автореферат диссертации по строительству, 05.23.05, диссертация на тему:Эффективный неавтоклавный газобетон с метакаолинитом

На правах рукописи

НГУЕН ТХАНЬ ТУАН

ЭФФЕКТИВНЫЙ НЕАВТОКЛАВНЫЙ ГАЗОБЕТОН С МЕТАКАОЛИНИТОМ

Специальность 05.23.05 — Строительные материалы и изделия

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

1 3 НОЯ 2014

Москва-2014

005555137

005555137

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Московский государственный строительный университет».

Научный руководитель - доктор технических наук, профессор

Орешкин Дмитрий Владимирович

Официальные оппоненты:

Перфилов Владимир Александрович - доктор технических наук, доцент, ФГБОУ ВГТО «Волгоградский государственный архитектурно-строительный университет», заведующий кафедрой «Нефтегазовые сооружения»

Гнедина Любовь Юрьевна - кандидат технических наук, доцент, ФГБОУ ВПО «Ивановский государственный политехнический университет», доцент кафедры «Строительное материаловедение, специальные технологии и технологические комплексы».

Ведущая организация - Федеральное государственное бюджетное

образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Белгородский государственный

технологический университет им. В.Г. Шухова»

Защита состоится 8 декабря 2014 г. в 14 часов 00 минут на заседании диссертационного совета Д 212.138.02, созданного на базе ФГБОУ ВПО «Московский государственный строительный университет», по адресу: 129337, г. Москва, Ярославское шоссе, д. 26, ауд. ^JЧtИ.OlO со -(¿¡.Па.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке и на сайте ФГБОУ ВПО «Московский государственный строительный университет» www.mgsu.ru

Автореферат разослан "05 " Но2014 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета ( Алимов Лев Алексеевич

Общая характеристика работы Актуальность работы. Во Вьетнаме выпускается газобетон автоклавного твердения, существуют высокие темпы роста производства портландцемента при дефиците электроэнергии. Недостатками автоклавного газобетона являются невысокие показатели технических и эксплуатационных свойств по прочности, водостойкости, усадки, ползучести, пределу огнестойкости, а также высокое водопоглощение и энергопотребление.

Решением проблемы повышения эффективности ограждающих конструкций является разработка неавтоклавного газобетона с ультрадисперсным наполнителем - высокоактивным метакаолинитом, который обладал бы достаточной огнестойкостью, водостойкостью, низкими водопоглощением, усадкой и ползучестью, для жилищного строительства Вьетнама.

Работа выполнена в соответствии с Программой Правительства Вьетнама 567/(30-14^ от 28.04.2010 г. «Производство и применение газобетонных изделий до 2020 года» и локальным проектом № 12 НИУ МГСУ.

Цель и задачи исследований. Целью диссертационной работы является разработка эффективного неавтоклавного газобетона с высокими эксплуатационными свойствами.

Для достижения цели работы были решены следующие задачи: - Обосновать получение эффективного неавтоклавного газобетона путём введения в состав смеси ультрадисперсного наполнителя.

Определить влияние введения в состав газобетонной смеси высокоактивного метакаолинита - ВМК, микрокремнезёма - МЗ и рисовой шелухой - РШ.

Оптимизировать состав, структуру и свойства эффективного неавтоклавного и автоклавного газобетона с высокоактивным метакаолинитом, микрокремнезёмом и рисовой шелухой разработать технологию производства неавтоклавного газобетона с метакаолинитом.

Разработать технологическую схему производства неавтоклавных газобетонных блоков и провести опытно-производственное опробование изделий из неавтоклавного газобетона с метакаолинитом. Научная новизна работы

- Обосновано повышение эксплуатационных свойств неавтоклавного газобетона за счёт введения в состав смеси ультрадисперсного высокоактивного метакаолинита, позволившего уплотнить и упрочнить структуру путём связывания Са(ОН)2, формирования низкоосновных гидросиликатов и гидроалюминатов кальция, увеличить прочность, водостойкость, предел огнестойкости, снизить влажность, водопоглощение, усадку и ползучесть.

- Установлено, что введение в состав смеси метакаолинита повышает прочность у неавтоклавного газобетона на 14,7 ... 17,2 %, а у автоклавного газобетона - на 14,2 ...18,1 % за счёт уменьшения количества портландита на 36,7...82,6 % и увеличения количества низкоосновных гидросиликатов кальция на 7,1...8,2 %, гидроалюминатов кальция на 13,8...22,8 % у неавтоклавного газобетона, в 2,5..2,8 раза уменьшения количества Са(ОН)2 и увеличения количества C3S2H3 на 13,6... 16 %, гидрогранатов - на 6,4 ...12 % у автоклавного газобетона в 28 и 180 суток соответственно.

- Методами РФА, MCA, ХА установлено, что количество портландита в неавтоклавном газобетоне ниже на 5,4 % в возрасте 28 суток и 47 % - в возрасте 180 суток, чем в автоклавном газобетоне за счёт связывания гидроксида кальция метакаолинитом.

- Установлены 6 участков переломов кривых ДТА, ТГ, ДТГ при изменении температуры от 20 до 1000 °С за счёт удаления воды различной формы связанности, изменения структуры и фазовых переходов образцов газобетона.

