автореферат диссертации по строительству, 05.23.05, диссертация на тему:Активированный электрогидротеплосиловым полем неавтоклавный пенобетон

На правах рукописи

ЖАБИН Дмитрий Владимирович

АКТИВИРОВАННЫЙ ЭЛЕКТРОГИДРОТЕПЛОСИЛОВЫМ ПОЛЕМ НЕАВТОКЛАВНЫЙ ПЕНОБЕТОН

05.23.05 - Строительные материалы и изделия

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

13 НОЯ 2014

005555058

Москва - 2014

005555058

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

Научный руководитель - доктор технических наук, профессор

Соков Виктор Николаевич

Официальные оппоненты:

Сулеймаиова Людмила Александровна, доктор технических наук, профессор, ФГБОУ ВПО «Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова», профессор кафедры «Строительного материаловедения, изделий и конструкций»

Бессонов Игорь Вячеславович, кандидат технических наук, старший научный сотрудник, Научно-исследовательский институт строительной физики Российской академии архитектуры и строительных наук (НИИСФ РААСН), заведующий лабораторией «Стройфизика-ТЕСТ»

Ведущая организация - Федеральное государственное образова-

тельное учреждение высшего профессионального образования «ВосточноСибирский государственный университет технологий и управления»

Защита состоится «08» декабря 2014 г. в 12 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. №9 «Открытая сеть».

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

Автореферат разослан « -/Г » ноября 2014 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета {/У ' Алимов Лев Алексеевич

Общая характеристика работы

Актуальность работы. Увеличение объемов производства эффективных стеновых материалов, отвечающих современным требованиям по теплозащите зданий и сооружений, является одним из основных трендов строительной индустрии. Изделия из ячеистых бетонов составляют альтернативу другим стеновым энергоэффективным материалам. Среди них можно выделить неавтоклавные пенобетоны, к преимуществам которых относится закрытая пористость, низкое водопоглощение, малая энергоёмкость производства.

Получение пенобетона известными технологиями отмечается существенным недобором прочности в марочном возрасте, неоднородностью их характеристик по сечению и между партиями. Производство же характеризуется низкой производительностью из-за длительного цикла изготовления.

Одной из основных причин ухудшения качества пенобетона является технологически обусловленное повышенное В/Ц отношение в пеносистемах. Большая часть воды затворения остается несвязанной, поскольку её количество много больше стехиометрического, что снижает прочность изделий.

В число мер, позволяющих существенно ограничить В/Ц отношение и в связи с этим значительно уменьшить дефекты структуры, может входить механическое отжатие избыточной воды из пеномасс.

Работа выполнена в соответствии с локальным проектом №12 НИУ МГСУ по теме «Проведение центром коллективного пользования научным оборудованием ГР ЦКП МГСУ поисковых НИР в области энергосбережения и энергоэффективности зданий и сооружений» в соответствии с планом научно-исследовательских работ ФГБОУ ВПО НИУ МГСУ.

Цель и задач» исследований

Целью диссертационной работы является разработка энергосберегающей технологии эффективного пенобетона с повышенными показателями эксплуатационных свойств путем активации формовочных масс электрогид-ротеплосиловым полем (ЭГТСП).

Достижение поставленной цели предполагает решение следующих задач:

- обоснование возможности получения эффективного пенобетона методом комплексной ЭГТС обработки; ,

- исследование физических явлений, происходящих при электропрогреве самоуплотняющихся пеномасс в замкнутом перфорированном объеме;

- исследование физико-химических закономерностей формирования структуры материала под воздействием ЭГТСП;

- оптимизация режимов теплосиловой обработки и других технологических переделов;

- испытание и исследование полученного материала с обоснованием его преимуществ;

- построение математической и физической моделей технологии;

- производственная апробация технологии и разработка рекомендаций по её аппаратурному оформлению и организации производства;

- разработка технических условий на пеноблоки и технологического регламента на их производство;

- выполнение технико-экономического обоснования эффективности разработанной технологии.

Научная новизна работы

Обоснована возможность получения эффективного пенобетона обработкой пеномасс ЭГТСП в замкнутом перфорированном объеме, обеспечивающей снижение В/Ц отношения, упрочнение межпоровых перегородок, повышение однородности, прочности изделйй и интенсификацию производства за счет расширения газовой фазы пеносистемы на этапе формования.

