автореферат диссертации по строительству, 05.23.05, диссертация на тему:Эффективный пенобетон на основе эффузивных пород

Восточно-Сибирский государственный технологический

университет

На правах, рукописи УДК 666.39

Дашицыренов Дашидалай Дамбаевкч

Pío ОД

i J гЕл Г-] Эффективный пенобетон на основе эффузивных пород

Специальность: 05.23.05. - Строительные материалы и изделия

АВТОРЕФЕРАТ

Диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Улан-Удэ 2000

Работа выполнена в лаборатории строительных материалов Воаточно-Си£ Государственного технологического университета (г. Улан-Удз).

Научный руководитель -

доктор технических наук, профессор

А.Д.Цыремш

Официальные оппоненты - доктор технических наук, профессор В.Н.Соков

кандидат технических наук, доцент

Н.И.Быков

Ведущая организация -

АО «Жилграждангтрой» (г. Улан-Удэ]

Защита состоится 26 июня 2000 года в 10 часов на заседании дассергац Совета Д 064.68.01 Восточно-Сибирского государственного технологического унив< по адресу: 670013, г. Улан-Удэ, ул. Ключевская, 40-а.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотека университета. Автореферат разослан «25» мая 2000 т.

Ученый секретарь диссертационного Совета, доктор технических

наук, профессор В.В.Найханоз

Н 33*/ 90

Н6Я6 .<23¥ ,0

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность, Интенсивное развитие промышленности строительных игериалов в условиях роста цен на сырьевые материалы и энергоносители возможно без более полного использования потенциальных возможностей 1следних. Поэтому проблема создания эффективных материалов, к числу торых несомненно следует отнести пекобетоны, очень острая, особенно в [стоящих экономических условиях. Использование пенобетонов в временном строительстве позволяет решать многие вопросы: интенсивность роительства, теплосбережение эксплу аткруемых зданий, экономия сериальных и трудовых ресурсов, экология строительства и другие, вработалы и реализуются успешно многие новые технологии пенобетонов: ухая минерализация пен", "баротехнология" и другие, однако, остаются просы по дальнейшему совершенствованию пенобетонных технологий к [слу которых можно отнести: бесцементные вяжущие, утилизация отходов, шерализация выстократных пен и т.д. Поэтому разработки в области вершенствовгния технологан пенобетонов, повышения их надежности, чества готовой продукции, безусловно, актуальны, ябо при успешном тении указанных вопросов, проблем должны существенно расширить их фьевую базу, а таюкз снизить энергоемкость производств.

Настоящая работа проведена в составе комплексной программы 'тройпрогресс-2000", Республиканской научно-технической программы урятия. Наука и техника", и Единого заказ-наряда НИР Министерства разования Российской Федерации.

Цель диссертационной работы. Разработка составов и технологий (фекшвных пенобетонов на основе эффузивных пород.

Научная новизна работы:

- Разработаны новые теоретические положения технологии и составов фективных пенобетонов на основе бесцементных вяжущих из эффузивных

род;

- Установлен новый подход к формированию пенобетонной массы, ключающийсж в предварительном гидротехническом активировании смеси, стоящей из заполнителя, части вяжущего, воды затворения и перпластификатора, что обеспечивает существенную эффективность гаологии;

- Разработан метод "полусухой (мягкой)" минерализации пен, зволяющий существенно снизить вероятность гашения пен, повысить гество и однородность пенобетона;

- Установлены зависимости свойств пенобетонной массы от параметров

исходных компонентов, их соотношения при активации, а такж технологических характеристик;

- Разработаны составы и исследованы свойства эффективны: пенобетояов на основе бесцементных вяжущих из эффузивных пород.

Практическая значимость работы.

- Предложена технология пенобетона, основанная на предварительно: гидромеханическом активировании части бетонной смеси (А. св. №: 1636406; а также бесцементного вяжущего (А. св. № 618355), позволяющая снизить д 30% энергозатрат на пропаривание изделий или на 25-30% сократить срок их твердения в естественных услозиях;

- Получены пенобетоны на основе эффузивных пород со средне плотностью от 500 кг/мЗ при прочности на сжатие от 3.5 Мпа;

- Разработана технология утилизация при производстве пенобетоно эффузивных пород и отходов промышленности.

Реализация результатов исследований.

Разработанная технология эффективных пенобетонов на основ эффузивных пород прошла апробацию в условиях производственной базз Ассоциации "Дарханинвестстрой", а также при строительств многопрофильной больницы в г. Улан-Удэ. Разработан технологически регламент

Апробация работы.

Основные положения диссертационной работы докладывались на XX Международной конференции по бетону и железобетону (г. Иркутск, 1990 г. Всесоюзной научной конференции по строительному материаловедению ( Белгород, 1991 г.), VI, VII Российско-Польских международных конференция "Теоретические основы строительства" (г, Улан-Удэ, ВСГТУ, 1997 г.), ( Краков, КПУ, 1998 г.). Межрегиональной научно-практической конференцв "Строительный комплекс Востока России" (г. Улан-Удэ, 1999 г.), научнь: сессиях Бурятского научного центра СО РАН (г. Улан-Удэ, 1991, 1992, 19? гг.) и ежегодных научных конференциях Восточно-Сибирско1 Государственного технологического университета (1994-2000 гг.).