- Установлены 2 экстремума: первый - при температуре 118 ... 130 °С за счёт испарения физически связанной воды; второй, при температуре 475 ... 525 °С за счёт удаления химически присоединённой воды из газобетона.

- Показано, что введение в состав газобетона любого твердения метакаолинита повышает предел огнестойкости на две ступени - до 150 минут (REI 150) для стены толщиной 100 мм.

- Установлено, что введение в смесь метакаолинита снижает в возрасте 180 суток усадку неавтоклавного газобетона в 1,5 раза, а относительную деформацию ползучести на 25,6 %, а автоклавного газобетона - на 78,8 % и 56,4 % соответственно.

Практическая ценность п реализация результатов работы

Разработана технология производства изделий из неавтоклавного газобетона с метакаолинитом, включающая в себя: технологическую схему; оптимизированный состав компонентов газобетонной смеси; время перемешивания, укладки и уплотнения смеси, тепловлажностной обработки, разрезки, хранение, оценку качества.

Получен неавтоклавный газобетон с метакаолинитом марки по средней плотности D600, имеющий в возрасте 180 сут.: прочность при сжатии - 3,9 МПа; влажность по массе - 3,46 %; водопоглощение по массе - 16,2 %; коэффициент размягчения - 0,882; деформацию усадки - 1,302 мм/м; относительную деформацию ползучести - 142,5-10"5; предел огнестойкости -150 минут.

Внедрение результатов исследования

Проведено опытно-промышленное опробование блоков из неавтоклавного газобетона с добавкой метакаолинита марки по средней плотности D600 (объём внедрения составил 250 м3) в 2013 г. на предприятиях ОАО «Полезные ископаемые и Строительные материалы ЛАМ ДОНГ» в городе Далат во Вьетнаме при строительстве индивидуального малоэтажного жилого дома.

Апробация работы Основные положения диссертации были доложены на: 14-й, 15-й Международных межвузовских научно-практических конференциях молодых учёных, докторантов и аспирантов «Строительство — формирование

среды жизнедеятельности» (Москва, МГСУ, 2012, 2013 гг.); на симпозиуме «Проблемы современного бетона и железобетона», Минск, 10-12 ноября 2012 г., конференции «Интеграция, партнерство и инновации в строительной науке и образовании», (Москва, МГСУ, 16-18 октября 2013 г.), на семинарах кафедры строительных материалов (Москва, МГСУ, 2012, 2013, 2014 гг.), а также конференциях во Вьетнаме: «Строительные материалы для повышения пожарной безопасности». Департамент пожаро-спасательных сил Вьетнама. -г. Хошимин (21-24 июля 2014 г.); «Развитие производства и применение ячеистых бетонов в жилищном строительстве». ОАО «Полезные ископаемые и Строительные материалы ЛАМ ДОНГ». - г. Далат (03.08.2013 г.). На защиту выносятся

- Обоснование выбора ультрадисперсного высокоактивного метакаолинита -наполнителя в газобетонную смесь для повышения его технических и эксплуатационных свойств при неавтоклавном и автоклавном твердении для увеличения прочности, водостойкости, предела огнестойкости, снижения влажности, водопоглощения, усадки и ползучести.

- Зависимости изменения влажности, водопоглощения, коэффициента размягчения, прочности при сжатии, изгибе, раскалывании, предела огнестойкости, деформации усадки, относительной деформации ползучести от возраста образцов, вида и наличия добавки (отсутствие добавки, метакаолинита, микрокремнезёма, рисовой шелухи), автоклавного или неавтоклавного твердения при одинаковой подвижности.

- Зависимости повышения предела огнестойкости на две ступени до 150 минут (REI 150) для стены толщиной 100 мм газобетона с метакаолинитом при неавтоклавном и автоклавном твердении по сравнению с газобетоном на чистом цементе.

- Результаты опытного внедрения неавтоклавного газобетона с добавкой метакаолинита марки по средней плотности D600 в ОАО «Полезные ископаемые и Строительные материалы JIAM ДОНГ» в городе Далат во Вьетнаме.

Структура и объем работы

Диссертационная работа выполнена на 175 страницах текста, состоит из 5 глав, библиографического списка из 172 наименований и 1 приложения, включает 58 рисунков и 49 таблиц.

Содержание работы

Вьетнам - государство в Юго-Восточной Азии с территорией 329,56 тыс. км", населением - более 92 млн. человек и плотностью в среднем 275...280 человек на 1 км2. Климат Вьетнама - субтропический и тропический, жаркий и влажный: средняя годовая влажность - 80...87 %. При возведении стен применяют керамические кирпичи, блоки, монолитный и сборный железобетон, используется тяжёлый, мелкозернистый бетоны, древесина. Их достоинства и недостатки известны. Более того, в последние годы строятся заводы по производству автоклавного газобетона. Программа Правительства Вьетнама 567/QB-TTg планирует, что в 2015 г. применение газобетона в строительстве страны составит 20...25 %, а в 2020 г. - 30...40 %. К тому же, в 2013 г. во Вьетнаме произведено более 70 млн. т. портландцемента.