Установлен механизм возникновения внутрипорового давления в пено-системе и влияние формируемых в ней полей температур, давления и влаго-содержания при обработке в ЭГТСП.

Установлены многофакторные зависимости прочности и плотности изделий при объемном уплотнении пеномасс от расхода компонентов, подвиж-

ности формуемой массы, количества отжимаемой из них воды и параметров теплосиловой обработки.

Установлено, что предлагаемый метод позволяет снизить конечное В/Ц отношение пеномасс с 0,7...0,8 до 0,45..0,55, достичь распалубочную прочность за 1,5...2 часа и повысить прочность изделий при сжатии до 1,5 раз. Установлены оптимальные режимы электропрогрева и разработана методика его проектирования.

Методами РФА, МСА и ХА установлено увеличение степени кристаллизации цементной матрицы с 0,4 до 2,2 %, степени гидратации - на 25...27 %, возрастание содержания низкоосновных гидросиликатов кальция на 15...30 %, уменьшение содержания Са(ОН)2 с 4,7 до 0,3...0,5 %.

Установлено снижение воздушной усадки изделий на 10... 15 %, водо-поглощения - на 5... 10 %, капиллярной и гелевой пористости матрицы - на 5... 10 %. Основной объем пор лежит в пределах 0,6... 1,1 мм.

Разработаны математические модели для отдельных технологических переделов, необходимые для организации технологии и прогнозирования свойств пенобетона. Установлены зависимости:

- средней плотности пеномассы от расхода вяжущего и пенообразователя;

- средней плотности и прочности сырца после обработки в ЭГТСП от продолжительности электропрогрева и величины подводимого электрического напряжения;

- средней плотности и прочности пенобетона от температуры и продолжительности ТВО.

Практическая ценность и реализация результатов работы Разработана технология изготовления мелких стеновых блоков из пенобетона с использованием метода самоуплотнения в ЭГТСП, включающая технологическую схему, рекомендуемые параметры применяемого оборудования, оптимальный состав компонентов, порядок и режим электрообработки самоуплотняющихся масс, режим ТВО, оценку качества.

Разработан состав пенобетона неавтоклавного твердения средней плотностью 500 кг/м3, прочностью при сжатии 2,0-2,5 МПа, морозостойкостью Р50, получаемый активацией пеномассы в ЭГТСП.

Техническая новизна полученных результатов подтверждена патентом на изобретение № 2517291 (РФ) с приоритетом от 18.12.2012.

Внедрение результатов исследования

Разработаны технические условия - «Пеноблоки безавтоклавные ТУ 5741-014-30414934-2014», «Технологический регламент на изготовление мелких стеновых блоков из пенобетона с использованием метода самоуплотнения в электрогидротеплосиловом поле», утвержденные ООО «ГеоТехНо-вации». В цехе ООО «ГеоТехНовации» (г. Томск) выпущена опытная партия (300 шт.) стеновых блоков средней плотностью 500 кг/м3 размером 600x300x200 мм.

Проведено опытное внедрение пеноблоков при кладке наружных несущих стен при строительстве частного жилого дома. Экономический эффект - 14,51 руб. на 1 блок.

Апробация работы

Основные результаты диссертации докладывались и обсуждались на международных, всероссийских, вузовских конференциях и семинарах: всероссийской (Международной) конференции по бетону и железобетону (Москва, РАН, 2014); всероссийских конференциях «Устойчивость, безопасность и энергоресурсосбережение в современных архитектурных, конструктивных, технологических решениях и инженерных системах зданий и сооружений» (Москва, МГСУ, 2011, 2012); научно-практических конференциях «Научно-техническое творчество молодежи — путь к обществу, основанному на знаниях» (Москва, ВВЦ, 2011, 2012, 2013); международной конференции «Оценка рисков и безопасность в строительстве. Новое качество и надежность строительных материалов и конструкций на основе высоких технологий» (Москва, МГСУ, 2012); международных научно-практических конференциях студентов, магистрантов, аспирантов и молодых ученых «Строи-

тельство-формирование среды жизнедеятельности» (Москва, МГСУ, 2012, 2013); конференции «Интеграция, партнерство и инновации в строительной науке и образовании» (Москва, МГСУ, 2012); 3rd International Conference on Energy, Environment and Sustainable Development (Китай, Шанхай, 2013).

Результаты работы представлялись и удостоены: диплома XII Всероссийской выставки научно-технического творчества молодежи НТТМ-2012; победы в конкурсе программы «Участник молодежного научно-инновационного конкурса» («УМНИК-2012»).