Публикации. По материалал! диссертации опубликовано 7 работ, б то числе 2 авторских свидетельства на изобретение.

Объем и структура диссертации.

Диссертация состоит из введения, 5 глав, выводов, списка лигературнь источников, включающий_наименований.

На защиту выносится:

- теоретическое обоснование и экспериментальное подтвержден] технологии и составов эффективных пенобетонов на основе бесцеменгнь

вяжуших их эф4*уз1гоных пород;

- подход к формированию пенобетонной массы, включающей адваритгльное гидромеханическое активирование смеси, состоящий из юлнителя, части зяжущего, воды и суперпластификатора;

- метод "полусухой" (мягкой) минерализации пен, позволяющий цественно снизить вероятность гашения пей, повысить качество и породность пенобетона;

- зависимости свойств пенобетонной массы от параметров исходных мпонентов, их соотношения при активации и технологических знктеристих;

- составы и результаты исследования свойств эффективных пенобетоиов основе бесцементных вяжущих из эффузивных пород;

- технико-экономическое обоснование эффективности разработанной жологии пенобетоиов на основе эффузивных пород.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Как известно, пенобетоны относятся к разновидностям ячеистых гонов, включающих помимо этого газобетоны. Данные виды бетонов зличаются кроме того по виду технологии. Ячеистые бетоны готавливаются автоклавным и безавтохлавным способами. Анализ еимуществ и недостатков того или иного ячеистого бгтона, а также жологий показывает сложную картину, где недостатки по одним аспектам., даих перекрываются преимуществами по другим и наоборот. Так, например, мечается, что безавтоклавные ячеистые бетоны склонны к большей формативное™ - усадке, ползучести, а также, что для них характерен лыпой расход вяжущих при равной с автоклавными прочности.

Безусловно, это верно, что и подтверждается практическими блюдениями и объясняется незавершенностью структурно-фазовых евращений в цементном камне, большей гелевидностью новообразований 1езавтоктавных бетонов. Необходимость в значительном расходе вяжущего емента) в этом случае вызвана прочностными требованиями на ределенаый эксатуатационный этап бетона. В свою очередь, автоклавные гистые бетоны имеют характерные для них значительные энергозатраты, язанныг с тепловой активацией процессов гидратации медленно шмодействуюших в естественных условиях вяжущих систем типа: "известь-ццолан". Сопоставительный анализ технологий пенобетоиов и газобетонов казывает, что изготовление первых более мобильно и практично, либо вторые ебуют, как правило, стационарных условий.

В целом анализ указывает, на наш взгляд, на предпочтительное! безавтоклавных пенобетонов с точки зрения технологичности, но необходимостью решения проблемы их деформативности, эко.тогичности, также устойчивых высоких прочностных показателей. А это, в свою очеред выдвигает проблему снижения расхода цемента, при одновременно: повышении скорости твердения и достижения равномерной пористо структуры бетона. Это, отмечает П.И.Боженов, рассматривая перспектив: развития ячеистых бетонов. Так, он указывает на недостатки автоктавнох пенобетона, связанные с высокой стоимостью, а также недостаточно технической обоснованностью применения в больших объема портландцемента и необходимость сокращения режимов гидротерм&тьно обработки.

На это также указывают исследования ПА.Ребивдера, Г.П.Сахаров; С.А.Линдеберга, в которых кроме вышеотмеченных показана зависимое! параметров усадки от вида применяемого цемента и его тонкости помол; Все авторы склонны к тому, чтобы отметить как решение проблемы усада пенобетонов - использование авгоклавирзвания. Вместе с тем в труда А.П.Меркина по направлению пенобетонов открыт и исследован новый пу] их модификации - технология "сухой" минерализации пенобетонов. Э] позволяет решить ряд важных технологических задач по сокращению режиме ТВО, продолжительности изготовления пеношссы и расхода пенообразовани В трудах И.Б.Удачгашн решена проблема устойчиво сти пеномассы, повышею качества готового пенобетона найдено путем использования разработаннс беротехнологии. В данном случае получаемая пеномасса из традициокнь: компонентов и новой пенодобавки в виде "пеностром-м" смешивается пр избыточном давлении в комплексном баросмесителе. Этим достигаете равномерная ячеистая структура бетона, приводящая к устойчивости высоком}' качеству- бетона. Однако, нерешенной остается проблема расход цемента. В трудах, посвященных сокращению технологического цик; изготовления пенобетона, предлагается использовать быстрссхватываюшеес вяжущее в виде гипса. Получаемые пеногипсовые изделия действителы изготавливаются при минимальных энергозатратах, исключая дай пропариЕание. Вместе с тем остается нерешенной проблема качества издели а именно их водостойкости. Это, несомненно, ограничивает облает использования данной продукции из пеногипса. Данный вид материала мож( быть с успехом использован для внутренней отделки в сухих помещениях без значительной механической нагрузки. Известен новый перспективнь способ производства пенобетонов на основе стекловяжупщх, представляюпо бесцементный материал и состоящий из молотого стеклобоя, заполнителя пеноагента. Механизм твердения гвтоклавный, в результате чего образуют!