Известно, что ячеистые бетоны по технологии изготовления бывают автоклавного и неавтоклавного твердения. В смесях для автоклавных бетонов в качестве вяжущего вещества используется цемент или известь и молотый кварцевый песок, поэтому для набора прочности используются автоклавы с паром высокого давления (0,8...1,3 МПа) и температурой до 200 °С, а также с металло- и энергоёмким оборудованием (мельницы, автоклавы...). У автоклавного газобетона есть очевидные недостатки: невысокие показатели прочности на сжатие, изгиб, раскалывание, коэффициента размягчения (водостойкости), деформаций усадки и ползучести, пределу огнестойкости, а также высокое водопоглощение и энергопотребление. Во Вьетнаме существует серьёзный дефицит электроэнергии и избыток цемента. В таких условиях производство неавтоклавного газобетона приобретает народнохозяйственное значение.

Для повышения эффективности производства изделий из неавтоклавного газобетона была предложена научная гипотеза. Было предположено, что введение в газобетонную смесь метакаолинита позволит упрочнить и уплотнить структуру межпоровых перегородок за счёт увеличения количества связанного Са(ОН)2, формирования низкоосновных гидросиликатов и гидроалюминатов кальция. Это позволит увеличить прочность, водостойкость, предел огнестойкости, снизить водопоглощение, усадку и ползучесть неавтоклавного газобетона.

В работе использовались стандартные методики ГОСТ РФ и Вьетнама. Размеры, выпиленных из массива, образцов для определения прочности при сжатии и прочности на растяжение при раскалывании были 100x100x100 мм, а для испытаний на прочность при изгибе - 100x100x400 мм. Тонкие исследования выполнялись на: рентгенографической установке фирмы Вгискег, тип Б8 ас!уапсес1-Вгикег Ахв (Германия); электронном растровом микроскопе-микроанализаторе ЛЕОЬ 1БМ 6490 (Япония); дифференциально-термической аналитической установке Ьихх ЫЕТ78СН БТА409РС (Германия); установке института ВБТ для испытаний на горючесть и др. При проведении исследований были использованы материалы: вода водопроводная - В, портландцемент марки 400 завода СЫпЛэп - Ц (СзА - 7,8 %), алюминиевая пудра СЬ8-65 Богщуие - А (А1 > 86 %), метакаолинит -ВМК института У1ВМ - Л1203-2ЯЮ2 (А1203-35,84 %, БЮ2-56,75 %), микрокремнезем Ш95 завода Ьиоуаг^ - МЗ (БЮ2-90,78 %), рисовая шелуха -РШ (8Ю2-85,35 %). Высокоактивный метакаолин или метакаолинит (ВМК) получается при низкотемпературном обжиге каолиновой глины при 650 °С и является аморфной структурой каолина со средней плотностью - 2500 кг/м3. Микрокремнезём (МЗ) побочный продукт получения ферросилиция в металлургии. Он образуется в результате восстановления углеродом кварца высокой чистоты в электросталеплавильных печах, где моноокись кремния БЮ переходит в газообразное состояние, окисляется в аморфный кремнезём и конденсируется в мельчайший порошок из шарообразных частиц с

размерами от 1 до 10 мкм. После шелушения риса получается рисовая шелуха - РШ с размерами частиц 1...25 мкм. Известно, что микрокремнезём и метакаолинит обладают пуццоланическим эффектом.

В работе были изготовлены бетонные смеси с диаметром расплыва лепёшки по вискозиметру Суттарда, равный 12,8 до 13,1 см, для получения средней плотности газобетона 600 кг/м3 при В/Т от 0,43 до 0,47 в соответствии со СН 277-80. Расход добавки был 7 % от массы цемента, а алюминиевой пудры - 0,535 кг. Смесь перемешивали 3 мин. в скоростных пропеллерных мешалках. Затем смесь укладывается в форму, уплотняется 2 мин. на виброплощадке. Далее для неавтоклавного газобетона: форма направлялась в пропарочную камеру, где происходит ТВО по режиму: 2,5+7+2,5. Температура изотермической выдержки - (80+5) °С. Для автоклавного газобетона: процесс автоклавной обработки происходил при изотермической выдержке при 180 °С и при давлении 1,3 МПа.

Расчет и оптимизация состава сырьевой смеси осуществлялся на основании инструкции по изготовлению изделий из ячеистого бетона СН 277-80 и работ Г.П. Сахарова. Были подобраны по четыре состава газобетона неавтоклавного твердения (составы 1,2,3,4) и автоклавного твердения (составы 5,6,7,8). Составы и свойства газобетона представлены в таблице 1.

Таблица 1 - Состав и предел прочности газобетона

№ Состав бетона Расход, кг на 1 M j Предел прочности, МПа

Ц В Д при сжатии через сут при изгибе раскал.