Публикации

По теме диссертации опубликовано 14 научных работ, в том числе 5 статей в журналах, рекомендуемых ВАК РФ и 1 статья с международным индексом цитирования WoS и Scopus.

На защиту выносятся

- теоретическое обоснование создания пенобетонов с повышенными эксплуатационными свойствами и сокращенным циклом производства методом комплексного воздействия на пеномассу ЭГТСП со снижением В/Ц на этапе формования;

- научное обоснование возникновения гидротеплосилового поля, избыточного давления и массопереноса в пеносистеме, находящейся в замкнутом перфорированном объеме под воздействием электрического тока промышленной частоты;

- механизм физико-химических явлений, протекающих при электропрогреве пеносистемы, и основные закономерности гидратации вяжущего в условиях теплосиловой обработки;

- экспериментальные исследования влияния основных рецептурно-технологических факторов на структуру, физико-механические, теплофи-зические и эксплуатационные свойства разработанного материала;

- оптимизация рецептуры и технологического режима изготовления модифицированных пенобетонов;

- энергосберегающая технология производства пеноблоков;

- результаты опытно-производственного апробирования исследований.

Структура и объем работы

Диссертационная работа изложена на 195 страницах текста, состоит из введения, 5 глав, основных выводов, библиографического списка из 191 наименования и 3 приложений, включает 65 рисунков и 38 таблиц.

Содержание работы

Натурные испытания и анализ научно-технических источников свидетельствует о специфических особенностях существующих технологий производства пенобетонов, не позволяющих расширять сферу применения этих изделий и сокращать продолжительность цикла их изготовления. Вызвано это необходимым для получения качественных пеномасс повышенным В/Ц отношением и присутствием ПАВ, которое, адсорбируясь на зернах цемента, создает барьер для их взаимодействия. Это оказывает отрицательное воздействие на схватывание, набор прочности пенобетонов и требует длительного (до 8 часов) выдерживания формовочных масс в форме. Одним из путей решения данной проблемы может являться принудительное отжатие физически связанной воды на этапе формования со сближением частиц цемента под воздействием прессующего воздействия расширяющихся пор-ячеек при электропрогреве.

Выдвинута концепция о потенциальной энергии, заложенной природой пеносистемы, способной удалять механически связанную воду на этапе формования масс. Согласно этой концепции сформулирована научная гипотеза электрогидротеплосилового воздействия на формуемую ячеистую массу в замкнутом перфорированном объеме, под влиянием которого из системы удаляется избыточная вода затворения до значений, близких к теоретически необходимым для гидратации вяжущего, с образованием более прочной структуры цементного камня и ускорением технологического цикла изготовления изделий.

В работе применялась трехстадийная технология получения пеномассы.

Для исследований использовались следующие сырьевые материалы: бездобавочный портландцемент ОАО «Холсим (Рус) СМ» (ЦЕМ I 42,5 Н) и портландцемент с минеральными добавками ЦЕМ II/A-LLL 42,5 Н ООО «Ту-лаЦемент», соответствующие ГОСТ 31108-2003; вода техническая по ГОСТ 23732-2011. Минеральный наполнитель не применялся, поскольку исследовался материал средней плотностью 500 кг/м3 и менее. В качестве пенообразователей использовались синтетический ПБ-Люкс и белковый FoaminC. По ряду параметров было установлено, что пеномасса с применением второго более устойчива к восприятию как внешних, так и внутренних воздействий и нагрузок в условиях ЭГТСП и является одним из самых востребованных в промышленности стройматериалов.

Исследования проводились в МГСУ на современном испытательном оборудовании. Определение удельной поверхности, минералогического и химического состава цементного порошка определяли на лазерном дифракционном анализаторе Analizette 22 compact, растровом микроскопе-микроанализаторе Quanta 200, рентгеновском дифрактометре ARL ХТга. На автоматической испытательной системе Controls измерялись прочностные показатели образцов. Для их изготовления использовались лабораторные смесители со скоростью вращения вала 70... 120 мин"1.

От традиционных способов получения пенобетона предлагаемый отличается воздействием на пеносистему электрогидротеплосиловым полем с фильтрацией и выносом влаги из толши материала за счет избыточного давления, создаваемого при расширении большого объема воздушных пор.