полижремниевые соединения и щелочные гидроалюмосиликаты, скрепляющие заполнитель. Технологая приготовления пенобетона принята по '"сухому" способу минерализации пены. В данной технологической юнцегщии удачно соединены известные позиции по силикатным, шлакошслочным материалам, а также новым методам образования ггеномасс. Этим решается проблема утилизации промышленных отходов, замены дорогостоящего портландцемента Однако, как необходимость остается автокдавирование.

Анализ обширного материала по проблеме создания эффективных пенобетонов позволил выдвинуть гипотезу о возможности применения раздельной гидромеханической активации вяжущих в процессе изготовления пенобетона. В данном случае будет обеспечено преимущество и "сухой" минерализации пен и гидромеханической активации вяжущих. При этом в данном подходе называемом условно "полусухой" (мягкой) минерализации пены не требуется значительных энергозатрат. На стадия смешивания пены и вяжущего, наполнителя, так как смесь частью своей поступает "мягко" в шликерном виде. А введение в технологический цикл гидромеханической активации в присутствии пластификаторов обеспечит минерализацию пены до оптимального в/ц - отношения, которое создаст условия, в свою очередь, для ускоренного набора прочности бетона, при чем максимально возможного.

В проведенных исследованиях, для проверки поставленной гипотезы и разработки искомого материала была использованы: портландцемент по ГОСТ 10178-85 (М 400, Тимлюйский цементный завод, Республика Бурятия), перлитовые породы (месторождение "Мухор-Тала, Республика Бурятия), вулканические шлаки (месторождение "Хурай-Цз кир", Республшса Бурятия), суперпластификатор С-3, пенообразователь "Пеностром" (ТУ 0258-00122299560-97), песок для строительных работ (ГОСТ 8736-85).

Портландцемент. Химический состав использованною в исследованиях портландцемента (по клинкеру) приведен в таблице 1.

Таблица 1.

Химический состав клинкера ПТЦ М400

Б; О2 А12Оэ Ре205 СаО М§0 5 03 П.П.П.

19.95 6.48 4.38 65.57 3.75 0.22 0.14

Как видно, химический состав использованного портландцемента по клинкеру классический. Микералогическкй состав клинкера соответствует

нормальному (табл. 2).

Таблица 2

Минералогический состав Ш1Д-клинкера

C3S C2S С3А C4AF

52 т 52.5 21.0 + 21.7 5 г 5.1 21-22

Использованный портландцемент помимо клинкера имеет в свое.» составе добавву двуводного гипса в количестве 1.8 - 2% в пересчете на S03 Тонкость помола цемента составляет по удельной поверхности 260.0 - 265.1 м2/кг. Остаток на сше № 008 - 9 -г 9.5% по массе. Нормальная пустот; цементного теста - 23.5 f- 24.2%. Сроки сматывания: начало - 35 мин. конец - 2 часа. Прочность при сжатии образцоз балочек по ГОСТ на 3 сух ■ 12.5 МПа; 7 сух -28.5 МПа; 28 сух -41 МПа.

Исследования физико-механических свойств вяжущих и пенобетоно: проводили согласно ГОСТ 310.4-81 "Методы определения прочности npi изгибе и сжатии" иГОСТ 12852.0-6-82 "Бетон ячеистьгй. Методы испытаний" Определение предела прочности при изгибе производили на образцах балочхах размером 40+40+160 мм на приборе МИИ-100, а при сжатии - к образцах кубах с размером ребра 100 мм и 150 мм на прессе ПМ-125 с цено: деления 0.01 МПа.

Определение упруто-пластических свойств пенобетона проводилос согласно ГОСТ 1018*0-88.

Деформации образцов призм (10+10+40) на кратковременно статическое действие нагрузки, оценивалась с помощью наклеенных на призм тензодатчиков с базой 50 мм и цифрового тензометричеенэго моста, а такж индикаторов часового типа, расположенных по 4 граням призмы.

Величина начального модуля упругости определялась при нафяжешп равном 0.3Rtip. Одновременно с определением модуля упругости производил определения поперечных деформаций и коэффициент Пуассона (т) ка отношения поперечных деформаций к продольным по формуле: ц = s поп /е nopd.

Структурная прочность массивов пенобетона (в первые сроки твердетп определялась при помоши кодифицированного коничесшго пластом стра.

Свойства пенобетонов заводского изготовления определялись в образцах, выпиленных из изделий с учетом требований ГОСТ 12852.0-77.

Изучение поровой структуры ячеистого бетона производилос оптическим методом на шлифах образцов, а кзмере:чие эффективных размере пор - ртутной параметрией.

Исследования физико-химических процессов, происходящих в пенобетонах были прозедены методами: дифференциально-термического, рентгенофазового, электронно-микроскопического анализов и ЙК-спекгро сколии.