7 | 14 | 28 | 180 28 | 180 180

Неавтоклавный газобетон

1 Ц+В+А 536,6 230,74 - 2,1 2,5 2,9 3,4 0,33 0,36 0,28

2 Ц+ВМК+В+А 501,5 241,47 35,1 2,4 2,9 3,4 3,9 0,41 0,45 0,32

3 Ц+МЗ+В+А 501,5 246,84 35,1 2,1 2,7 3,1 3,7 0,4 0,43 0,31

4 Ц+РШ+В+А 501,5 252,2 35,1 2,2 2,6 3 3,5 0,35 0,39 0,29

Автоклавный газобетон

5 Ц+В+А 536,6 230,74 - 1,9 2 2,1 2,2 0,25 0,26 0,21

6 Ц+ВМК+В+А 501,5 241,47 35,1 2,1 2,3 2,4 2,6 0,32 0,34 0,23

7 Ц+МЗ+В+А 501,5 246,84 35,1 2 2,1 2,2 2,5 0,32 0,34 0,23

8 Ц+РШ+В+А 501,5 252,2 35,1 2 2,1 2,2 2,5 0,31 0,34 0,23

Анализ результатов таблицы 1 подтверждает классические

закономерности набора прочности для автоклавного и неавтоклавного газобетона. Так, для составов 1,2,3,4 (неавтоклавное твердение) происходит

существенный рост всех видов прочности от 7 до 180 суток. А для составов 5,6,7,8 (автоклавное твердение) такого роста практически не происходит. Лучшая прочность была получена для состава № 2 при неавтоклавном твердении.

Сравнение влажности образцов по массе (таблица 2) неавтоклавного и автоклавного газобетона позволили выявить некоторые закономерности. У автоклавного газобетона влажность от 3-х до 28 суток практически не меняется. А затем - уменьшается до 3...5 % и становится немного ниже, чем у неавтоклавного бетона. Однако, в возрасте 3-х суток она в 1,5 раза ниже, чем у неавтоклавного бетона, что связано с условиями автоклавного твердения материала в и процесса гидратации цемента. Самая низкая влажность в 3 и 180-

Таблица 2 - Влажность газобетона

№ Компоненты состава Влажность по массе через суток:

бетона 3 7 14 21 28 180

Неавтоклавный газобетон

1 Ц + В +А 20,35 19,81 19,02 18,31 17,65 5,49

2 Ц + ВМК + В +А 20,25 18,95 18,1 17,3 16,55 3,46

3 Ц + МЗ + В +А 21,01 20,63 19,91 19,22 18,76 4,62

4 Ц + РШ + В +А 21,51 20,82 19,61 18,5 17,37 5,93

Автоклавный газобетон

5 Ц + В +А 13,44 13,01 12,75 12,42 12,13 4,44

6 Ц + ВМК + В +А 13,03 12,92 12,79 12,52 12,36 3,13

7 Ц + МЗ + В +А 15,53 15,3 15,05 14,72 14,41 4,18

8 Ц + РШ + В +А 15,71 15,32 14,81 14,44 14,15 5,21

суточном возрасте наблюдается у состава № 6 - 13,03 % и 3,13 % соответственно. В этом составе используется метакаолинит. У газобетона неавтоклавного твердения лучшие результаты получены для образцов составов № 2 - с метакаолинитом, влажность которого в 3-х и 180-суточном возрасте равна 20,25 % и 3,46 % соответственно.

Были проведены исследования микроструктуры в возрастах 28 и 180 суток и установлено, что происходит уплотнение структуры неавтоклавного газобетона и обеспечивается увеличение прочностных показателей в полтора и более раз по сравнению с автоклавным газобетоном. Лучшие результаты показал неавтоклавный газобетон с метакаолинитом (рисунок 1, таблица 1).

Рисунок 1 - Микроструктура газобетона с метакаолинитом в возрасте 28 суток: а - неавтоклавного твердения; б - автоклавного твердения.

Был проведён анализ рентгенограмм по интенсивности характерных

пиков новообразований: портландита - Са(ОН)2 с <1=4,91-10"1(1 м, низкоосновного гидросиликата кальция 3Ca0-2Si02-3H20 с d=2,74-10"10 м, гидрогранатов: 3Ca0-Al203.xSi02(6-2x)H20 с d = 2,80-10"10 м; двухкальциевого гидросиликата - 2CaOSi02-H20 с d= 3,26-10"10 м; и прочности газобетона в возрасте 28 и 180 суток (таблица 3). При комплексном рассмотрении РФА с учётом прочности по количеству портландита автоклавного и неавтоклавного газобетона (рисунок 2, таблица 3) установлено, что лучшие результаты получены

mau М2 - chi Hong

Рисунок 2 - Рентгенограмма неавтоклавного газобетона с метакаолинитом в возрасте 28 суток. D8 advanced-Bruker Axs (Германия).

для составов с метакаолинитом: количество Са(ОН)2 в неавтоклавном газобетоне ниже на 5,4 % в возрасте 28 сут. и 47 % - в возрасте 180 сут., чем в автоклавном газобетоне за счёт связывания гидроксида кальция активным метакаолинитом. У состава с микрокремнезёмом это снижение составляет 55 % в возрасте 28 суток и небольшое - в возрасте 180 суток. Количество Са(ОН)2 в возрасте от 28 до 180 сут. в неавтоклавном газобетоне на чистом цементе увеличивается на 27 %, для состава с микрокремнезёмом — на 75 %, для состава с рисовой шелухой - на 5 %, а для состава с метакаолинитом произошло снижение на 4,7 %. Известно, что на прочность газобетона оказывает влияние формирование низкоосновного гидросиликата кальция 3Ca0-2Si02-3H20. Его количество немного возросло для всех составов в возрасте от 28 до 180 сут., также, как и для гидрогранатов. Количество двухкальциевого гидросиликата - 2Ca0-Si02-H20 для неавтоклавного газобетона в этих же возрастах

Таблица 3 — Интенсивность пиков и прочность газобетона

№ Состав газобетона Прочность, МПа, при сжатии в сут. Интенсивность пиков, имп/с, в воз расте, сут.