Суть способа заключается в следующем. В специально разработанную форму из диэлектрического материала с пластинчатыми электродами на двух противоположных гранях укладывается пеномасса. Форма закрывается крышкой и масса подвергается электропрогреву через пластинчатые электроды током промышленной частоты 50 Гц в течение 20-25 мин. При этом воздух в порах расширяется, создавая в форме внутреннее избыточное давление. В ходе объёмного прессования осуществляется комплексное воздей-

ствие на формуемую массу энергией гидротеплосилового поля. После электропрогрева сырец выдерживают в форме до 80 мин для релаксации внутренних напряжений и набора структурной прочности. Далее следует распа-лубливание, и уже равномерно прогретый по всему объему сырец отправляют на тепловую обработку, позволяя на 60...90% сократить время подъёма температуры до изотермической выдержки, исключить расход энергоресурсов на разогрев форм, а весь цикл обработки уменьшить в 2,5.. .3 раза.

Интенсивность формирования поля давлений зависит от изменения поля температур во времени и его движения по уплотняемому объему, определяющего характер расширения газовых пор, а также от величины и направления фильтрационных потоков влаги, определяющих релаксацию давления.

По мере дальнейшего самоуплотнения и снижения абсолютной влажности средний диаметр влагопроводящих капилляров снижается до 2,0-10"7 м, а давление капиллярного противодействия достигает значений, сравнимых с создаваемым избыточным давлением, и процесс массопереноса практически прекращается. Дальнейший активный прогрев массы связан с развитием в сырце диффузионных процессов, что отрицательно сказывается на свойствах минеральной матрицы.

Пеномасса представляет собой полидисперсную неравновесную трехфазную систему, проявляющую упругие, пластические и вязкие свойства. Определяющими характеристиками пеносмеси являются структурно-механические свойства пенной пленки и минерального компонента в межпо-ровых перегородках. Именно они определяют границы и закономерности деформирования межпоровых перегородок, их структуру после гидратации.

Разработана физическая модель роста воздушных пор и удаления влаги из пеносистемы. Рассмотрены термодинамические аспекты образования внутрипорового давления при внесении электрической и тепловой энергии в пеносистему. Это воздействие снижает поверхностное натяжение пленки раствора ПАВ и стойкость пены. Прогрев масс не должен быть форсированным. При превышении критической температуры в микрообъемах начинает-

ся массовый переход воды в пар с объединением ячеек в крупные полости, что ведет к депортация и оседанию (табл.1). В изучаемой пеномассе с проектной средней плотностью изделий 500 кг/мЗ и кратностью пен 10...20 она составляет 55°С.

Таблица 1 - Влияние электропрогрева пеномассы на изменение в ней температур и активизации воздушной составляющей

Параметры Ед. изм.

15 30 40 50 60 65

Отжатая влага (А IV) % 0 8 16 21 26 28

Приращение доли газообразной фазы (АКГ) % 0 7 11 24 -14 -52

Плотность (р) кг/м3 640 601 544 492 742 784

Примечание: знак «минус» показвает величину оседания (депоризации)

По мере уплотнения структуры отжатие воды постепенно прекращается, и создаются предпосылки для интенсивного роста кристаллических новообразований по всему объему. Это позволяет сделать вывод, что воздействие ЭГТСП на твердеющую минеральную матрицу направлено как на механическое удаление через жидкую фазу избыточной формовочной влаги, так и на модифицирование механизма гидратации вяжущего при близком к стехио-метрическому влагосодержанию. При этом рН удаленной воды близок к рН исходной воды затворения, что говорит об исключении удаления с ней первоначальных продуктов гидратации.

Указанные явления изучались аналитически и экспериментально на специально разработанной установке с применением ЭВМ и современной электронно-компонентной базы (рис. 1).

Установлено, что форсированный подъем и сброс температуры при электропрогреве пеносистемы ведет к деструкции центра образца и даже к катастрофическому разрушению. Наиболее оптимальная скорость подъема и снижения температур внутри пеносистемы - не более 5°С/мин.

Разработанный материал имеет преимущества по свойствам перед обычным. После самоуплотнения его прочность достигала 0,2 МПа, что позволяет проводить последующие технологические операции.

а)

б)

Рисунок 1 - Комплексная установка для изучения самоуплотнения пеноси-стемы в электрогидротеплосиловом поле (а) и её схема (б): 1-форма; 2-трансформатор; 3-амперметр; 4-вольтметр; 5-модуль регистрации и обработки вольт-амперных характеристик; 6-ЭВМ; 7- датчик давления; 8-температурные датчики; 9-модуль регистрации и обработки температурных

характеристик.