Как известно, создание ячеистой структуры бетонов достаточной прочности возможно путем сочетания оптимального соотношения твердой и газовой фаз. При этом твердая фаза должна быть плотной, составлгнной из мелко-кристаллических новообразований. Собственно твердая фаза представляет собой прослойки-перегородки между газовыми, воздушными пузырьками-ячейками. С целью уменьшения средней плотности пенобетонов толщина указанных прослоек должна быть, минимальной, что обусловлено и связано с иге прочностью. В свою очередь условием высоюй прочности твердой фазы пенобетонов является качество предварительной подготовки вяжущего, его активность и в/т - отношение. Существенно влияет также на свойства пенсбетонов их макропористость, характеризуемая содержанием и распределением пор по их размерам.

Естественно, максимальная прочность и лучшие тепло физические свойства пенобетонов или ячеистых бетонов вообще, становятся более достижамыми при уменьшении диаметра пор. В этом случае толщина перегородок довольно значительна относительно диаметра пор и они становится сопоставимыми.

В этом смысле наиболее прогрессивным методом получения пенобетонов в настоящее время принято считать технологию "сухой" минерализации пены.

Однако, анализ данной технологии показывает, что существует определенный эффект гашения пены, при вводе минеральной, порошковой части в массу пены. Это происходит, очевидно, из-за определенной водотребности порошковой части будущего пенобетона. Поэтому рекомендуется чтобы на начальном этапе смешивания пены и минерализатора, последняя должна быть более гидрофобна. Это весьма затруднительно при вводе сухих порошков, а именно вяжущих, вследствие их немедленной гидтратации.

На наш взгляд, изготовление качественной пеномассы и пенобетона впоследствии, целесообразно комбинированным способом мягкой "полусухой" минерализации, когда минерализация происходит путем последовательной подачи сухой части минерализатора (вяжущиее, наполнитель) и гидроактивированной части минерализатора. В этом случае сохраняются преимущества "сухой" минерализации пен, т.к. исходная минеральная часть заполняет все перегородки ячеек, а затем для повышения прочности и

ускоренного его твердения может вводиться гидроакгивированная часть минерализатора (вяжущего, наполнителя). При этом не происходит существенно утолщение стенок, т.к. конечное в/т - отношение с добавлением гидромассы принято постоянным и равным как в "сухой" минерализации.

Таким образом, в стенки ячеек поступает по данному способ) гидроактивированная минеральная часть, которая начинает интенсивнс твердеть, т.к. уже частично она гидроактивированна на стадии активации Это призодит к общему ускорению твердения пенобетона и эконом ш энергозатрат не. последующей стадии тепловлажностной обработки.

Для синтеза ячеистых бетонов, удовлетяворяющих требованиям ГОСТ 25485-82 "Бетоны ячеистые. Технические условия", необходимо имел вяжущие активностью более 30 МПа. В исследованиях по созданию требуемы) по качеству пенобэтояов использованы вяжущие на бесцементной основе < включением эффузивных пород: пердитов, закристаллизованных перлитов I др.

Исследования активности эффузивных пород, кинетики и: взаимодействия: с гидроокисями катьция и натрия при нормальной температур« и з условиях тепловой обработки, а также вещественного состав; новообразований являются определяющим при разработке основны: положений технологии с использованием данных пород.

Решающее влияние на активность оказывает растворямост] компонентов породы, определяющаяся ее структурой, химическим составом дисперностью и температурой автоклавной обработки. Кроме того гидравлическую активность эффузивных пород обуславливает вода в вид группы ОН" , входящая в кристаллиты. Предполагается, что группы находящиеся в струтстуре кристаллитов, расшатывают их, делают боле податливыми к воздействию щелочек и кислот.

В соответствии с этими представлениями, при смешени: тонкоизмглыенной эффузивной породы с гидратом окиси кальция при сбы-шо температуре водород должен замещаться ионами кальция с образование: гидросиликатов типа СБН (В) подобно тому, как это происходит пр взаимодгйствии окиси кальция с водным кремнеземом в трепелах диатомитах. Очевидно, этот катионный обмен возможен и прз действии н породу гидроокиси натрия.

Активность перлитовых пород по отношению к гидроокиси кальци определена методами, хграктериз^тощими количество поглощенной извест из раствора при обычных условиях, а также определением прочност пропаренных и автоклавярсванных образцов-цилицдров.

Кроме этого, активность пород исследована методом ДТА по стелен связывания породами гидроокиси кальция в новообразозания.

Образцы для определения предела прочности при сжатии готовили: утем прессования при удельном давления 20 МПа при В/Т ~ 0.25, размером . = Ь = 16 мм. Их подвергали обработке в условиях ироларивгния, а та:кж дя сравнения при :зто;оавиров&ния Режим первого: 1.5 + 8 + 1.5 ч, второго + 8 + 2 ч при 10 атм (I МПа).

Таблица 3.

