автореферат диссертации по химической технологии, 05.17.11, диссертация на тему:Физико-технологические основы управления свойствами поризованных силикатных материалов

УДКббб.973.6 На правах рукописи

РГ& од

"9 Р'Л 7ПГЮ

МАХАМБЕТОВА УЛТУАР КУЛМАНОВНА

ФИЗИКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ УПРАВЛЕНИЯ СВОЙСТВАМИ ПОРИЗОВАННЫХ СИЛИКАТНЫХ МАТЕРИАЛОВ

05.17.11 - Технолошя керамических, силикатных и тугоплавких неметаллических материалов

05.23.05 - Строительные материалы и изделия

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Ре спу блик а К аз ахстан Алматы 2000

Работа выполнена в Научно-исследовательском и проектном институте строительных материалов «НИИстромпроекга

Научные консультанты:

доктор технических наук, профессор доктор технических наук, профессор

Сватовская Л.Б. Естемесов З.А.

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор доктор технических наук, профессор доктор технических наук, профессор

ЛкчаСасв А.А. Нудельман Б.И. Ахмстов А.Р.

Ведущая организация:

Санкт-Петербургский

ЗАО Научно-исследовательский

институт «Гипроцемепт-Наука»

Защита состоится «22» сентября 2000г. в 10« ч на заседании диссертационного совета ДО 16.01.01 в Научно-исследовательском и проектном институте строительных материалов (НИИстроштроект) по адресу: 480057, г. Алматы, ул. Радостовца, 152/6, конференц-зал.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института «НИИстромпроект».

Автореферат разослан « Х-/» аё2усг«гтГ.

Ученый секретарь диссертационного совета

1/.

Дё И.М.

H626.rn.4-f , О

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность. Важнейшим направлением энергосбережения является сокращение тепловых потерь через ограждающие конструкции путём совершенствования теплоизоляционных покрытий.

Известно, что каждый 1м3 теплоизоляции обеспечивает в среднем экономию 1,45 т условного топлива в год. Значимость этого резерва экономии топливно-энергетических ресурсов давно оценили промышленно развитые страны, где объем выпуска теплоизоляционных материалов и теплоизоляционно-конструкционных изделий постоянно растет.

В наиболее полной мере этим требованиям ресурсосбережения отвечают порисованные силикатные материалы.

В СНГ в основном развиты мощности по производству газобетона, поризация которого предусматривает применение дорогостоящего алюминиевого порошка и энергоёмкой операции - автоклавной обработки, В этой связи в последнее время выпуск газобетона практически полностью прекратился. Взамеп импортируется технология пенобетона с использованием пеноконцентратов зарубежных фирм «Эдама» и «Неопор». -

Импортозамещение в производстве современных пенобетонов сдерживается недостаточной изученностью технологических проблем управления свойствами поризоваяных силикатных материалов на основе отечественного пенообразователя.

Решение указанной проблемы направлено на реализацию:

- Указа Президента Республики Казахстан от 6 сентября 1993 года № 1344 «О новой жилищной политике»;

- Постановления Минстроя Республики Казахстан от 10 марта 1994 года «О внедрении на предприятиях стройиндустрни Республики Казахстан ячеистого бетона на основе пенообразователя «№орог» и других эффективных материалов»;

- Целевой программы Минстроя Республики Казахстан от 31 августа 1994 года «Об организации производства ячеистого бетона «Иеорог» и организации строительства жилых домов по системе «]Меорог», которые были выполнены по планам НИР Комитета по жилищной и строительной политике МЭиТ Республики Казахстан {гос.регистр. № 01.95.00916, 01.95.00919,01.97.007785).

Целью работы является создание современных Силикатных материалов с прогнозируемыми механо- и теплофизическими свойствами при одновременном решении экономических и экологических задач.

В связи с этим в работе предусматривалось решить следующие задачи: - создать пенообразователь на основе местного белкового сырья и определить его технические и технологические параметры;

- определить условия формирования устойчивости поризованных силикатных материалов в зависимости от проектируемой плотности с учетом установленных критериев качества пены;

- установить закономерности прогнозирования свойств поризованных силикатных материалов различной плотности;

разработать технологические основы управления свойствами поризованных силикатных материалов на основе обобщения установленных закономерностей я внедрить их в производство пеноматериалов.

Основные научные результаты н нх новизна;

па специальности 05.17.11;

1. Разработан способ модифицирования гидролизованной крови животных солями серной кислоты, вызывающий переход амидов из а- в Р-форму (в ИК-спектре «ГК» смещение полос С=0, Ы-Н связей и Амид-II характеризуют (З-форму), сопровождаемых свёртыванием вытянутых форм белков, что повышает вязкость растворов и качественно изменяет свойства строительных пен.

2. Установлено, что прикципиельным недостатком традиционного способа получения строительной жидкой пены при атмосферном давлении (пеномешалка) является узкий интервал линейной зависимости объёма пенообразования от объёма раствора, что ограничивало изменение плотности пены в пределах до 66 г/л и соответственно плотности пенобетона до 800 кг/м ,

Выявлено, что при получении строительной жидкой пены с повышением давления до 0,8 МПа (пеногенератор), достигается постоянство указанной линейной зависимости в любом требуемом диапазоне, что позволяет варьировать плотностью пены в пределах 35-120 г/л.

3. Показано существенное повышение физико-механических характеристик вяжущих на основе шлакощелочных низкоосновных силикатов введением в систему натриевых солей, образующих в твердеющей системе труднорастворимые твердые соединения с катионами кальция. Эффективность воздействия их коррелируете последовательностью, обусловленной понижением рН среды шлакощелочнон системы и соответствующей ей процессу ускорения основных реакций гидратации силикатов (твердые основания действуют по принципу кислотно-основных катализаторов). Новизна решения защищена авторскими свидетельствами 1232657; 1253963; 1310355.

4. Обнаружены особенности гидратации и твердения минеральных вяжущих в дисперсной системе в присутствии жидких пен, которые обусловлены изменением плотности:

- модифицированные, вяжущие в тесте в присутствии малых концентраций пенообразователя (до 1 %) пщратируются в большей степени, чем при больших концентрациях. В пенобетоне гидратация модифицированных вяжущих ускоряется с повышением концентрации, а с понижением, наоборот - замедляется;

- средняя плотность пенобетона влияет не на качественный, а на количественный состав продуктов гидратации, структуру и морфологию новообразований, на кинетику физико-химических процессов, происходящих а пенобетоне; с понижением средней плотности пенобетона скорость гидратации цемента возрастает; содержание связанной воды в пенобетоне уменьшается с увеличением его плотности. В пенобетоне со средней плотностью 400 кг/мг оно колеблется в пределах 12,8—28,7 %; при 1000 кг/м3 - 7,0... 15,2 %; при 1400 кг/м3 - 6,3... 11,9 %; при 1800 кг/м4 -5.2...9,6 %;

По специальности 05.2S.0S:

1. Получен отечественный пенообразователь на основе белкового сырья. С учётом его природы установлен концентрационный предел градиентов и технологические параметры, регулируя которые разработан оптимальный состав. Отечественный пенообразователь "Ниет" имеет вязкость оптимального состава при 2,5 %-ной концентрации - 0,0124 пуаз, что в 2 раза превышает показатель ПО «ПС» и несколько превышает показатели импортных аналогов.