Общий цикл производства по разработанной технологии сокращается в 2...2,5 раза (с 24 до 10 часов) при росте прочности изделий на сжатие в

1,2____1,5 раз (с 1,27 до 2,47 МПа), формировании однородной равномерно

распределенной пористости, исключении дефектов (каверн и расслоений) (рис. 2). За счёт удаления из формовочных масс части воды затворения существенно уменьшились гелевая и капиллярная пористость, а ячеистая увеличилась в 1,5 раза. При этом общая пористость системы не изменяется, а происходит её перераспределение (табл. 2 и 3).

Рисунок 2 — Фото образцов, изготовленных по классической технологии (а) и в электрогидротеплосиловом поле (б).

Таблица 2 - Пористость пенобетона

Виды пор Пористость, % (при температуре обработки, °С)

22(контр.) 30 40 50 60

Гелевые 4,2 4,1 3,2 2,6 1,9

Капиллярные 11,1 10,6 8,7 6,9 6,4

Ячеистые 69,5 70,1 72,9 75,3 76,2

Таблица 3 - Частотное распределение пор пенобетона

Размер пор, мм Процентное содержание пор указанного размера при максимальной температуре прогрева, °С

22(контр.) 30 40 50 60

0,2 8 0 0 0 0

0.3 21 2 1,5 0 0

0.4 24 26 11 8 9

0.5 19 29 26 21 18

0.6 10 17 23 18 19

0,7 7 11 17 16 18

0.8 4,5 7 8 16 22

0,9 3 3 5 9 4,5

1.0 1,5 2 4 6 6

1,1 1 1 2 1,5 2

1,2 0,5 1 1 4 1

>1,5 0,5 1 1.5 0,5 0,5

0,48 0.58 0,64 0.70 0.69

Дисперсия 0,05 0,04 0,04 0,04 0,04

Ср. кв. откл. 0,21 0,20 0,21 0,21 0.19

Коэф. вариации. % 44,10 34,10 32.43 29,90 27.87

Рентгенофазовые и микроструктурные исследования контрольного и электрообработанного пенобетона аналогичных составов показали (рис. 3 и 4), что дифракционные отражения 8Ю2 и Са(ОН)2 для опытного образца интенсивнее по сравнению с контрольным из-за более полного химического взаимодействия вяжущего с водой. Соотношения кристаллической и аморфной фаз гидратированного пенобетона обеих технологий показывает повышение в опытных образцах степени кристаллизации от 0,4 до 2,2 % и увеличение степени гидратации на 25...27%. Более активные процессы гидратации вяжущего, проникающие в глубокие слои зерен цемента, способствуют снижению содержания портландита до 0,2.. .0,3% вместо 4,7% у контрольных. У опытного образцы наблюдается хорошо сформированный контакт между частицами цемента в межпоровых перегородках и их сплошная структура.

Рисунок 3 - Рентгенограмма контрольного образца ячеистого бетона (а), и прошедшего электропрогрев с самоуплотнением (б) при твердении в н.у. в

возрасте 28 суток.

Рисунок 4 —

а б

Микроструктура межпоровой перегородки пенобетона: а -контрольного; б - самоуплотненного.

ей

с

л н и о ж

У

о л С

3,00 2,50 2,00 1,50 1,00 0,50 0

I

\

\ 2

/

/

/

1

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28

Возраст, сутки

Рисунок 5 - Кинетика набора прочности пенобетона, полученного в условиях ЭГТСП (1) и в естественных условиях без самоуплотнения (2).

В контрольных же образцах связь цементных частиц матрицы слабее, имеются местные разрывы. Поры имеют сферическую форму. Поверхность скола по межпоровой перегородке самоуплотненного пенобетона имеет более плотную структуру (рис. 4, б). Через 28 дней гидратации прирост прочности опытного пенобетона составлял 25%, а по классической технологии -87% (рис. 5). Очевидно, что в интенсификацию твердения вяжущего весомый вклад вносит значительное снижение на этапе формования В/Ц с 0,7...0,8 до 0,45...0,55. Это ведет к рациональному использованию цемента и позволяет получить материал с высокими физико-механическими показателями.