Гидравлическая активность перлитовых пород

Порода Содержание стеклофазы, % по мг ссе Поглощение СаО, мг/г, за

3 сут 15 сут 30 сут

1 9:5 3(5 65 110

2 75 32 58 96

3 5:5 15 48 82

4 25 11 39 65

5 5 5 27 46

Предел прочности при сжатии образцов из перлитовых пород (табл. ), также, как и псглсшаюидя способность по окиси кальция находится в рямой зависимости от степени остеклованности пород. В то же время из езультатов следует, что достаточно прочные образцы н,а основе ысоноостекяовенных перлитовых пород 1,2 получаются не только в условиях втоклавяронания, но и пропаривания, а из менее остеклованных пород 4,5 -олько при автоклавной обработке.

Таблица 4

Активность перлитовых пород

Города Предел прочности при сжатии (МПа) при содержании активной СаО, % го массе

10 15 20 25 30

32 25 48 ' 55 38 45 43 40 40 36

30 22,5 45 51 32,6 | 41 1 i 42 31,5 38 28

Продолжение таблицы 4

31 43 48 42 35

13 25 39 19 15,6

4 25.5 41 45 40 33

10 16,5 21 14,5 10

5 25 39 44,5 39 30

7 12,5 15 12 9

Примечание. Над чертой ~ результаты после автокдавзрования.

Под чертой - результаты после пропаривают.

Из термографии следует (рис. 1), что дегидратация Ca (ОН), наблюдается у затвердевших вяжущих систем, имеющих в своем составе более 20% СаО (кривые 1 и 2). Данное справедливо для обоих видов перлитовых пород - остеклованных (1) и неостсклованных (5). По термограммам можно судить о наличии в той и другой вяжущей системз кизкоосновных твдросаликатов кальция (эндоэффект з области температур 18G-2C00 С), на основании которых осмечается кристаллизация вхиастонита (экзозффект при t° = 880 ± 100 С), количество которых растет с увеличением содержания СаО (до 25%), в определенной мере это характеризуется увеличением площади зкзоэффекта [136]. Термографические исследования дополняют данные ренггенофазового анализа.

Рис. 1. ДТА вяжущей система: "перлитовая порсда - СаО - Н20" с содержанием СаО, % ло массе: 1-30; 2-25; 3-20; 4-15; 5-10, на оснозе: а -порода: 1; б - породы 5.

Как показали проведенные обширные исследования, совместное озлействие окислов Ма и Са на перлитовые породы является наиболее аагоприятным в отношение создания прочного камня. Составляя смесь, ключающую перлитовую породу и совокупность актиЕизаторов - гидроокись альцит и натрия, мы полутаем так называемую систему смешанного хцелочно-делочноземельного алюмоскликатного вяжущего (БЦВ-Еяжушего).

Данное вяжущее по составу приближается к шлакэщелочному яжущему на оснозе кислого шлака и тем ближе око, чем остеклованнее сходная порода. Состав новообразований при твердении вяжущего из ер.штовой породы 1 аналогичен имеющимся в вя;кущел; из кислого шлака, [ри этом прочность и водостойкость искусственного камня является, аивысшей из всех исследуемых вяжущих систем.

Таким образом, вяжущая система на перлитовых породах со смесью кгивизатороз - гидроокиси кальция и натрия, т.е. щелочно-щелочноземельное лсмосиликатное вяжущее, является более активной из всех иссдедоЕанных истей и поэтому в дальнейшем изучается возможность получения на ее основе ффектавных пенобетоном автоклавного и безаЕтоклавното твердения.

Технологические свойства БЦВ-вяжущих длг пластичны?: бетонов, зердезшнх з условиях пропаривания, исследовали на образцах из теста ормальной густот (табл, 5). На образцах - балочках 4x4x16 см по ГССТ 104-81 была определена активность зяжущих на основе всех исследуемых эрод (табл. 5).

Таблица 5

Технологические свойства щелочно-щелочнэземельного алюмосидикЕтного вякущегс на основе перлитовых пород 1 и 2 (БЦВ-вяжущее)

Свойстве теста нормальной густоты при затворении

5% раствором NaOH 8.3% раствором Ма,СО, + К„СО,

здопот-блОСГЬ, л Сроки схватывания (ч-мин) Водопот- ! Сроют схватывания ребность, | (ч-мин)

начало юнел Уе j ! начало конец

0-30 0-35 14-1 14-2 28.5 0-22 28.5 | 0-28 15-15 15-35

Как следует из результатов испытаний, срски схватывания

разработанного вяжущего более короткие, чем на цементе, а это очень важнс при изготовлении пенобетона. Кроме этого, надо отметить некоторое увеличение сроков ехзатывания при замене На ОН на (№2С03 + К2С03).

