні властивості матеріалу, в той час як великі фракції викликали структурні дефекти і зниження характеристик. Практична цінність роботи полягає в можливості застосування розроблених складів у малоповерховому та сільському будівництві, при виробництві легких стінових блоків в умовах малого та середнього бізнесу, а також для розширення використання місцевих мінеральних відходів у будівельній галузі з одночасним зниженням екологічного навантаження
Ключові слова
пориста структура; мінеральні добавки; розподіл пір; структурна міцність; лужна активація; теплоізоляційні властивості
Отримано 30.07.2024, Доопрацьовано 30.12.2024, Прийнято 25.02.2025
Взято з Том 11, № 1, 2025
ЦИТУВАТИ
https://doi.org/10.56318/as/1.2025.46
Сторінки 46-58
Використані джерела
[1] Aramburu, B., De Avila Delucis, R., & Amico, C. (2024). Autoclaved aerated concrete reinforced by polymeric pins. Materiales de Construcción, 74(355), article number e350. doi: 10.3989/mc.2024.370623.
[2] Arslan, M., Aykanat, B., Subaşı, S., & Maraşlı, M. (2021). Cyclic behavior of autoclaved aerated concrete block infill walls strengthened by basalt and glass fiber composites. Engineering Structures, 240, article number 112431. doi: 10.1016/J.ENGSTRUCT.2021.112431.
[3] Astakhova, N., & Astakhov, V. (2024). Protective properties of slag and pumice concrete and slag concrete towards steel reinforcement. Mining Journal of Kryvyi Rih National University, 58(1), 73-77. doi: 10.31721/2306-5435-2024-1-112-73-77.
[4] Basok, B., Priymak, O., Honcharuk, S., & Pasichnyk, P. (2023). Study of the influence of the exploitation period on thermal physical properties of different types of thermal insulation of wall enclosure structures. Technologies and Engineering, 24(1), 18-25. doi: 10.30857/2786-5371.2023.1.2.
[5] Boronbaev, E. (2020). Energy saving architecture: Background, theory and practice in Kyrgyzstan. E3S Web of Conferences, 172, article number 19010. doi: 10.1051/e3sconf/202017219010.
[6] Chen, G., Li, F., Jing, P., Geng, J., & Si, Z. (2021). Effect of pore structure on thermal conductivity and mechanical properties of autoclaved aerated concrete. Materials, 14(2), article number 339. doi: 10.3390/ma14020339.
[7] GOST 10180-2012 “Concretes. Methods of determination of strength by control samples”. (2012). Retrieved from https://vsegost.com/Catalog/56/56431.shtml.
[8] GOST 125-79 “Gypsum binders. Technical conditions”. (1980). Retrieved from https://vsegost.com/Catalog/31/31370.shtml.
[9] GOST 31108-2020 “Cements for general construction. Technical conditions”. (2020). Retrieved from https://vsegost.com/Catalog/73/73873.shtml.
[10] GOST 31359-2024 “Autoclaved cellular concrete. Technical conditions”. (2024). Retrieved from https://vsegost.com/Catalog/82/82634.shtml.
[11] GOST 5494-95 “Aluminium powder. Technical conditions”. (1996). Retrieved from https://vsegost.com/Catalog/24/2420.shtml.
[12] Jin, W. (2022). Common faults prevention of autoclaved aerated concrete block masonry. Highlights in Science, Engineering and Technology, 10, 76-84. doi: 10.54097/hset.v10i.1229.
[13] Liu, C., Hou, J., Hao, Y., Hao, H., & Meng, X. (2021). Effect of high strain rate and confinement on the compressive properties of autoclaved aerated concrete. International Journal of Impact Engineering, 156, article number 103943. doi: 10.1016/J.IJIMPENG.2021.103943.
[14] Ma, X., Li, H., Wang, D., Li, C., & Wei, Y. (2022). Simulation and experimental substantiation of the thermal properties of non-autoclaved aerated concrete with recycled concrete powder. Materials, 15(23), article number 8341. doi: 10.3390/ma15238341.