Выжимание воды затворения в ходе самоуплотнения снижает усадочные явления (табл. 4, рис. 6). Определена воздушная усадка контрольного и образца опытного пенобетона. Предлагаемый материал имеет усадку на 10... 15 % меньше контрольного.

№ Наименование Усадка, мм/м. через количество суток:

1 | 3 | 6 | 13 | 28 ] 60 1 120

Для обычного пенобетона

1 Линейная усадка 1,25 2,12 3,72 4,57 5,08 5,14 5,19

2 Объемная усадка 0,55 0,73 1,12 1.48 1,97 2.04 2,09

Для опытного пенобетона

3 Линейная усадка 1,12 1,97 3,04 3.43 4,18 4,62 4,69

4 Объемная усадка 0,48 0,69 0,78 1,14 1,21 1,25 1,30

__- контрольный -- экспериментальный

Рисунок 6 - Линейная (а) и объемная (б) усадки образца средней плотностью 500 кг/м3, обработанного в ЭГТСП (экспериментальная кривая) и изготовленного по классической технологии (контрольная кривая).

Морозостойкость модифицированного ячеистого бетона не уступает контрольным образцам и составляет 50 циклов.

Для комплексного рассмотрения диапазона параметров теплосиловой обработки применялось математическое планирование эксперимента. Матрица составлена для двухфакторного эксперимента в трёх уровнях (приготовление пеномассы, теплосиловая обработка, тепловлажностная обработка). Правильность составления матрицы и обработки результатов проверены с помощью критериев Фишера и Стьюдента. В качестве факторов теплосиловой обработки выбраны: Хи - электрическое напряжение в момент электропрогрева: 50, 80, 110 В; Х)5 - продолжительность электропрогрева: 20; 25; 30 мин. В эксперименте соблюдались следующие условия: расплыв исходной смеси 33 см; кратность пены 13; расстояние между электродами 0,01 м; тепловая обработка при максимальной температуре 80 °С с влажностью среды 86%. После обработки результатов получены уравнения регрессии с ошибкой при аппроксимации от 2 до 4 %:

у5 = Х25 (\У) = 0,15+30Х,+50Х3-12Х4-20 Х13 Х15+45 Х13Х24 -150,75Х222 У6 = Х26 (рср) = 540+40Х|+30Х2+30Х8+21Х,Х13+15Х162 у7 = х27 (Ысж)=2,2+1,9Х,+0,5Х!+1 ,ЗХ15+0,41 Х24+0,95Х152-0,75Х222-0,66Х23 уд = Х28 (X) = 0,11+0,00038 Х26

Получены модели изменения свойств самоуплотненного пенобетона. Анализ уравнений регрессии позволил установить следующие закономерности. В значительной мере свойства пенобетона зависят от интенсивности и продолжительности теплосиловой обработки. С их увеличением понижается В/Ц и растет прочность изделий при сжатии. Совместное рассмотрение уравнений регрессии по средней плотности и прочности изделия позволило установить, что оптимальное электрическое напряжение электрообработки пено-массы для получения изделий средней плотностью 500 кг/м3 составляет 80 В. При этом внутри массы развивается температура 55...57 °С и давление до 0,2 МПа. Оптимизация же продолжительности теплосиловой обработки зависит от требуемой средней плотности отформованного пенобетона.

Установлено, что для получения материала с максимальной прочностью, тепловлажностную обработку пенобетона необходимо вести при температуре 80 °С в течение 4,5... 5 ч.

Разработана технологическая схема изготовления мелкоштучных изделий в коллективной форме. Расчет параметров технологического оборудования показал, что для подготовки производства возможна модернизация существующих предприятий с минимальными капиталовложениями.

Таблица 5 - Основные свойства разработанного пенобетона

№ п/п Наименование Показатели

Опытные Контрольные

1 Средняя плотность, кг/мл 490...510 495...560

2 Средняя прочность при сжатии, МПа 2,47 1,27

3 Влажность после 28 суток хранения при н.у., % 6 12

4 Равновесная влажность, % 4...5 4...5

5 Предельная растяжимость, мм/м 5,5 6,1

6 Теплопроводность в сухом состоянии, Вт/(м-°С) 0,115 0,118

7 Теплопроводность при влажности 4...5%, Вт/(м°С) 0,132 0,139

8 Водопоглощение по массе, % 81 89

9 Водопоглощение по объему, % 42 49

10 Сорбционная влажность по массе (объему), % (при относительной влажности воздуха 90%) 9,12 (1,78) 11,65 (2,32) ■

С учетом области применения разрабатываемого материала предложены частные критерии, характеризующие технологические свойства. По разработанной методике проведен расчет параметров ЭГТС обработки пеномас-сы для изделий с проектной маркой по плотности Б500. Основные свойства полученного пенобетона приведены в табл. 5.