Са(ОН)2 3Ca0-2Si0r3H20 2Ca0Si02H20 ЗСаО-АЬОз xSi02 (6-2Х)Н20

28 | 180 28 | 180 28 | 180 28 | 180 28 | 180

Неавтоклавный газобетон

1 Ц+В+А 2,9 3,4 480 612 70 72 50 46 57 65

2 Ц+ВМК+В+А 3,4 3,9 351 335 75 78 52 48 70 74

3 Ц+МЗ+В+А 3,1 3,7 360 632 74 76 56 50 68 72

4 Ц+РШ+В+А 3 3,5 477 505 62 64 53 51 50 57

Автоклавный газобетон

5 Ц+В+А 2,1 2,2 940 1420 110 112 220 230 75 93

6 Ц+ВМК+В+А 2,4 2,6 370 493 125 130 262 279 84 99

7 Ц+МЗ+В+А 2,2 2,5 560 635 115 121 328 306 101 108

8 Ц+РШ+В+А 2,2 2,5 256 281 105 108 257 212 104 110

уменьшилось на величину увеличения количества 3Ca0-2Si02-3H20. Для

автоклавного газобетона количество этого новообразования возросло для составов на чистом цементе и с метакаолинитом. Для составов с микрокремнезёмом произошло снижение на 7 %, а с рисовой шелухой — на 21 %.

Для составов автоклавного газобетона количество ЗСа0-28Ю2-ЗН20 увеличилось более, чем на 50 %, а количество 2Са08Ю2Н20 - более, чем в 4

раза по сравнению с неавтоклавным газобетоном, но при снижении прочности в 1,5 раза. Это связано, видимо, с повышенным содержанием суммы оксидов натрия и калия (Na20+K20=0,22+0,75= 0,97) в составе цемента, что отрицательно сказывается при твердении в автоклаве. Количество гидрогранатов в автоклавном и неавтоклавном газобетонах от 28 до 180 сут. увеличивается. При сравнении автоклавного и неавтоклавного газобетона повышение количества гидрогранатов доходит от 1,5 до 2 раз.

Дериватографические исследования образцов всех составов газобетонов определили 6 основных участков, где наблюдаются характерные переломы кривых TG, DTA и DTG при изменении температуры от 20 до 1000 °С. В общем виде это может происходить за счёт удаления воды различной формы связанности, изменения структуры и фазовых переходов образцов газобетона (рисунок 3). Границы этих участков представлены в таблице 4. На кривых DTA и DTG выделяются по 2 экстремума: первый — при температуре 118...130 °С и второй - при температуре 475...525 °С. Первый - происходит, видимо, за счёт испарения физически связанной воды, второй - связан с удалением воды из новообразований межпоровых перегородок газобетона.

с метакаолинитом в возрасте 28 суток. Таблица 4 - Результаты термогравиметрических исследований

№ Состав Потеря массы (по кривой TG, %) в возрасте, сут., на участках

118...130°С 150...270°С 325...450°С 475...525°С 650...750°С 950 °С

28 | 180 28 | 180 28 | 180 28 | 180 28 | 180 28 | 180

Газобетон неавтоклавного твердения

1 Ц+В+А 3 2,5 6,88 7,07 8,5 8,7 9,89 12,9 11,42 14,7 15,6 15,5

2 Ц+ВМК+В+А 2,8 3 7,54 7,67 9 8,9 10,48 13 11,38 14,4 15,5 15,4

3 Ц+МЗ+В+А 3 2,8 6,01 7,13 9,6 9,8 11,2 14,4 12,23 15,7 16,5 16,5

4 Ц+РШ+В+А 3,4 3 7,29 7,41 9,1 9 10,54 14 11,73 16 16,2 16,7

Газобетон автоклавного тве рдения

5 Ц+В+А 2,8 2,5 5,79 6,44 7,7 9 14 14,1 15,2 15,2 16,2 16,3

6 Ц+ВМК+В+А 4,2 3,5 7,26 8,2 10 9,5 14,3 14,15 15,6 15,3 16,1 16,2

7 Ц+МЗ+В+А 2,9 3 6,84 8,31 9,7 10 14,4 14,2 15,8 15,6 16,8 16,9

8 Ц+РШ+В+А 6 4 8,37 8,02 13 И 16,5 14,8 17,5 16 18,2 17,5

При анализе исследований было установлено, что максимальные потери массы для образцов газобетона автоклавного и неавтоклавного твердения в возрасте 28 суток при температуре до 950 °С, находятся в пределах значений влажности по массе. Максимальные потери массы для образцов газобетона в возрасте 180 сут. при температуре 950 °С превышают значение влажности в 3...4 раза (см. таблицу 2), но общие потери по массе при температуре 950 °С для всех составов примерно одинаковы. Однако, самые низкие потери при этом имеет газобетон автоклавного и неавтоклавного твердения с метакаолинитом.