2. Качество пены регламентируется показателями - осадкой и отходом жидкости (стойкость пены), универсальными для способов получения пены при различных давлениях, тогда как известные показатели - коэффициент использования пенообразователя и кратность пены -отвечают только способу получения пены при атмосферном давления (пеномешалки).

3. Свойства пенобетояов (плотность и другие зависимые параметры) управляются плотностью пены, осадкой и отходом жидкости из пены, а также пластической прочностью растворной части, тогда как ранее только последний показатель являлся определяющим. При этом обнаружена автомодельность показателей стойкости и плотности пены с кинетикой пластической прочности раствора: чем выше плотность пены и соответственно ниже её стойкость, тем выше кинетика твердения и наоборот, что отвечает условию обеспечения устойчивости сформированной пеной начальной структуры пенобетоююй смеси до получения заданной конечной прочности поризованной структуры пенобетона.

4. Дополнена методика подбора состава смеси для получения пенобетонов с широким диапазоном плотности (400-1800 кг/м3), тогда как известная методика корректна только для проектирования составов пенобетонов с плотностью до 1200 кг/м3.

Методика учитывает все определяющие параметры пены, предложенные в работе, и сведена в номограмму, удобную для пользования.

Новизна технологических и технических решений защищена авторскими свидетельствами СССР №№ 1232657, 1253963, 1310355 и ггредпатентами по заявкам №№ 970918.1 -2632/2; 980065.1-3362/2; 980064.1-3362/2; 960914.1-4653; 980136.1-3362/2.

Практическая цевпость. Разработана энергосберегающая, импортозамещающая технология производства теплоизоляционных, теплонзодяциокно-конструкшонных и конструкционных материалов из безавтоклавиого пенобетона, разработан способ приготовления белкового пенообразователя на местном сырье.

Получены теплоизоляционные, теплоизоляционно-конструкционные и конструкционные пенобетоны с плотностью 400-1800 кг/м3. Производство изделий из них возможно на обычных заводах без реконструкции и изменения технологии существующего производства.

'•"Гос^мязк'-вкая "оаза внедрения рекомендуемой технологии пенобетона обеспечена восемью техническими условиями и двумя Инструкциями по изготовлению и применению пенобетонной смеси и изделий из нее.

Реализаций. Технология теплоизоляционных и теплоизоляционно-конструкционных материалов из поризоаанных силикатных материалов освоена на КСМК-5 ЗАО МАК «Алматыгорстрой», КСМК-4 АО «Облтяжстрой», АО «Асфальтобетон» в г.Алматы. Общий экономический эффект от внедрения разработанной технологии составил 21,5 млн. тенге.

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается результатами экспериментальных исследовании, выполненных с применением современных комплексных методов физико-химического анализа, сходимостью данных, полученных как в лабораторных, так и в производственных условиях и широким внедрением результатов работ в производство.

Апробация. Основные положения диссертационной работы докладывались на Республиканском научно-техническом совещании "Использование отходов химической промышленности и создание безотходных технологических процессов (Алма-Ата, 1980), на конференции молодых ученых «Новые разработки в технологии строительных материалов» (Киев, 1985), на Всесоюзной конференции «Ускорение научно-технического прогресса в промышленности строительных материалов и строительной индустрии» (Белгород, 1988), на Республиканском научно-техническом совещании «Интенсификация и повышение эффективности общественного производства на основе ускорения научно-технического прогресса» (Алма-Ата, 1988), на совещании молодых ученых, аспирантов и докторантов Петербургского Государственного университета путей сообщения (Санкт-Петербург, 1996)

на юбилейном научно-производственном семинаре «Строительные материалы из местного сырья» (Ашаты,199б), на юбилейной конференции «Состояние и перспективы в строительной науке» (Алматы,1997), на Международной научно-практической конференции «Строительные я технологические проблемы» (Бишкек, 1997), на IV Международном конгрессе по цементу и бетонам (Пекин, 1998), на научных чтениях, посвященных памяти проф. О.П. Мчедяова-Петросяна (Харьков, 1998), на Международной научно-технической конференции (Шымкент, 1998).

Результаты работы неоднократно экспонировались на тематических выставках Министерства строительства Республики Казахстан и на международных выставках в г.Алматы в 1996-1998 г.г.

Публикация работы. Основное содержание работы опубликовано в 44 печатных работах, в том числе двух книгах и 8 авторских свидетельствах и предварительных патентах.

Работа выполнялась в Алматинском НИИстромпроекге. Отдельные исследования проводились па кафедре «Инженерной химии и защиты окружающей среды» Санкт-Петербургского университета путей сообщения, в Санкт-Петербургском технологическом университете, Институте металлургии и обогащения, Институте химических наук, Казахском государственном университете, ПИЦ «Геоаналитика».

Структура н объем диссертации. Диссертация изложена на 297 страницах, состоит из введения, б глав, заключения, списка из 300 использованных источников, 19 приложений, 71 рисунка и 139 таблиц.

Положения, выносимые на защиту: по специальности 0S.17.1U

1. Физико-химические основы получения строительного пенообразователя.

2. Технологические основы получения строительной пены по двум способам вспенивания и особенности их влияния на формирование структуры поризованных материалов.

3. Особенности гидратации и твердения минеральных вяжущих в дисперсной системе в присутствии жидких пен.

по специальности 65.2S.05:

1. Разработка качественных показателей пены, универсальных для способов получения пены при различных давлениях.

2. Методика подбора состава пенобетона, учитывающая качественные показатели пены и вяжущего.

3. Основные физико-механические, теплотехнические и эксплуатационные свойства поризованных материалов, результаты внедрения опытно-промышленных испытаний в производство и освоение технологии пеноматериапов.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

1 Современное состояние исследований технология ячеистых

мятериалов

Реанимация забытой технологии пенобетона в 90-х годах возродила новую технологию лены, которая отличается от известной диспергированием раствора пенообразователя при высоком давлении и использованием эффективных пенообразователей зарубежных фирм "Эдама" и" Неопор".

Технология приготовления пены, основанная на дополнительном внесении воздуха при повышенном давлении, принципиально меняет свойства полученной пены. Поэтому требования, разработанные для пен получаемых при нормальном давлении, должны быть дополнены.

Технологические основы производства пенопорнзованных силикатных материалов и соответственно вся действующая в настоящее время нормативно-техническая документация разработаны для пены, подученной при нормальном атмосферном давлении в пеномешалке. Пригодность пенообразователя подтверждалась пенообразующей способностью, определяемой кратностью и коэффициентом использования пенообразователя в пеномешалке.