В состав пенобетона входят традиционно вяжущие, заполнитель, пенообразователь и вода. В некоторых случаях для снижения плотности заполнитель исключается. В разрабатываемом варианте технологи!: пенобетонов вяжущее представлено двумя видами: портландцемент (М 400] и предложенным бесцементным вяжущим (БЦВ), заполнитель ввиде грубс молотого шлака (шлак-отсев) фракции 0 1.5 мм. Пенообразователь тал; "Пенсстром". Кроме того, исследовано влияние суперпластифнкатора С-3 не технологические свойства пеномассы и конечные свойства пенобетона Приготовление пеномассы осуществлялось по баротехнолопш. Установлено, что ггри заданной текучести пеномассы 23-25 им (по Суггарду прочностные показатели отнесенные к средней плотности пенобетона по е.* с пропаривания имеют оптимум по содержанию С-3 в пределах 0.01 до 0.03^

Рис. 2. Влияние содержания суперпластификатора С-3 на В/Т -отношение в смеси и коэффициент конструктивного качества (К.К.К. пенобетона

Из результатов эксперименто в по типу ПФЭ 2\ расчетов по методик типовой программы определены уравнения регрессии:

У, = 3,125 + 3,731х, - 1,277X2 + 0,87бх^ - 0,778х2, + 1,145х:2 -0,932х: + 0+,04х.х2 - 0.0бх1х3 + (),071х,х3;

У2 = 2,095 + 3,765х, -1',195x2 + 0,765х3 - 0,544х2, + 1,034х:: -0,743х: + -Ю,035х1х. - 0,047х.хз + 0,066X2:53-,

Анализ полученных зависимостей позволяет заключить, что в принятых пределах факторов зависимость между ними и прочностью пенобетона но сит явяо экстремальный характер. Приэтсм наибольшее ашяние оказывает содер:какие заполнителя (х,) или иначе вяжущего, а далее расход пенообразователя (х2).

В целом проведенными исследованиями установлены рабочие параметры изготовления разработанных пенобетонсв (табл. 6.) в зависимости от средней плотности.

Таблица 6.

Нименование параметров Оптимальная величина параметра при соедней плотности пенобетона Скг/м )

500 600 700 300

В/Т-отношение 0,52 0,5 0.48 0,45 0,45 0,42 0.42 0,4

Содержание СП С-3, % массы зяжушего 0,025 0,02 0.025 0,02 0.02 0,018 0,015 0,01

Содержание "Пеностром" 0,38 0,4 0.35 0,38 0,32 0,3 0.28 0,25

Кратность исходной пены и пеномассы 4*5 4 4 3,3 18 3 12 2,7

Температура воды, °С 20 20 20 20

Текучесть смеси (см., по Суттарду) 25 2.4 23 23

Примечание:

1).В числителе данные пенобетона на ПТЦ, а в знаменателе - БЦВ

2).По кратности в числителе кратность пены, а знаменателе -

пеномассы

Известные способы изготовления пенобетона предусматривают раздельное приготовление пеномассы и растворнсй части пенобетона, совместное приготовление смеси в баросмесителях и полураздельная технолога! "сухая" минерализация, предусматривающая приготоахние

пеномассы и смешивание с порошковой частью. Каждая из указанны) технологий имеет свои преимущества и недостатки. В одних случая? достигается прочный пенобетон, но как неизбежность - довольно высока) плотность, в других - низкая плотность, но и невысокая прочность. Это связанс с трудностью регулирования кратности пены и объема вводимой твердой фазь пенобетоннсй смеси.

В разрабатываемой технологии предлагается решить проблем; получения эффективного пенобетона за счет:

1 .Предварительной механохимической активации гидромеханические способом части твердой фазы пенобетокной смеси (вяжущего, заполнителя)

2.Предварительного получения отдельно высокократнэй пеномассь с другой оставшейся частью твердой фазы пеноЗетонной смеси ] баросмеоггеле.

3.Смешивания их вышеуказанных частей "мягким" способом поел! баросмесителя.

4.И;пользования активного бесцементного вяжущего на основ! эффузивных пород.

В данном техно-теоретическом подходе к созданию пенобетон! фактором обеспечивающим прочность пенобетона будет являтьс: активированная часть твердой фазы смеси, а фактором низкой плотносп пенобетона - наличие высокократной пеномассы. Гарантом же отсутстви падения ("гашения") объема пеномассы будет то, что тонкие стенки пузырько: будут насыщаться твердой фазой мягко - без поглощения их жидкой фазы: шликерном виде.

Исследовано влияние доли активированной части на прочнэст пенобетона.

Рабочие параметры активатора типа РПА следующие: скорзст вращения рабочих частей активатора 1400 об./мин., производительность 3.5 м3/час., продолжительность активации смеси - 2 мин. в замкнутом цикли

Как видно из приведенных данных рис. 3 наилучшие показател имеют составы ненобетсна с активируемой долей вяжущего обоих зидов пределах 1/3.5 : 1/2.7 от массы всего вяжущего, предназначенного н изготовление 1 м3 пенобетона.

Увеличение, равно как и уменьшение доли активируемого вяжущет относительно указанных пределов приводит к снижению прочност пенобетона. Разница только в том, что первое вызывает уменьшение В/Т отношения и повышение вязкости смеси. В результате этого снижаете растворимость твердых частиц из-за перенасыщенности водного раствора, также ухудшаются гидродинамические условия диспертации частит Уменьшение же доли активируемого вяжущего не способствует рссту

рсчности пенобетона т.к. мала доля активных центров вяжущего.