Как известно, стабильные технические свойства газобетона в ограждающих конструкциях во многом определяют затраты при эксплуатации зданий и обеспечивают их надёжность во времени. Поэтому в работе были изучены водостойкость, деформации усадки и ползучести газобетона, свойства материала по отношению к огню по СНиП 21.01-1997*, ГОСТ РФ и нормам Вьетнама: TCXDVN 344:2005 (ISO 843-4); TCXDVN 345:2005 (ISO 843-5); TCXDVN 346:2005 (ISO 843-6); TCXDVN 347:2005 (ISO 843-7), которые практически соответствуют европейским и американским стандартам.

Известно, что предел огнестойкости строительных конструкций устанавливается по времени (в минутах) наступления предельных состояний: потери несущей способности (R); потери целостности (Е); потери теплоизолирующей способности (I). Было установлено, что образцы всех составов газобетона не горючи и препятствуют распространению пламени, а также имеют огнестойкость первой степени. Введение в состав газобетона

автоклавного и неавтоклавного твердения метакаолинита повышает предел огнестойкости газобетона на две ступени и доводит его до 150 минут (REI 150) для стены толщиной 100 мм, а введение микрокремнезёма повышает предел огнестойкости газобетона на одну ступень и доводит его до 120 минут (REI 120). Результаты приведены в таблице 5.

Таблица 5 - Пределы огнестойкости образцов газобетона

№ Состав Время, мин, и пределы огнестойкости по потере:

Обозначение несущей способности целостности теплоизолирующей способности

1 2 3 4 5 6

Неавтоклавный газобетон

1 Ц + В +А REI 90 90 90 90

2 Ц + ВМК + В +А REI 150 150 150 150

1 2 3 4 5 6

3 Ц + МЗ + В +А REI 120 120 120 120

4 Ц + РШ + В +А REI 90 90 90 90

Автоклавный газобетон

1 2 3 4 5 6

5 Ц + В +А REI 90 90 90 90

6 Ц + ВМК + В +А REI 150 150 150 150

7 Ц + МЗ + В +А REI 120 120 120 120

8 Ц + РШ + В +А REI 90 90 90 90

При эксплуатации важное значение имеют значения водопоглощения и

водостойкости автоклавного и неавтоклавного газобетонов. При их изучении было установлено, что лучшие свойства имеет неавтоклавный газобетон с высокоактивным метакаолинитом, у которого коэффициент размягчения составил - 0,882. Водопоглощение по массе у него - 16,2 %, что в 2 раза меньше, чем у газобетона на чистом цементе и на 25...50 % меньше, чем у газобетона с микрокремнезёмом и рисовой шелухой соответственно (таблица 6).

Таблица 6 - Свойства газобетона в возрасте 180 суток

№ Состав Прочность, МПа Влажность, % Водопоглощение Коэффициент

газобетона изгиб сжатие 28 180 по массе, % размягчения

Газобетон неавтоклавного твердения

1 Ц+В+А 0,36 3,4 17,65 5,49 35,7 0,828

2 Ц+ВМК+В+А 0,45 3,9 16,55 3,46 16,2 0,882

3 Ц+МЗ+В+А 0,43 3,7 18,76 4,62 20,3 0,871

4 Ц+РШ+В+А 0,39 3,5 17,37 5,93 25,8 0,833

Газобетон автоклавного твердения

5 Ц+В+А 0,26 2,2 12,13 4,44 68,8 0,762

6 Ц+ВМК+В+А 0,34 2,6 12,36 3,13 55,2 0,833

7 Ц+МЗ+В+А 0,34 2,5 14,41 4,18 58 0,818

8 Ц+РШ+В+А 0,34 2,5 14,15 5,21 59,2 0,818

Исследование влажности, водопоглощения и водостойкости автоклавного и неавтоклавного газобетонов позволило определить, что для условий Вьетнама использование неавтоклавного газобетона представляется наиболее технически выгодным. На основании сравнения свойств газобетона автоклавного и неавтоклавного твердения было установлено, что лучшие свойства имеет газобетон состава № 2 неавтоклавного твердения. У этого состава коэффициент размягчения на 6,5 % выше, чем у на чистом цементе, а у газобетона состава № 6 автоклавного твердения - выше на 9,3 %, чем у аналогичного на чистом цементе.

Увеличение прочностных показателей (таблица 6) должно было бы способствовать значительному снижению усадки, относительных деформаций усадки и ползучести автоклавного и неавтоклавного газобетона. Исследования по определению усадки и ползучести продолжались 180 суток в соответствии с методикой ГОСТ 24544-81, то есть со значительным превышением рекомендуемого срока, который равен 120 суткам. Достоверность результатов подтверждается: высоким значением коэффициента корреляции, который был более 0,99. На чистом цементе подобные деформации достаточно высоки (таблица 7). Поэтому введение в его состав добавки 7 % либо метакаолинита, либо микрокремнезёма или рисовой шелухи снизило усадку, относительную деформацию ползучести автоклавного и неавтоклавного газобетона. Для совместного анализа результатов усадки, относительной деформации ползучести и влажности по массе они были сведены в таблицу 7.