Анализ технико-экономической эффективности предлагаемого пенобетона показывает несомненные преимущества. Так, за счет увеличения в 4,3 раза оборачиваемости форм и значительного сокращения их парка, удельные капитальные вложения и норма амортизации сокращаются в 2,4 раза, потребность в паре снижается не менее чем в 3 раза. Уменьшение себестоимости одного пеноблока по новой технологии по сравнению с классической составило 14,51 руб в ценах 2013 года.

Опытно-производственная апробация технологии пенобетона подтверждает возможность её адаптации в условиях действующего производства.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. Обоснована возможность получения эффективного пенобетона обработкой пеномасс ЭГТСП в замкнутом перфорированном объеме, обеспечивающей снижение В/Ц отношения, упрочнение межпоровых перегородок, повышение однородности, прочности изделий и интенсификацию производства за счет расширения газовой фазы пеносистемы на этапе формования.

2. Разработана технология изготовления мелких стеновых блоков из пенобетона с использованием метода самоуплотнения в ЭГТСП, включающая технологическую схему, рекомендуемые параметры применяемого оборудования, оптимальный состав компонентов, порядок и режим электрообработки самоуплотняющихся масс, режим ТВ О, оценку качества.

3. Разработан состав пенобетона неавтоклавного твердения средней плотностью 500 кг/м3, прочностью при сжатии 2,0-2,5 МПа, морозостойкостью Р50, получаемый активацией пеномассы в ЭГТСП. Общий цикл изготовления изделий по разработанной технологии сокращается в 2...2,5 раза (с 24 до 10 часов) при росте прочности на сжатие в 1,2... 1,5 раза.

4. Установлены зависимости средней плотности пеномассы, расхода воды за-творения от расхода вяжущего, расхода пенообразователя.

5. Установлены зависимости средней плотности и прочности сырца после обработки в ЭГТСП от продолжительности электропрогрева, величины подводимого электрического напряжения.

6. Установлены зависимости средней плотности и прочности пенобетона от температуры и продолжительности ТВО.

7. Под воздействием ЭГТСП на пеносистему, находящуюся в замкнутом перфорированном объеме, в ней развивается давление до 0,2 МПа, вызывающее массоперенос с удалением через перфорацию формовочной влаги с уплотнением на этот же объем межпоровых перегородок.

8. Установлены краевые условия самоуплотнения пеномассы с проектной средней плотностью изделий 500 кг/м3: критическая температура электропрогрева, обеспечивающая формирование напряженного состояния без нарушения структуры, составляет 55°С, а скорость подъема и снижения температуры внутри пеносистемы должна быть не более 5°С/мин.

9. Установлено, что после самоуплотнения прочность сырца достигала 0,2 МПа, позволяя проводить последующие технологические операции. При средней плотности пенобетона 500 кг/м3 прочность при сжатии в возрасте 28 суток более 2,47 МПа, что значительно превышает требования ГОСТ.

10. Получены математические модели свойств самоуплотненного пенобетона в виде уравнений регрессии. Установлено, что свойства изделий зависят от величины подводимого напряжения. Для таких пеносистем (кратность пены 13...15, средняя плотность 500 кг/м3) рекомендуется 80 В.

11. Применение разработанного способа позволяет уменьшить воздушную усадку пенобетона на 10... 15 %, водопоглощение на 5... 10 %, капиллярную и гелевую пористость на 5...10 %. Каверны и расслоение в изделиях исключаются. Преобладающий размер пор лежит в пределах 0,6... 1,1 мм.

12. Прирост прочности обработанных изделий за 28 дней составляет 25%, а контрольных-87%, что говорит о более рациональном использовании цемен-

та и возможности интенсификации производства.

13. Методами РФА, МСА и ХА установлено: увеличение степени кристаллизации цементной матрицы с 0,4 до 2,2 %; степени гидратации - на 25...27 %; рост содержания низкоосновных гидросиликатов кальция на 15...30%, снижение содержания Са(ОН)2 с 4,7 до 0,3...0,5 %.