Очевидно, при активации 1/3 части от всего вяжущего, редназначенного для изготозления определенного объема пенобетона оздаются благощяиггзые условия, вследствие оптимального В/Т-отношения лучшие условия по диспертации частиц в гидродинамических потогах. [а следующем этапе исследована продолжительность активации и ее виляние а прочность пенобетона. На основе предыдущих исследований принят птим&льный состав пенобетоняой смеси, 1/3 доля активируемого вяэдтнего.

активируемого вяжущего

1 - на бесцеменгном вяжущем (БЦВ);

2 - на бесцеменгном вяжуще:,1ПТЦ.

Рис. 3. Влияние доли активируемого вяжущего на прочность пенобетона (Кб).

Таким образом, установлен тип бесцементного вяжущего на основе :ерлигов, его состав, позволяющий за более короткий период ТВО энергозатраты на 30% ниже) формировать требуемый пенобетон. Разработан остав и технология получения эффективных пенобетонов, построенная на мягкой" минерализации пен, гидроакти вированюй вяжущей ги;ромас:ой. )то все позволяет надежно получать качественные эффективные пенобетоны.

Для долговечности бетона очень, важно поведение его прочности во ремени. Дл.т исследования этого аспекта были изготоатены образцы-кубы с ебром 10 см и которые были помещены в нормальные условия хранения на »тигельный срок (2 года). Изменение динамики прочности пенобетоном во ремени отражены парке. 4. Как видно из приведенных данных рост прочности

имеет наиболее интенсивный участок в обоих случаях до 80.0-100.0 сутс далее наблюдается переход в более спокойную стадию неуклонного р< прочностных показателей в послед ующим практическим прекращением рс по истечении 1.2-1.4 года. Хотя при этом, следует отметить, что в болы степени это относится к пенобегонам на ПТЦ, а на БЦВ-вяжущкх име; более интенсивный участок начального роста и более неуклонный ро; отдаленные сроки (до 3 % / год), чем на портландцементе. Это свиза! особенностями гидратациоиных процессов в самих вяжущих. Если Б1 вяжущее продуцирует длительно новые объемы кристаллогвдратоЕ вт незавершенности процессов гидратации на ранней стадии, а ПТЦ-вяжу после пропаривания склонно талью лишь к росту сформированных уж ранней стадии новообразований вплоть до их перекристаллизации.

Основные результаты исследований по прочностных деформативным характеристикам обобщены в табл. 7.

Таблица 7.

Основные свойства пенобетонов по прочностным и деформативным характеристикам

Вид пенобетона Прочность пенобетонов вМПа £ (нач.) (0.3 * И.), МПа Коэфф. Пуассона, Ползучесть Ш (* Ю-3 МП, за 1 год

в ^ § 1 |

¡1 Э о 5 В Ч—' я 1

Пенобетон наБЦЗ 3.5 2.8 0.5 2.2 0.28 26-28

Пенобетон на ПТЦ 3.0 2.3 0.38 2.1 0.27 19.5-20

Примечание: Средняя плотность пенобетона 600 кг/мЗ

16, 8__

б

4

3

0.П5 0:25

Т, мин

0.5

1

1.5

2

Рис. 4. Рост прочности пенобетонов во времени (после пропаривания).

Кр. 1 - пенобетон на БЦВ; Кр. 2 - то же на ГТЩ.

Среди основных (факторов, определяющих долговечность конструкций з бетона выделяют развитие трещин, не связанное с механичес:<ой нагрузкой а конструкцию. Основной причиной появления и развития таких трещин зляется усадка.

Анатизируя причины усадочных деформаций силигатных ячеистых гтонсв, большинство исследователей отмечает преимущественнее влияние лажностного состояния материала. При этом, основным источником еформаций бетона считается цементирующее вещество.

Результаты исследований показывают, что величина влажностной садки пенобетонов на БЦВ-вякушем близка к значениям усадочных еформаций при высыхании силикатных ячеистых бетонов, величина которых е превышает 0.5-0.7 мм/'м.

Из рассмотренных факторов, влияющих на усадочные деформации енобетонов, преобладающее влияние имеет изменение влажностного эстояния материала.

Анализ кинетики развития влажностной усадки пенобетона на БЦВ-яжущем показал "критическую влажность" в 25-35%, после достижения отарой наступает существеннее проявление усадки. На основании этого в роцессе эксплуатации следует предусмотреть мероприятия по поддержанию габильного влажностного режима.

Коэффициент теплопроводности пенобетона в зависимости от средней лотности 600 ... 900 кг/м3 колеблется в пределах 0.105-0.160 Вт/М°С в ысушенном состоянии. Это соответствует теплопроводности различных чеистых бетонов, предусмотренное нормативным документов - СниП П-А

"Строительная теплотехника. Нормы проектирования". Для пенобетона н БЦВ-вяжущ ем коэффициент теплопроводности несколько меньше, чем да ячеистых бетонов на цементном вяжущем. Это объясняется больши: количеством микропэр в межпористом каркасе и большим содержание: гедевидной составляющей в структуре новообразований.