Таблица 7 - Влажность, деформации усадки и ползучести газобетона

№ Состав газобетона Влажность по массе, %, через сут.: Деформация усадки, мм/м Относительная деформация ползучести £i„(t>105

50 | 98 | 180 50 | 98 | 180 50 | 98 | 180

1 азобетон неавтоклавного твердения

1 Ц + В +А 12,4 8,32 5,49 0,96 1.655 2,005 51 107,5 179

2 Ц + ВМК + В +А 11,44 6,13 3,46 0,46 1.303 1,302 29,5 78,5 142,5

3 Ц + МЗ + В +А 13,6 8,76 4,62 0,475 1.32 1,48 28 89,5 145,5

4 Ц + РШ + В +А 12,77 9,31 5,93 0,88 1.53 1,85 37,5 117 161,5

1 азобетон автоклавного твердения

5 Ц + В +А 8,6 6,18 4,44 0,195 0.23 0,54э 32 92 151

6 Ц + ВМК + В +А| 8,71 5,97 3,13 0,126 0.145 0,305 40 54,5 96,5

7 Ц + МЗ + В +А 10,2 6,03 4,18 0,212 0.235 0,415 25,5 71 98

8 Ц + РШ + В +А 9,74 7,24 5,21 0,176 0.2 0,355 29 89,5 139

Лучшие результаты по этим свойствам для неавтоклавного газобетона показал состав № 2 с метакаолинитом, у которого после 98 суток твердения усадка стабилизировалась и составила 1,302 мм/м, а относительная деформация ползучести увеличилась незначительно. Хорошие результаты имеет неавтоклавный газобетон с микрокремнезёмом. Установлено, что при автоклавной обработке газобетон с добавками метакаолинита, микрокремнезёма или рисовой шелухи значительно снижает показатели усадки, относительных деформаций усадки и ползучести.

Относительная деформация ползучести у неавтоклавного газобетона с возраста 50 суток к возрасту 180 суток увеличилась в 3 ...4 раза. При этом самую низкую относительную ползучесть имеет неавтоклавный газобетон с метакаолинитом (состав № 2), а самые высокие значения показывает неавтоклавный газобетон на чистом цементе. Введение добавок метакаолинита, микрокремнезёма, рисовой шелухи по 7 % каждой обеспечивает снижение относительной деформации ползучести на 10,8 % (для газобетона с рисовой шелухой) и до 25,6 % (для газобетона с метакаолинитом).

У автоклавного газобетона относительная деформация ползучести повышается примерно в 3...4 раза при снятии показаний в те же сроки. Однако, её значения на 18,5 % ниже на чистом портландцементе и на 47,7; 48,5; 16,2 % ниже с добавками метакаолинита, микрокремнезёма и рисовой шелухи соответственно, чем у неавтоклавного газобетона. Более того, относительная деформация ползучести у автоклавного газобетона с добавками существенно ниже независимо от условий твердения.

элеваторные транспортеры к бункерам цемента, метакаолинита;

расходный бункер цемента;

расходный бункер метакаолинита;

емостъ для алюминиевой пасты;

емсостъ для воды;

дозаторы по массе;

газобетономешалка;

бортоснастка для формования массива;

виброллощадка;

- пропарочная камера;

- участок разрезхи массива;

- склад готовой продукции.

10 -

Рисунок 4 - Технологическая схема производства неавтоклавного газобетона с метакаолинитом.

Как известно, процессы ползучести и усадки совмещаются во времени

и связаны с влажностью газобетона. Усадка происходит в объёме материала, конструкции, а ползучесть - в направлении действия нагрузки. Газобетон марки по средней плотности П600 предназначен для использования в виде материала ограждающих конструкций при сжимающих нагрузках. На основании результатов исследований была разработана технология производства неавтоклавного газобетона с метакаолинитом, включающая технологическую схему (рисунок 4), оптимизированный состав, размещение бункеров и ёмкостей для компонентов состава, их дозировку по массе, технологическое оборудование, перемешивание смеси, уплотнение и вспучивание смеси на виброплощадке, пропаривание по режиму: 2,5+7+2,5 с температурой изотермической выдержки - (80+5) °С, участок разрезки и склад готовой продукции. Расчётная эффективность цеха по годовому выпуску 200 тыс. м3 изделий из неавтоклавного газобетона в условиях Вьетнама, оцениваемая по капиталовложениям, составила более 4 млн. долларов США.

Проведено опытно-промышленное внедрение результатов исследований в 2013 году на предприятиях ОАО «Полезные ископаемые и Строительные материалы ЛАМ ДОНГ» в городе Далат в провинции Лам

Донг Социалистической Республики Вьетнам. Блоки из неавтоклавного газобетона с метакаолинитом марки по средней плотности D600 применены при строительстве индивидуального малоэтажного жилого дома объёмом 250 м3.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. Обосновано повышение эксплуатационных свойств неавтоклавного газобетона одинаковой подвижности и марки по средней плотности D600 за счёт введения в состав смеси ультрадисперсного высокоактивного метакаолинита, позволившего уплотнить и упрочнить структуру путём связывания Са(ОН)2, формирования низкоосновных гидросиликатов и гидроалюминатов кальция, увеличить прочность, водостойкость, предел огнестойкости, снизить влажность, водопоглощение, усадку и ползучесть.