[15] Maltschik, A. (2024). Main tendentions in development of architecture of Kyrgyzstan (the 20th – the first decades of the 21st centuries). Architecture and Civil Engineering, 1(3), 17-22. doi: 10.51301/ace.2024.i3.03.
[16] Mamatov, Z., Orunbaev, S., Sydykov, Y., & Shamshiev, N. (2024). Residential buildings made with local materials and their classification on the basis of a field experiment. In M. Bezzeghoud et al. (Eds.), Recent research on geotechnical engineering, remote sensing, geophysics and earthquake seismology (pp. 309-313). Cham: Springer. doi: 10.1007/978-3-031-48715-6_67.
[17] Melibaev, S.J. (2009). New effective filler for non-autoclaved aerated concrete. Bulletin of the Kyrgyz State University of Construction, Transport and Architecture, 23(1), 87-91.
[18] Mészárošová, L., Černý, V., Melichar, J., Ondříčková, P., & Drochytka, R. (2024). The usability of metallurgical production waste as a siliceous component in autoclaved aerated concrete technology. Buildings, 14(10), article number 3155. doi: 10.3390/buildings14103155.
[19] Michelini, E., Ferretti, D., Miccoli, L., & Parisi, F. (2023). Autoclaved aerated concrete masonry for energy efficient buildings: State of the art and future developments. Construction and Building Materials, 402, article number 132996. doi: 10.1016/j.conbuildmat.2023.132996.
[20] Mollaei, S., Ghazijahani, R., Farsangi, N., & Jahani, D. (2022). Investigation of behavior of masonry walls constructed with autoclaved aerated concrete blocks under blast loading. Applied Sciences, 12(17), article number 8725. doi: 10.3390/app12178725.
[21] Montayev, S.A., Shinguzhiyeva, A.B., Adilova, N.B., Montayeva, A.S., & Montayeva, A.S. (2016). Development of effective technological parameters for formation of a porous structure of the raw composition in order to obtain a lightweight granular insulation material. ARPN Journal of Engineering and Applied Sciences, 11(17), 10454-10459.
[22] Murali, G., & Azab, M. (2023). Recent research in utilization of phosphogypsum as building materials: Review. Journal of Materials Research and Technology, 25, 960-987. doi: 10.1016/j.jmrt.2023.05.272.
[23] Muthusubramanian, B., Neelamegam, P., Ramar, V., & Suresh, V. (2023). Assessing the embodied carbon and energy required for manufacturing sustainable concrete blocks using plastic pollution as a fiber. Environmental Science and Pollution Research International, 30(49), 107533-107548. doi: 10.1007/s11356-023-29933-4.
[24] Oladiran, O., & Simeon, D. (2023). Consciousness and prospects of autoclaved aerated concrete (AAC) blocks for wall construction: Comparative study Nigeria and South Africa. Journal of Construction Business and Management, 6(2), 1-10. doi: 10.15641/jcbm.6.2.1252.
[25] Paul, A., Dey, P., & Dhar, M. (2025). Physico-mechanical properties of autoclaved aerated concrete block as an alternative to traditional bricks. Research on Engineering Structures and Materials. doi: 10.17515/resm2025-392me0811rs.
[26] Peng, Y., Liu, Y., Zhan, B., & Xu, G. (2021). Preparation of autoclaved aerated concrete by using graphite tailings as an alternative silica source. Construction and Building Materials, 267, article number 121792. doi: 10.1016/j.conbuildmat.2020.121792.
[27] Pi, T., Du, Z., Zhang, H., & Wang, S. (2021). Experimental study on basic mechanical properties of core-column non-mortar aerated concrete block masonry. International Journal of Concrete Structures and Materials, 15, article number 18. doi: 10.1186/s40069-021-00455-y.
[28] Quan, W., Huang, W., Mao, W., Yu, X., Zhou, X., Miao, X., & Hou, L. (2024). Preparing autoclaved aerated concrete using molybdenum tailings. Journal of Building Engineering, 95, article number 110138. doi: 10.1016/j.jobe.2024.110138.
[29] Sardarbekova, E.K., Shukurbek, U.K., & Sarkarov, U.T. (2022). Optimisation of technological parameters of ceramic material based on mechanically activated loams. Science and Innovative Technologies, 22(1), 192-199.