Результаты исследований, разработанные рекомендации приняты научно-технологических и технических решений проведены н производственной базе Ассоциации "Дарханиквестстрой", а также пр строительстве многопрофильной больницы в г. Улан-Удэ. При изготовлени монолитного пенобетона для ограждающих стен в объеме до 1800 мЗ был использованы подобранные, исследованные материалы:

Опытно-промышленное опробование технологии пенобетон по:<азало:

- возможность промышленного изготовления ячеистых бетонов н основе БЦВ-вжкуиего;

- организация производства пенобетонов на БЦВ-вяжущем возможн в условиях действующих предприятий с использованием стандартно! оборудования;

- переход предприятий на использование в качестве компоненте вяжущего эффузивных пород и заполнителя - вулканического шлака создас условиях восполнения дефицита цемента и позволит полностью использоват имеющиеся мощности.

Экономическая эффективность производства пенобетона и композиций на основе БЦВ-вяжущего и эффузивных пород рассчитан применительно к условиям промышленной и сырьевой базы Республик Бурятия с привязкой разработки к действующему Ассоциаци "Дарханинвестстрэй".

Экономическая эффективность пенобетонов на БЦВ-вяжуще обусловлена снижением себестоимости производства за счет замен дефицитного, дорогостоящего цемента на БЦВ-вяжущее и снижени энергоемкости производства.

Ежегодный эж>нэм1гческий эффект от использования БЦВ-вяжуще1 25 тыс. мЗ пенобетона плотностью 500 кг/мЗ в год, составит 3570750 руб.

Широкое производство пенобетонов на БЦВ-зяжущем н существующих производственных линиях позволят получить значительны экономический эффект в сфере промышленного производства изделш Опытно-промышленное опробование и технико-экономические расчет показали, что использование отходов позволяет существенно расширю местную сырьевую базу для производства строительных материалов и рехшп вазкную экологическую проблему охраны окружающей среды Байкальски региона.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Разработаны теоретические положения технологии и составов })фекгиЕных пенобетонсв на основе бесцементных вяжущих из эффузивных ород, включащие гидромеханическую активацию части вяжущих и толнителя, мягкую минерализацию пен.

2. Установлен новый подход к формированию пенсбетонной массы, источающийся в предварительном гидротехническом активировании смеси, эстоящей из заполнителя, части вяжущего, воды затворения и щерпластификатора, что обеспечивает существенную эффективность 2ХН0Л0ГИИ.

3. Разработан метод «полусухой» мягкой минерализации пен, озволяющий существенно снизить вероятность гашения пен, повысить нество и однородность пенобетона.

4. Установлены зависимости свойств пеяобетонной массы от араметров исходных компонентов, их соотношения при активации, а также »отологических характеристик.

5. Разработаны составы, исследованы свойства и долговечность }) ф скгиеных пенобетонсв на основе бесцементных вяжущих из эффузивных ород.

6. Разработана технология пенобетона средней плотностью 500 кг/м3 выше с прочностью от 3.5 МПа, позволяющая снизить энергозатраты на ропаризание изделий до 30% или на 25-30% сроки их твердения в пествекных условиях.

7. Рекомендации, технические условия по разработанным пенобетоном рошли стадию опытно-промышленной проверки при строительстве :ногопрсфильной больницы в г. Улан-Удэ.

Основные положения диссертации изложены в следующих работах:

1. Цыремпилов А.Д., Дашицыренов Д.Д. Эффективные вяжущие и бетоны на основе вулканических пород // Тезисы докладов XXIX научко-лракгичесшй конференции НИСИ, - Нозосибкрск, - 1985, с.25-26.

2. Дашицыренов Д.Д. Лепте пенобетоны на минеральном сырье Забайкалья// Информационный сборник Бурятского ЦНТИ № 38-90, - Улан-Удэ, 1990.

3. Дашицыренов Д. Д., Цыремпилов А. Д. Пенобетоны. Технология, свойства, область использования // Сборник трудов научно-практической конференции «Энергосберегающие технологии», Москва, МЭИ, 1992, с.101-105.

4. Дашицыренов Д.Д., Цыремпилов А.Д., Чимитов А.Ж.

Перспе:сгивы производства пенобетонов на основе зффузивнк пород// ТрудыVI Росс.-Польское конференции «Теоретичесы основы строительства», Варшава-Улан-Удэ, 1997. с.59-62. 5. Дамдиков У. Д., Хардаев П.К., Дашицыренов Д. Д. Исследозаю теплозащитных свойств пенобетонов в условиях Бурятии И Межрегиональный научно-практической конференции «Строительный комплекс Востока России», - Улан-Удэ, 1999, с.50-52.

Материалы исследований защищены двумя изобретениями:

1). Способ приготовления бетонной смеси (Авт. свид. 1636406).

2). Вяжущее (Авт. свид. № 618355).