2. Установлено, что введение в состав смеси метакаолинита повышает прочность у неавтоклавного газобетона на 14,7 ... 17,2 %, а у автоклавного газобетона - на 14,2 ...18,1 % за счёт уменьшения количества портландита на 36,7...82,6 % и увеличения количества низкоосновных гидросиликатов кальция на 7,1...8,2 %, гидроалюминатов кальция на 13,8...22,8 % у неавтоклавного газобетона, в 2,5..2,8 раза уменьшения количества Са(ОН)2 и увеличения количества C3S2H3 на 13,6...16 %, гидрогранатов - на 6,4 ...12 % у автоклавного газобетона в 28 и 180 суток соответственно.

3. Разработана технология производства неавтоклавного газобетона с метакаолинитом, включающая в себя: технологическую схему, оптимизированный состав исходных компонентов газобетонной смеси; время перемешивания, укладки и уплотнения смеси, тепловлажностной обработки, разрезки, хранение, оценку качества.

4. Установлено, что введение в состав газобетонной смеси метакаолинита повышает прочность у неавтоклавного газобетона на 14,7 ...17,2 %, а у автоклавного газобетона на 14,2 ...18,1 % за счёт уменьшения количества портландита на 36,7...82,6 % и увеличения количества низкоосновных гидросиликатов кальция на 7,1...8,2 % у неавтоклавного газобетона, в 2,5..2,8

раза уменьшения количества Са(ОН)2 и увеличения количества C3S2H3 на 13,6...16 % у автоклавного газобетона в 28 и 180 суток соответственно.

5. Дериватографическими исследованиями определены 6 основных участков, где наблюдаются характерные переломы кривых TG, DTA и DTG со снижением массы при изменении температуры от 20 до 1000 "С за счёт удаления воды различной формы связанности, изменения структуры и фазовых переходов образцов газобетона. Установлены 2 экстремума: первый - при температуре 118 ... 130 °С за счёт испарения физически связанной воды и второй - при температуре 475...525 °С благодаря удалению химически присоединённой воды из газобетона.

6. Установлено, что для значительного снижения усадки, относительных деформаций усадки и ползучести автоклавного и неавтоклавного газобетона на чистом цементе в его состав необходимо вводить добавку 7 % либо метакаолинита, либо микрокремнезёма или рисовой шелухи. Лучшие результаты по этим свойствам для неавтоклавного газобетона показал состав с метакаолинитом, у которого после 98 суток твердения усадка стабилизировалась и составила 1,302 мм/м, а относительная деформация ползучести к 180 суткам увеличилась незначительно. Хорошие результаты имеет неавтоклавный газобетон с микрокремнезёмом. Установлено, что при автоклавной обработке газобетон с добавками метакаолинита, микрокремнезёма или рисовой шелухи значительно снижает показатели усадки, относительных деформаций усадки и ползучести.

7. Установлено, что образцы всех составов газобетона не горючи и препятствуют распространению пламени, а также имеют огнестойкость первой степени. Введение в состав газобетона автоклавного и неавтоклавного твердения метакаолинита повышает предел огнестойкости газобетона на две ступени до 150 минут (REI 150) для стены толщиной 100 мм, а введение микрокремнезёма повышает предел огнестойкости газобетона на одну ступень - до 120 минут (REI 120).

8. Проведено опытное внедрение результатов исследований в ОАО «Полезные ископаемые и Строительные материалы ЛАМ ДОНГ» в городе Далат Социалистической Республики Вьетнам. Стеновые блоки (общим объёмом 250 м3) из неавтоклавного газобетона с метакаолинитом марки по средней плотности Б600 применены при строительстве индивидуального жилого дома. Расчётная эффективность цеха по годовому выпуску 200 тыс. м3 изделий из неавтоклавного газобетона в условиях Вьетнама, оцениваемая по капиталовложениям, составила более 4 млн. долл. США.

Основные результаты работы были опубликованы: - в изданиях, рекомендованных ВАК РФ:

1. Нгуен Тхань Туан, Орешкин Д.В. Исследование структуры газобетона для жилищного строительства Вьетнама // Научно-технический вестник Поволжья. - 2014. - № 3. - С. 169-172.

2. Нгуен Тхань Туан, Орешкин Д.В. Технические свойства автоклавного и неавтоклавного газобетона // Вестник ИрГТУ. - 2014. - № 8. - С. 100-103.

3. Нгуен Тхань Туан, Орешкин Д.В. Подбор и оптимизация состава неавтоклавного газобетона для условий Вьетнама // Интернет-вестник ВолгГАСУ. Сер.: Политематическая. - 2014. - Вып. 2. (www.vestnik.vgasu.ru).

Подписано в печать 02.10.2014 г. Формат А5 Бумага офсетная. Печать цифровая. Тираж 80 Экз. Заказ № 3725-10-14 Типография ООО "Ай-клуб" (Печатный салон МДМ) 119146, г. Москва, Комсомольский пр-кт, д.28 Тел. 8-495-782-88-39