. В процессах структурообразования ячеистых материалов (пено-газопоризованных) особое внимание уделялось определению времени достижения «зрелости» для резательной технологии. Не исследовались условия формирования и обеспечения устойчивости для пенопоризованной смеси, не определялись отличия их в зависимости от проектируемой плотности силикатных материалов, соответственно не были установлены закономерности формирования структуры пенопорнзованных материалов с различной плотностью. Пена, являясь главной составляющей пенопорнзованных материалов, обеспечивая только дифференцированное ячеистое строение различием собственных свойств, определяет совместно с вяжущим уровень ыехано-теплофизических свойств. В существующем методе проектирования состава ячеистых материалов не учитываются отличительные особенности свойств левы. Гидрзпгационные процессы в ячеистых материалах до настоящего времени рассматриваются по аналогии с плотным цементным бетоном, т.е. без учета ячеистого строения.

В связи с этим задачами настоящей работы являются: разработка физико-технологических основ управления свойствами поризованных силикатных материалов с применением пенообразователя, исследование влияния физического состояния, вида и содержания пенообразователей на формирование пористой структуры силикатных материалов с различной плотностью и на механизм твердения поризованных силикатных материалов, внедрение предлагаемой технологии в производство.

В качестве научной основы управления механо- и теплофизическими свойствами материалов принято положение о природе взаимодействия вводимых систем с силикатными системами. При этом вводимые системы были разделены по признаку гомогенности - растворы и дисперсные системы в виде жидких пен; по признаку основности, образующихся при реакциях с ионами Са2* труднорастворимых соединений, и по признаку коэффициентов теплопроводности фаз-Х. Признак основности труднорастворимых соединений Са2+ подразумевает активизирующее воздействие на рН твердеющей системы за счет ДрН и смещение химического равновесия, что должно повысить механо-физические свойства системы, а признак АХ каменной прослойки и ее окружения в камне подразумевает одновременное обеспечение требуемых теплофизическнх свойств материала с ростом гидравлической и гидрзтационной активности за счет «эффекта термоса».

2 Физмко-химические основы получения строительной пены

Ценообразование белковых растворов. Для решения практических задач, связанных с производством пенообразователей, его сырьевого обеспечения и теоретических вопросов управления теплофизическими свойствами ленопоризованных материалов определяющим фактором был выбор природы пенообразователя.

В дзнной работе рассматривается получение строительной пены из белкового пенообразователя.

Рецептура "гидролизоаанной крови" (ГК) принята за основу для приготовления белкового пенообразователя. Выбор обоснован по следующим причинам.

1. Наличие воспроизводимой сырьевой базы.

2. Животноводческое направление РК.

3. Экологическая чистота.

4. Простота технологии приготовления пеноконцентрата.

Способность белковых растворов образовывать пены, связана с

наличием в их составе поверхностно-активных веществ. Характерной особенностью белков, с точки зрения структуры первичных частиц их молекул и структуры макромолекул, является наличие неполярных олеофильных групп, расположенных асимметрично по отношению к полярным гидрофильным группам. Эта асимметрия (по данным А.Г.Храмцопа и И.В.Москаленко) приводит к выраженной поверхностной активности белков.

Механизм процесса пенообразования сложен из-за многовариантности и неповторимости белковых молекул и совместного влияния многочисленных физических, химических, физико-химических и других факторов и поэтому процесс пенообразования носит индивидуальный характер.

Концентрационный предел ингредиентов к технологические параметры приготовления пенообразователя определялись качеством пен, полученных из этого пенообразователя. В результате изменений в рецептуре и технологии пенообразователя «гидролизованная кровь» его состав модифицирован и получен ПО "Ниет". Сравнения полученного пенообразователя с известным "ГК" производилось по свойствам пен, вспененных в пеноыешадхе.

Уровень качества полученного пенообразователя выше известного "ГК" и подтверждается показателями свойств пен, что объясняется физико-хямнческимн исследованиями ИКС-спектров ПК «ГК» и «Ниет», приведенными на рисунке 1. Способ модифицирования гндролизованной крови животных солями серной кислоты, вызывающий переход амидов из о- в р-форму (в ИК-спектре «ГК» смещение полос С=0, №Н связей и Амид'Ц характеризуют {5-форму), сопровождается свёртыванием вытянутых форм белков, что повышает вязкость растворов и качественно изменяет свойства строительных пен.

Свойства полученного белкового пенообразователя "Ниет" в сравнении с ПС приведены в таблице 1.

ПК-спектры пенообразователей иГК" и "Ниет"

I - гидролизованная кровь; 2 - «Ниет»

Рисунок 1

Характеристика пенообразователей

Сравниваемые пенообразователи Содержание компонентов. % Концентрация растворов, % Стойкость пены Кратность

N»04 гао, Ослдка пены на 1 сж, ч-мни Отход жхдгостн и1 ч,%

Гндролизованкия гроеь 2 2,7 2,65 8,0 1-00 30 гв

Полученный пенообразователь «Ниет» 2 2,7 3,18 2,5 1-20 10,4 20

Б таблице 2 приведены свойства пен из пенообразователей «Ниет» и «Е<5ата». На основе исследований свойств пен, полученных из пеногенератора и пеномешалки, установлено, что качество пены, полученного из ПО "Ниет" не уступает эффективным зарубежным аналогам.

Диспергирование жидкости при нормальном атмосферном давлении. Результаты исследований свойств пен, полученных в пеномешалке, таких качественных пеноконцентратов как «Меороп> и «Ескта», показывают очень узкий интервал их эффективности в пеномешалке, что не соответствует их общепризнанному высокому качеству, объясняется узким интервалом линейной зависимости свойств пены от объема заливаемого раствора. Как видно из таблиц 3 и 4, показано, что между уровнем заливаемого раствора и величиной плотности существует зависимость: чем ниже уровень заливаемого раствора, тем меньше плотность пены. Поэтому для сравнения свойств пен между собой нами была принята величина плотности пены, а не расход пенообразователя (или его соотношение с водой), как это делалось ранее. Сравнительный анализ по величине плотности пен, полученных в мешалке, показал необходимость дополнения существующих показателей: коэффициента использования пенообразователя н кратности, критериями качества строительной пеиы такими, как осадка пены и отход жидкости за единицу времени.

Таким образом, установлена зависимость величины плотности пены от объема заливаемого раствора в эффективной области пеномешалки, определены условия получения качественной пены и установлена необходимость введения дополнительных показателей качества пенообразователя к требуемым в Инструкции СН 275-80.

Установлено, что механическое увеличение объема раствора с одинаковой концентрацией в пеномешалке в рабочей области приводит к увеличению плотности полученной пены, уменьшению кратности, объему пены и к снижению стойкости пены с сокращением времени наступления осадки пены и увеличением объема отходящей жидкости.