[30] Seddighi, F., Pachideh, G., & Salimbahrami, S.B. (2021). A study of mechanical and microstructures properties of autoclaved aerated concrete containing nano-graphene. Journal of Building Engineering, 43, article number 103106. doi: 10.1016/J.JOBE.2021.103106.
[31] Shumakov, I., Miroshnikov, V., Younis, B., Buhaievskyi, S., & Bratishko, S. (2024). Improvement of concrete parameters by the method of sodium silicates impregnation by internal vacuum tamping. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science, 1376, article number 012031. doi: 10.1088/1755-1315/1376/1/012031.
[32] Song, H., Yu, J., Oh, J.E., & Suh, J-I. (2023). Production of lightweight cementless binders using supplementary cementitious materials to replace autoclaved aerated concrete blocks. Journal of Cleaner Production, 384, article number 135397. doi: 10.1016/j.jclepro.2022.135397.
[33] Thakur, A., & Kumar, S. (2022). Mechanical properties and development of light weight concrete by using autoclaved aerated concrete (AAC) with aluminum powder. Materials Today: Proceedings, 56(6), 3734-3739. doi: 10.1016/j.matpr.2021.12.508.
[34] Timchenko, R., Krishko, D., Slynko, Т., Glukhanko, S., Berezka, O., & Borak, R. (2023). Method for assessing the condition of multilayer enclosing structures. Journal of Kryvyi Rih National University, 21(1), 184-190. doi: 10.31721/2306-5451-2023-1-56-184-191.
[35] Walczak, P. (2023). AAC life cycle: How long can autoclaved aerated concrete buildings be used. ce/papers – Proceedings in Civil Engineering, 6(2), 41-45. doi: 10.1002/cepa.2095.
[36] Wang, C.Q., Mei, X.D., Zhang, C., Liu, D.S., & Xu, F.L. (2020). Mechanism study on co-processing of water-based drilling cuttings and phosphogypsum in non-autoclaved aerated concrete. Environmental Science and Pollution Research International, 27(18), 23364-23368. doi: 10.1007/s11356-020-09029-z.
[37] Wu, R., Dai, S., Jian, S., Huang, J., Tan, H., & Baodong, L. (2021). Utilization of solid waste high-volume calcium coal gangue in autoclaved aerated concrete: Physico-mechanical properties, hydration products and economic costs. Journal of Cleaner Production, 278, article number 123416. doi: 10.1016/j.jclepro.2020.123416.
[38] Xia, J., Chen, Y., Chen, J., Li, A., & Chen, T. (2021). Preparation of autoclaved aerated concrete from construction waste. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science, 687, article number 012067. doi: 10.1088/1755-1315/687/1/012067.
[39] Yakovkin, I.N., Katrich, G.A., Loburets, A.T., Vedula, Yu.S., & Naumovets, A.G. (1998). Alkaline-earth overlayers on furrowed transition metal surfaces: An example of tailoring the surface properties. Progress in Surface Science, 59(1-4), 355-365. doi: 10.1016/S0079-6816(98)00061-6.
[40] Yusrianto, E., Marsi, N., Kassim, N., Manaf, I., & Shariff, H. (2022). Acoustic properties of autoclaved aerated concrete (AAC) based on gypsum-ceramic waste (GCW). International Journal of Integrated Engineering, 14(8), 67-76. doi: 10.30880/ijie.2022.14.08.009.
[41] Zhang, J, Huang, F., Wu, Y., Fu, T., Huang, B., Liu, W., & Qiu, R. (2022). Mechanical properties and interface improvement of bamboo cellulose nanofibers reinforced autoclaved aerated concrete. Cement and Concrete Composites, 134, article number 104760. doi: 10.1016/j.cemconcomp.2022.104760.
[42] Zhang, K., Wei, Q., Jiang, S., Shen, Z., Zhang, Y., Tang, R., Yang, A., & Chow, C. (2022). Utilization of dredged river sediment in preparing autoclaved aerated concrete blocks. Journal of Renewable Materials, 10(11), 2989-3008. doi: 10.32604/jrm.2022.019821.