14. Разработаны технические условия — «Пеноблоки безавтоклавные ТУ 5741-014-30414934-2014», «Технологический регламент на изготовление мелких стеновых блоков из пенобетона с использованием метода самоуплотнения в электрогидротеплосиловом поле», утвержденные ООО «ГеоТехНо-вации». Ожидаемый экономический эффект составляет 14,51 руб/шт. при сравнении с пеноблоками, полученными по известным технологиям.

Основные результаты отражены в 14 опубликованных работах, в том числе:

- в рекомендованных ВАК изданиях:

1. Жабин Д.В. Инновационный способ создания неавтоклавного пенобетона / Жабин Д.В., Соков В.Н. // Научно-технический вестник Поволжья. — 2014. -№ 4. С. 96-99.

2. Жабин Д.В. О возможностях создания эффективных теплоизоляционных материалов методом комплексного воздействия на активные подвижные массы гидротеплосиловым полем / Соков В.Н., Бегляров А.Э., Жабин Д.В., Зем-лянушнов Д.Ю. // Промышленное и гражданское строительство. - 2012. - №9. С. 17- 19.

3. Жабин Д.В. Теоретические основы получения ячеистых бетонов из пено-масс, активируемых гидротеплосиловым полем / Соков В.Н., Жабин Д.В., Бегляров А.Э., Землянушнов Д.Ю. // Промышленное и гражданское строительство. -2012. - №12. С. 18 - 19.

4. Жабин Д.В. К вопросу о создании пенобетона в гидротеплосиловом поле/ Соков В.Н., Жабин Д.В., Землянушнов Д.Ю., Бегляров А.Э. // Промышленное и гражданское строительство. -2013. - №3. С. 12 -14.

5. Жабин Д.В. Теоретические положения о потенциальной возможности интенсификации пенотехнолопш методом гидротеплосилового поля / Соков В.Н., Жабин Д.В.,Землянушнов Д.Ю., Колесникова В.Ф.// Вестник ВолгГА-СУ. -2013. - Вып.34(53). С. 75-81. - в патенте РФ:

Патент № 2517291 (РФ). Способ получения неавтоклавных пенобетонов/ Соков В.Н., Жабин Д.В., Землянушнов Д.Ю., Бегляров А.Э. 97111151. Заявл. 18.12.2012. Опубл. 27.05.2014, Бюл. № 2.

-статьи в иностранных журналах, индексируемых WoS и Scopus: Dmitryi V. Zhabin et al., Foam Concrete through Electric Technology / Trans Tech Publications. - Zurich-Durnten, Switzerland: Advanced Materials Research — 2013. - Vols. 860-863.-pp. 1189-1192.

-статьи в других изданиях и сборниках:

1. Жабин Д.В. Свойства пенобетона в наших руках / Жабин Д.В., Соков В.Н. // Технологии интеллектуального строительства. — М: 2014. - Вып.1. С. 58-62.

2. Жабин Д.В. Создание эффективного пенобетона в гидротеплосиловом поле / Жабин Д.В., Землянушнов Д.Ю., Соков В.Н. // Сб. научных трудов ИСА МГСУ (Вып.4): научные труды Международной молодежной конф. «Оценка рисков и безопасность в строительстве». — М.: МГСУ, 2012 г. с.31-33;

3. Жабин Д.В. Использование потенциальной энергии пеносистемы при получении пенобетона по скоростной технологии / Жабин Д.В., Соков В.Н. // Бетон и железобетон: взгляд в будущее: научные труды III Всероссийской (междунар.) конф. по бетону и железобетону в 7 т. Т.5. Новые эффективные бетоны и технологии. Легкие и ячеистые бетоны. РАН, РИА — Москва: МГСУ, 2014. — с.261-271.

4. Жабин Д.В. Совершенствование пенобетона путем модификации пеномас-сы гидротеплосиловым полем / Жабин Д.В., Землянушнов Д.Ю. // Интеграция, партнерство и инновации в строительной науке и образовании: сб. тезисов Международной научной конференции. — М.: МГСУ, 2013 г. с.300-302.

Формат 60x84 1/16. 1,0 п.л. Тираж 100 экз. Заказ № 399к.

Отпечатано в Типографии Издательства МИСИ-МГСУ. Тел. (499) 183-67-92, (499) 183-91-44, (499) 183-91-90. 129337, Ярославское шоссе, д. 26, корпус 8.