Свойства пены из пеноконцентратов «Ниет» и ЕЛата»

Показатели пены Пена «Бс1ата», приготовленная в: Пена «Ниет», приготовленная в:

пеномешалке пеногенераторе пёйомешалке пеногенераторе

Концентрация ПО, % Концентрация ПО^%

2,5 5,0 2.5 5,0 2,5 5,0 2,5 5,0

Кратность 20 20 24 36 20 22 28 34

Плотность пены, г/л 50 50 50 50 55 45 50 50

Время осадки пены на 1 см, ч-мин 1-30 3-50 2-30 4-20 1-4« 4-10 2-30 4-40

Отход жидкости из пены, % к общему объему п'иутрм пленочной жидкости 22 11,8 10,0 6,0 20,0 7,0 8,6 3,5

Коэффициент использования пенообразователя, а 0,8 0,85 1,0 1,0 0.8 0,85 1,0 1у0

Таблица 3

Влияние на свойства пены наполняемости объёма пеномешаяки (израствора 2,5 %-ной концентрации ПО «Huent»)

Процент заполнения объема в псновзбивателе, % Объемы ПО и босы, мл Количество рабочего раствора ПО. мл Количество невсиени-ваемого раствора ПО, мл Плотность пены, г/л Кратность пены Осадка пены, па 1 см, ч-мии Отход жидкости за 1 ч, % Объем пены, л Коэффициент использован ич пенообразователи, а

3,2 12,5+500 500,0 12,5 35 29,0 2-10 10,4 14,6 0,91

4,8 18,75+750 618,75 150 55 18,0 1-40 20 11,2 0,8

6,4 25+1000 675,0 550 70 14,2 1-30 33 9.6 0,65

8,0 31,25+1250 731,0 550 80 12,5 1-20 37 9,14 0,56

9,6 37,5+1500 737,5 800 90 11,1 1-10 40 8,19 0,47

11,2 43,75+1750 793,75 1000 100 10,0 0-50 57 7,93 0,43

12,8 50+2000 850,0 1200 105 9,5 0-45 63 8,09 0,4

14,4 56,25+2250 956,25 1350 ПО 9,1 0-40 72 8,7 0,36

16,0 62,5+2500 1062,5 1500 120 8,3 0-30 85 8,85 0,3

Характеристика пены, полученной * лабораторной яеншешшисе израстюро* ПК «Ниет» разной концентрации

Объем залитого раствора от объема пенометалхв, % Концентрация раствора ПО, У« Объемы ПО в воды, мл Объем иевспеаи-ваеыого раствора ПО, мл Плотность пены, г/л Полученный объем пены, л Кратность пены Осадка пены, на 1 см ч'мтт Отход жидкости за 1 ч, %

7,88 1,0 12,5+ 1250 580 90 7,6 11,1 1-27 63

7,92 1,5 18,75+1250 570 85 8,2 11,7 1-31 57

7,96 2,0 25+1250 560 82 9,14 12,2 1-39 48

8,00 2,5 31,25 + 1250 550 80 9,14 12,5 1-38 37

8,04 3,0 37,5 +1250 545 74 10,0 13,5 1-41 36

8,08 3,5 43.75+ 1250 540 73 10,3 13,6 1-56 35

8,12 4,0 50+1250 535 72 10,62 13,8 2.10 33

8,16 4,5 56,25 +1250 530 73 10,63 13,6 2-20 32

8,2 5 62,5 + 1250 525 75 10,5 13,3 2-40 30

8,59 10 125+1250 450 70 13,2 14,3 4-35 18

9,37 20 250+1250 350 75 15,3 13,3 6-00 7

Диспергирование жидкости при высоком давлении. Регулированием подаваемого сжатого воздуха и раствора пенообразователя в пекогенераторе получают пену с требуемой плотностью, что обеспечивает приготовление порнзо ванных силикатных маггериалов с заданной плотностью.

В пекогенераторе, изменяя концентрацию пенообразователя при сохранении его общего содержания, можно проектировать получение пены с нужной стойкостью для данного вяжущего и соответствующей заданной плотностью поризованного силикатного материала.

Важно отметить отлнчне в возможности приготовления пены в зависимости от производительности компрессора воздуха, что позволяет регулировать производительность подачи воздуха. Чем меньше производительность, тем уже диапазон в изменения плотности пены.

В рекомендациях по работе с пеногенератором ВК-8 фирмы «Кеорог» указано, что плотность должна находиться в пределах 75-85 г/л (компрессор с теплоизоляцией, давление 0,8 МПа). Нами установлено, что пеногенератор фирмы «Шата» вспенивает качественную пену с плотностью а пределах от 20 до 120 г/л. Отечественные пеногенераторы «Бакыт-1» к «Бакыт-2» имеют малые габариты по сравнению с пеногенераторамн зарубежного производства н соответственной производительности компрессор. Отечественный пеногенератор «Бакыт-1» производит пены с плотностью 60-70 г/я, возможности пеногенератора «Бакыт-2» больше, он способен выдавать пены с плотностью от 20 до 120 г/л. Параметры пен, полученных в пеногенераторе, представлены на рисунке 2.

Показатели стойкости пены из ПО нНиет» ш зависимости от её плотности и концентрации раствора

а

М Ю 7»_Ю

I Лло&кьсяь лии, «/л I

<М 1»

г

б

1-2,5 %-ный раствор; 2-5%-ныйраствор Рисунок 2

Таким образом, на основе исследования свойств лены, полученной при высоком давлении, важно отметать ее отличие от пены, полученной при атмосферном давлении:

1) в возможности получать пену и из слабоконцентрированного раствора ПО из любого объема залитого раствора пенообразователя;

2) в возможности получать пену в требуемом объеме необходимой плотности из раствора пенообразователя с одной концентрацией.

3 Физико-химические основы гидратации и твердения поризованных силикатных материалов

Структурообразованне

Сроки схватывания. Согласно требованиям Инструкции СН 277-80, начало схватывания цемента, применяемого для приготовления ячеистых материалов, должно наступать не позднее 2ч. В связи с существенными различиями в характере процессов порообразования в газобетоне и пенобетоне регламентируемое время начала схватывания вяжущего, на наш взгляд, должно быть дифференцировано. Если в газобетоне применение вяжущего со сроками схватывания менее 2-х часов может остановить процесс вспучивания, в результате чего не будет достигнут необходимый объем ячеистой структуры, то в пенобетоне, как нами установлено, можно использовать любое вяжущее, продолжительность сроков схватывания которого соответствует стойкости пены по времени.

Водопотребность. Можно отметить, что характер влияния пенообразователя «Ниет» на водопотребность 4-х исследованных цементов одинаков; с увеличением количества пенообразователя водопотребность цементного раствора уменьшается. Значительное снижение водопотребности от 36 до 25 % наблюдается при увеличении концентрации до 0,5 % ПО «Ниет».

Воздухоеочлечение. Объем воздухововлечения зависит от содержания пенообразователя, которое изменяется в зависимости от плотности пенопоризованных материалов:

- в теплоизоляционных самый высокий - около 10 %;

- теплоизоляционно-конструкционных с малым содержанием пенообразователя объем воздухововлечения невысок и находится в пределах 2-5 %.

Подвижность. Влияние ПО на расплыв конуса растворов исследовалось в зависимости от вида и содержания пенообразователей, Можно отметить для всех пенообразователей значительный пластифицирующий эффект. Установлено, что введение пенообразователя от 0,1 до 1,0 % от веса цемента повышает расплыв конуса от 114 до 125-135 мм, что составляет 10-20 %. По пластифицирующей способности пенообразователи можно расположить в ряд: "№срог">"Ес1ал)а">"Ниет".

Пластическая прочность. Согласно Инструкции СН 277-80 резку яченстобетонных изделий необходимых размеров производят после приобретения пластической прочности 300-350 г/см2. В данной работе достижение требуемой пластической прочности исследовалось в зависимости от способа получения пены, от вида пеноконцешрата, плотности пены, концентрации раствора пенообразователя и от плотности пеяопоризованной смеси.

Установлено, чем выше плотность пенопоризованной смеси, тем быстрее рост пластической прочности. Достижение одной и той же пластической прочности в более короткие сроки пенопоризованными материалами объясняется использованием пены из пеногенератора.

Установлено, что с увеличением концентрации раствора ПО рост пластической прочности происходит за более продолжительное время. Причем, чем ниже плотность пеноггоризованного материала, тем больший разрыв времени достижения пластической прочности.

Установлено, что время достижения требуемой величины пластической прочности в зависимости от плотности поризованных силикатных материалов сокращается от 2 до 4 часов при соответствии величины плотности пены плотности поризованных силикатных материалов.

Физико-химические процессы при гидратации и твердении

Фосфорношлаковые вяжущие. Известны высокие прочностные и эксплуатационные показатели шлакощелочных вяжущих на основе

доменных и элехтротермофосфорных шлаков, достигаемые за счет активизации шлаков солями щелочных и щелочноземельных металлов. В работе получены вяжущие на основе электротермофосфорных шлаков, не уступающие по физико-механическим свойствам шлакощелочным за счет совместного (одновременного) введения щелочных солей разной природы и щелочи. Такой способ введения позволяет значительно снизить расходы щелочных активизаторов. Гидратационная активность полученных вяжущих достигается воздействием труднорастворимых солей - продуктов обменных реакций анионов солей разной природы и катионов кальция шлаков.

Полученные таким образом соли можно отнести к твердым основаниям (по Танабе), действующим по принципу кислотно-основных катализаторов, воздействие которых коррелируете» анионами солей. Установлено, что при этом прочность вяжущих с учетом образующихся труднорастворимых кальциевых соединений твердых оснований меняется в ряду (МПа): СаШ*(70) > CaFz(60) > Са,(Р04)2 (50). Этот рад соответствует ряду значений констант диссоциации кислот, образующих в системе соответствующие твердые основания: Kh,C0i (4,45-10"1) < Кнт{6,б-10"4) < К н3ро, (7,5-10'*) < Kmjsch (1-103).

Установлено, что значения рН растворов 2 %-ной концентрации солей Na^COj, NaF, NaiPO*, Na^SO« составили соответственно 9,2; 7,4; 7,1; 6,7; при добавлении к ним раствора NaOH (1 %) показатели рН увеличились соответственно до 11,6; 12,7; 13,0; 13,2. В силикатных системах на основе фосфорного шлака с композициями «NaOH-соль» через 1 сутки снижение рН происходит следующим образом: 9,7; 10,3; 11,0; 11,8.

Такая последовательность в воздействии твердых оснований связывается с соответствующим понижением рН шлахощелочной системы, что, в свою очередь, ускоряет основные реакции гидратации силикатов.

В качестве исходных вяжущих для силикатных материалов применяли также зги соли в композиции с портландцементом 4 %. Прочностные показатели вяжущих, активизированных этой композицией, через 28 суток нормального твердения составили 40-70 МПа, при ТВО по режиму 2+8+2 ч при 95 °С - 50-80 МПа.

Предложенные вяжущие имеют сроки схватывания, соответствующие требованиям нормативов.

Результаты дифференциально-термического, ИК-спекгрального и рентгенографического анализа показали, что основными кристаллическими новообразованиями во всех рассмотренных вяжущих являются гидросиликаты кальция типа ксонотлита, гиролита, гиллебранднта и фошагита. Учитывая присутствие в системе ионов натрия, можно предположить образование натриевокальцневых гидросиликатов, однако идентифицировать их не удалось, возможно, из-за незначительного их содержания. Введение солей активаторов -приводит к образованию следующих соединений: с содой-кальцита и арагонита; с сульфатом натрия

- полуводного гипса и ангидрита; с фосфатом натрия*- фосфата кальция, пирофосфата кальция (СаН2Рг07) и фторидом калия - фтористого кальция.

В присутствии солей натрия степень гидратации фосфорного шлака, а, следовательно, и прочность шлакового вяжущего определяется природой аниона соли. По эффективности действия на степень гидратации в условиях теплоалажностной обработки соли могут быть расположены в ряд: фторид калия > сода > фосфат натрия >сульфат натрия. Степень интенсивности образования низксюсновных гидросиликатов при введении тех же солей в нормальных условиях формирует другой ряд: сода > фторид калия > тринатрийфосфат > сульфат натрия.

При введении активаторов уплотнение структуры шлакового камня происходит за счет развития низкоосновных гидроснликатов и образующихся твердых продуктов, вероятно, играющих роль твердых оснований, содержание которых колеблется в зависимости от вида вводимой соли и условий твердения.

Портландцемент. Установлено, что гидратация портландцемента с добавкой пенообразователя в суспензии, в тесте и в пенобетоне существенно отличается друг от друга.

Сразу после суспензирования препарата без добавки наблюдается помутнение суспензии, что обусловлено образованием гелеобразной массы на поверхности зерен цемента.

Через сутки в системе появляются игольчатые кристаллы силикатных гидратных фаз размером 9.. Л 4 мкм с оптическим показателем п=1,501...1,503. Отчетливо появляются кристаллы извести в виде шестигранника размером 15...23 мкм с показателем светопреломления п?= 1,573; пр=1,545. Встречаются гексагональные кристаллы гидроалюминага кальция с оптическими показателями

п„=1,573; пР=1,511 и появляются новообразования красновато-бурого цвета. Толщина гидратированного слоя на поверхности зерен цемента достигает 2...4 мкм.

Через 28 сут содержание гидросиликатов и гидроалюминатов кальция возрастает. Появляются кристаллы кальцита с показателем светопреломления пг=1,657; пр=!,488. Среди новообразований размеры кальцита самые крупные и достигают 25...38 мкм. Толщина слоя вокруг остаточного зерна цемента составляет 8...10 мкм.

Через 60 и 92 сут новые гидратные фазы не появляются. Существующие кристаллы гидратов заметно увеличиваются в размерах. Возрастает содержание гидроснликатов кальция в виде гелеобразных масс и кристаллов. Последние встречаются преимущественно в игольчатом и пластинчатом виде. Содержание гидроалюминатов кальция примерно такое же, как через 28 сут, а количество извести существенно уменьшается. Тем временем содержание кальцита существенно возрастает. Толщина гидратных фаз вокруг зерен цемента колеблется в пределах 10... 13 мкм.

Анализируя характеристики суспензий с добавкой ПК, можно сказать, что количество и наличие добавки ПК не влияют на фазовый состав новообразо ваний:

- с повышением содержания ПК до 1,5 % от массы цемента количество продуктов гидратации возрастает и сопоставимо с их количеством в суспензии без добавок и выше соответственно.

Кроме того, в присутствии ПК в суспензии преимущественно образуются гелеобразные и скрытокристалляческие гидратные фазы, размеры которых меньше габитусов этих новообразований, возникших в суспензии без добавок.

Гидратация портландцемента в тесте с добавкой ПО «Иеорог», «Мата», «Ниет» показала следующие особенности. При малых концентрациях пенообразуюшие добавки ускоряют гидратацию цемента, а при повышенном содержании, наоборот, замедляют. При этом наиболее активно действует «ЕЛата». Установлено, что скорость гидратации цемента при 0,5 %-ной добавке возрастает в 1,6-2,5 раза по сравнению со скоростью гидратации цемента без добавки. Наибольшее снижение скорости гидратации цемента (на 50 %) отмечено яри 4%-ной добавке. При малых концентрациях пенообразующих добавок в твердеющем цементном камне преимущественно образуются низкоосновные гидросиликаты кальция, при повышенных концентрациях - высокоосновные гидросиликаты хальция. В том и другом случаях возникают гидроалюминаты кальция в различной форме. Концентрация пенообразующих добавок оказывает существенное влияние на содержание извести. Выявлено, что при малых концентрациях ПО содержание извести в твердеющей системе значительно возрастает, а при повышенных -уменьшается. Установлено, что физико-химические процессы, происходящие в пенопоризованных силикатных материалах, существенно отличаются от процессов в тесте.

В таблице 5 представлены данные о количестве связанной воды в пеноматериале с у=400 кг/м3 в разные сроки твердения, полученные путем изучения кривой динамического взвешивания методом термогравиметрии.

Установлено, что в первые сутки твердения общие потери массы составляют 12,8 %, через 28 сут - 23,0 %, а через 720 сут - 28,7 %. В интервале нагревания 50...400", 550...800е и 800-900 °С количество связанной воды в новообразованиях возрастает с увеличением сроков твердения. В интервале 400...550 °С изменение потери массы происходит следующим образом: к 28 сут твердения содержание связанной воды возрастает, достигая 11,59 %, что обусловлено содержанием Са(ОН)2 в системе, а затем при дальнейшем твердении уменьшается, что объясняется нарастанием процесса карбонизации извести с образованием кальцита.

Таким образом, основная часть гидратационной воды связывается в новообразованиях в течение 28 сут, а затем темп связывания воды уменьшается.

Содержание связанной еоды в пенобетоне со средней платность» 400 кг/л?, %

Сроки теердення, сут Потер* массы по ТГ, %, в интервале нагревания, "С

50...400 50__550 (400...550) 50...800 (550„.800) Б 50...900 (800_.900)

1 2,0 6,30(4,30) 8,5 (2,2) 12,8(43)

7 2,77 9,40(6,63) 13,1 (3,7) 17,6(4,5)

28 3,40 11,59(8,19) 15,5(3,91) 23,0(7,5)

60 3,70 10,53(6,83) 17,0(6,47) 25,0 (8,0)

90 3,74 10,47(6,73) 17,20(6,73) 25,4 (8Д)

360 3,82 10,0(6,18) 17,90(7,90) 26,5 (8,6)

720 3,88 5,0(1,12) 19,8(14,8) 28,7(8,9)

Установлено, что наибольшая потеря массы при нагревании происходит в интервале 400...800 °С, наименьшая - в интервале 50...400°С.

На терметраммах (рисунок 3) обнаруживается четыре эндоэффекта, характерных для гидратных фаз. С увеличением продолжительности твердения пенобетона пик на термограммах в интервале 120-150 °С претерпевает ряд изменений. До 28 сут интенсивность пика возрастает, что обусловлено повышением содержания гидратных гслсобразных фаз, затем она падает.

При дальнейшем твердении величина этих эффектов увеличивается н на термограммах появляется в виде дуплетов. Кроме того, с увеличением продолжительности твердения эндотермические эффекты сдвигаются в сторону повышенных температур я становятся острыми я глубокими.

На термограммах между 460...490 "С появляются эидозффехты, связанные с Са(ОНЬ. Установлено, что с увеличением продолжительности твердения пенопоризовакных силикатных материалов, интенсивность эндоэффекта Са(ОН)г возрастает (до 28 сут), а затем падает, постепенно смещаясь в сторону больших температур.

Термическая кривая высохоосновных гидросиликатов кальция характеризуется двумя эндотермическими пиками при 635...680 °С. Причем первый эндоэффекг со временем исчезает, а второй переходит с 670 на 680 °С.

Установлено, что последние эвдоэффекты на термограммах пенопоризовалных силикатных материалов, фиксируются при 830...860°С, характерных для СаСОз и низкоосновных гидросиликатов кальция. При этом заметно, что с возрастом пеносиликатных материалов интенсивность лика, характерного для СаСО$ существенно

возрастает и он становится глубоким и острым. Это обусловлено продолжающейся карбонизацией пенопорнзованного силикатного материала. На наш взгляд, эвдоэффект при 860 °С принадлежит к низкоосновным гидросиликатам кальция, поскольку он начинает появляться в пенопоризованных силикатных материалах после 60 сут и более продолжительного твердения. Причем, с возрастом пенобетона интенсивность этого пика значительно возрастает.

Термограммы пенаматершша с у- 400 кг/м3

У - ¡сутки; 2-7 суток; 3-28 суток; 4-60 суток; 5 - 90 суток; б- 360суток; 7- 720суток

Рисунок 3

В целом можно обобщить, что в пенопоризованных силикатных материалах с у=400 кг/м3 преимущественно образуются гелеобразные массы и кристаллические гидросиликаты кальция, пластинчатые кристаллы гидроалюминатов кальция, кальцит, а также Са(ОН)2. Причем, ПАВ в большей степени влияет на наличие и формирование структур Са(ОН)3.

Формирование продуктов твердения порнзованных силикатных материалов у=1800 кг/м3 обусловлено следующими физико-химическими реакциями при ДГА (рисунок 4).

Термограммы мелкозернистого бетона с добавкой пены с г=1Ш кг/м*

I - } сутки; 2-7 суток; 3 -38 суток; 4-60 суток; $-90суток; 6 - 360 суток; 7-720 суток

Рисунок 4

Установлено, что зндоэффекты при 110...180 °С связаны с дегидратацией геля С5Н, гидросульфоалюмината и гидроагаомината кальция.

Потери массы порнзованных силикатных материалов с плотностью 1800 кг/м3 показаны в таблице б.

На основе анализа ДТА и ТГ пенобегонов с различной плотностью установлено следующее:

- средняя плотность порисованных силикатных материалов не влияет на качественный состав продуктов гидратации, однако, существенно влияет на количественный состав, структуру и морфологию новообразований;

- на кинетику физико-химических процессов, происходящих в порнзованных силикатных материалах, решающую роль оказывает концентрация составляющих гидратируемого цемента и воды в единице объема, т.е. с понижением средней плотности-поризованных силикатных материалов скорость гидратации цемента возрастает;

Таблица 6

Результаты термовесового анализа поризоеанного материала __плотностью у ж 1800 кг/м3. %_

Сроив твердения, сут Потеря массы по TF, %, в интервале нагревания, "С

50...400 50...550 (400...550) 5О...800 (550...800) Общие J0...900 (S00...900)

1 0,8 4,3(3,5) 5,2(0,9) 5Д0>)

7 1.8 5,0(3,2) 6,8(1,8) 6,8(0)

28 2,0 5,5(3,5) 7.0(1,5) 7,0(0)

60 2,1 5,2(3,1) 7,6(2,4) 7,6(0)

90 2,2 4,9(2,7) 7,8(2,9) 8,0 (ОД

360 2,6 4,5(1,9) 8,1 (3,6) 8,1 (0)

720 2,8 4,2(1,4) 9,5(5,4) 9.6(C)

- содержание связанной воды в поризованных силикатных материалах уменьшается с увеличением его плотности, при этом в зависимости от продолжительности твердения со средней плотностью 400 кг/м3 оно колеблется в пределах 12,8...28,7 %, при 1000 кг/м1 - 7,0...15,2 %, при 1400 кг/м3-6,3.... 11,9 %,при 1800 кг/м3 -5,2...9,б %;

- максимумы эндотермических эффектов в интервале 50...400 "С на ДГА с повышением плотности поризованных силикатных материалов смещаются в сторону больших температур (с 110° до 230 что обусловлено формированием новообразований с более совершенной структурой в плотных материалах;

- максимумы эндотермических эффектов в интервале 460...540 °С, характерные для извести с повышением плотности материала, смещаются в сторону увеличения температур;

- максимумы эндотермических эффектов кальцита и отчасти низкоосновных гидросиликатов кальция (810...880 °С) в зависимости от плотности поризованных силикатных материалов изменяются следующим образом: при его низкой плотности пики на ДТА появляются яри повышенных температурах, с увеличением плотности материала, наоборот, при пониженных температурах. Это свидетельствует о том, что для образования кальцита более благоприятные условия в поризованных материалах с пониженной плотностью;

- экзотермические эффекты, характерные для CSH(I) появляются на термограмыах в области интервала 840...860 °С. При этом в поризованных материалах со средней плотностью (400... 1000 кг/м3) формируются, вероятно, гидросилихаты со стехиометрической формулой CaO SiOf (0,8...1,25)Н20, а в более плотных пенобетонах CaO-SiOf (I,25...1,33)HiO, т.е. в первом случае гидратные фазы образуются

с меньшим содержанием химически «тапкой воды, а во втором - с большим содержанием.

4 Метод подбора состава смеси порисованных силикатных материалов

Общие условия формирования устойчивой пен опоризовапно й смеси независимо от способе получения пены. Критерием формирования оптимальной пористой структуры является обеспечение ее устойчивости. Для получения проектируемого пористого материала необходимо решить две задачи:

1) сформировать оптимальную структуру ячеистого бетона с требуемой плотностью (пористостью);

2) сохранить ее до завершения затвердевания, т.е. обеспечить устойчивость (стабильность) твердеющей пенопоризованной смеси.

Задаче построения моделей оптимальной структуры пористого тела, за эталон которой принято твердое тело кристаллической структуры (построение подобно атомам или ионам в кристаллах) посвящены достаточно обширные исследования.

Исследователи, занимающиеся разработкой ячеистых материалов, обязательно сталкиваются с проблемой обеспечения устойчивости структуры твердеющей системы. Анализ литературных данных в этой области показывает, что решение данной проблемы сводилось к соответствию пены и цемента требованиям действующей Инструкции.

Как указывалось ранее, согласно требованиям Инструкции СН 275-80 для приготовления пенобетонов, используется цемент, начало сроков схватывания которого не превышает двух часов и предъявляются требования к следующим показателям пены: кратности и стойкости, характеризуемой коэффициентом использования пенообразователя.

Важно отметить, что в действующей Инструкции требования к пене были разработаны без учета ее отличительных особенностей, как от способа вспенивания, так и величин ей собственной плотности, а также свойств пены в пенобетонах с разной плотностью.

Рекомендуемые подборы составов пенобетонов и требовзния к ним распространяются на ячеистые материалы с плотностью 600-1200 кг/м3. В то время как применяются ячеистые материалы, плотность которых ниже 600 кг/м3 и выше 1200 кг/м\ поэтому в данной работе, учитывая вышеперечисленные пробелы, изучались свойства пенопоризованных силикатных материалов, включая плотности 400-1800 кг/м', на основе разработанного пенообразователя, растворы которого были вспенены двумя способами.

В отличие от требований действующей Инструкции, СН 277-80 в данной работе обоснована допустимость применения цементов и вяжущих с началом сроков схватывания до 4-х часов, на основе установленных нами

различий в показателях стойкости пены от их плотности и зависимости пластической прочности от плотности пенобетона, в связи с чем исследованы возможные варианты использования таких вяжущих и определены условия обеспечения устойчивости структур при их применении. Как показал анализ процесса вспенивания при давлении 0,1 МПа требования, предъявляемые к пенообразователю в действующей Инструкции для ячеистых материалов, являются следствием узкого интервала вспенивания пены в пеномешалке. Как показано в таблице 3 плотность получаемых при этом пен составляет 35-66 г/л в зависимости от концентрации раствора. При атмосферном давлении без обеспечения его выхода в требуемом объёме были получены пены с плотностью 120 г/л.

С учетом всех вышеперечисленных факторов разработаны условия формирования устойчивости ячеистой структуры в зависимости от проектируемой плотности пенобетона. Условия устойчивости этих пенобетонных смесей были разработаны для двух технологий приготовления пены, при теоретическом допуске условия обеспечения пен с разной плотностью в требуемом объёме.

Разработанные основы устойчивости пористых структур являются условиями обеспечения для формирования пенопоризованных смесей с плотностью 400-1800 кг/м' и методом подбора для пснобстонов с соответствующей плотностью. По предлагаемой методике получение пенобстонов с заданной плотностью регулируется плотностью пены с обязательным контролем ее регламентируемых показателей: времени осадки на 1 см и объема отхода жидкости из пены за 1ч. Выбор величины плотности пены осуществляется в зависимости от способа её вспенивания и соответствием показателей её стойкости по времени продолжительности срокам схватывания вяжущего (из расчётного расхода пенообразователя для данной плотности пенобетона).

Таким образом, предлагаемый метод подбора состава поризованных силикатных материалов учитывает: во-первых, свойства вяжущего и пены, во-вторых, условия обеспечения устойчивости порадованной смеси в зависимости от плотности, в-третьих, отличительные особенности способа приготовления пены, что обуславливает его эффективность.

Разработанная методика подбора состава пенобетонной смеси реализуется с помощью номограммы, учитывающей все определяющие параметры (рисунок 5). Номограммой пользуются следующим образом: например, для пенобетона с плотностью 800 кг/м3 (на рисунке, точка №1) требуется пена, полученная в пеномешалке (кривая 0,1) плотностью 60 г/л, осадкой пены на 1 см через 0-30 - 1-00 ч-мин и отходом жидкости 10-20 % (через 1час) при сроках схватывания вяжущего не более 2-х часов.

Для пенобетона с плотностью 1600 кг/м3 (иа рисунке 5, точка Кз2) требуется пена, полученная в пенргенераторе (кривая 0,8) плотностью 112 г/л» осадкой пены на 1 см через 0-30 - 1-00 ч-мин и отходом жидкости 4050 % через 1 час при сроках схватывания вяжущего не более 2-х часов.

Номограмма для подбора состава пенобетона (на вяжущем со сроками схватывания до 2-х часов)

Рисунок 5

5 Строительно-техиическне свойства порязовдняых силикатных материалов

Теплоизоляционные материалы (ТИМ) (7=500 ю/м* и ниже).

Средняя плотность является основной характеристикой теплоизоляционных силикатных материалов и предопределяет многие физико-механические, теплотехнические и эксплуатационные их свойства.

При прочих равных условиях средняя плотность ТИМ на основе ФШВ несколько ниже, чем на основе портландцемента, что обусловлено меньшей истинной плотностью фосфорношлаховых вяжущих, чем портландцемента.

Прочность ТИМ со средней плотностью 400 кг/м3 колеблется в пределах 0,5...0,7 МПа, а при у=500 кг/м3 - 0,79-0,83 МПа. Прочность материала на основе ФШВ несколько больше прочности пенобетонов на основе портландцемента.

Долговечность ТИМ определяется прочностными свойствами, зависящими от его водостойкости.

Увеличение пористости, обусловленное ячеистым строением, способствует поглощению воды поризованными силикатными материалами. В ячеистых материалах увеличение влажности и водопоглощения являются определяющими в обеспечении прочности, в особенности при их приготовлении на основе фосфорношлаковых вяжущих.

Полученные результаты показывают, что ТИМ на основе портландцемента наиболее благоприятствуют нормальные условия твердения, а на основе фосфорношлаковых вяжущих - тслловлаясностная обработка. Причем для последних, чем выше температура тепловлаж-ностной обработки, тем больше прочность ТИМ.

Чем выше плотность поризованных силикатных материалов, тем ниже их величины сорбционной влажности и водопоглощения, что подтверждается данными таблицы 11.

Таблица 11

С'орбционная сложность

Средняя плотность, кг/м3 Сорбциошшя влажность, % при относительной влажности воздуха

75 */• 97%

тво 1 сут норм.тверд 28сут тво 1 сут норм.тверд 28 сут

400 7,5 6,4 18,2 16,8

500 6,7 6,1 13,9 11,7

Теплоизоляционные пенобетоны имеют большое количество воздушных замкнутых пор, обуславливающих их высокие теплофизические свойства.

Как показали наши исследования, величины коэффициента теплопроводности поризованных силикатных материалов с плотностью 400-500 кг/м3 гораздо ниже нормативных {таблица 12), что позволяет их использовать в качестве эффективных теплоизоляционных материалов.

Таблица 12

Коэффициент теплопроводности

Средня* плотность, кг/м1 Коэффициент теплопроводности, Вт/м°С

через 28 сут. нормального твердения СНвП И 3-79

400 0,06 0,11

500 0,07 0,11

Ячеистые пеносиликатные материалы (у=6Ш.Л2Ш кг/м1). Ках известно, основным способом приготовления ячеистого бетона в бывшем СССР был литьевой, требующий для каждой конструкции индивидуальные формы. Пеногекерзторная технология производства легких материалов с пенообразователями универсальна, ее оборудование применяется как в монолитном строительстве, так и в производстве изделий по резательному способу.

Изделия из пеносиликатных материалов на основе портландцемента и фосфорношл ахового вяжущего при использовании изученных пенообразователей имеют сравнимые показатели физико-механических свойств. Отличием является более низкая фактическая плотность пенопорнзовшшых силикатных материалов на фосфорном шлаке, что связано со средней плотностью самого материала.

Так при заданной плотности поризованных силикатных материалов 800 кг/м3 на пенообразователе «Ниет» фактическая плотность на цементе составляет 910 кгЛг, а на фосфорношлаковом - 845 кг/м}. Это характерно для всех видов поризованных силикатных материалов.

Следует отметить, что при одинаковой средней плотности поризованных силикатных материалов, влияние вида ПО на его строительно-технические свойства не существенно. Строительно-технические свойства пеносиликатных материалов на основе фосфорношлаковых вяжущих выше, чем на основе портландцемента за счет образования в первом случае преимущественно низкоосновных гидросиликатов кальция.

Для пористых материалов важны показатели сорбционной влажности, иаропроницаемосш и усадки (таблица 13).

Таблица 13

Сорбционная влажность пеносиликатных материалов

Средняя плотность, кг/м3 Сорбционная влажность, % при относительной влажности воздуха

75% 97%

тво 1 сут яорм.тверд. 28 сут тво I сут норм.тверд 28 сут

800 5.2 5.0 10.0 10.4

1000 2,0 2.2 7,0 6.8

1200 0,8 0,75 4,0 4,1

Повышенные усадочные явления в поризованных силикатных материалах являются последствием их ячеистой структуры, способствующей развитию процессов испарения и диффузии влаги.

Усадочные процессы более значительны при нормальных условиях твердения, которые прекращаются через месяц после изготовления

поризованных силикатных материалов. Прирост линейной усадки на I мм/м через 2 мес наблюдался у поризованных силикатных материалов с плотностью 800 кг/м3 (таблица 14).

Таблица 14

Усадка поризованных силикатных материалов « зависимости от условий твердения

Средняя плотность, кг/ы3 Усадка при высыхании, им/и через сутки

ТВО 1 сут норы.тверд. 28 сут норм/тверд. 60 сут

800 0,22 0,24 0,25

1000 0,16 0,17 0,12

1200 0,12 0,12 0,10

Отпускная влажность поризованных силикатных материалов после тепловлажностной обработки выше, чем после нормальных условий твердения.

Ячеистые пеносиликатные бетоны повышенной плотности в сравнении с теплоизоляционными имеют более высокие коэффициенты теплопроводности, оставаясь при этом в два раза ниже нормативных для указанных плотностей (таблица 15).

Таблица 15

Коэффициент теплопроводности ячеистых пеносиликатных материалов

Плотность, кг/м3 Коэффициент теплопроводности, Вт/м°С

через 28 сут. нормального твердения СНиПП-3-79*

800 0,12 0,29

1000 0,18 0,38

1200 0,24 0,49

Воздействие окружающей среды на пенобетон по водо- и сульфатостойкости оценивали по влиянию воды и солей сульфатов натрия и магния. Важно отметить высокую стойкость ячеистых поризованных силикатных материалов к воздействию агрессивной среды.

К ячеистым силикатным материалам с плотностью до 1200 кг/м3, используемых в наружных стенах, предъявляются требования по морозостойкости. Пенобетоны с плотностью 1200 кг/м5 выдержали без разрушения 100 циклов.

Поршованпые силикатные материалы (у=1300...1800 кг/м1). Установлено, что содержанке пенообразователя в пенобетонах с плотностью 1300...1800 tcr/м3 колеблется в пределах 0,7.-0,23 кг/м3. На среднюю плотность материала существенное влияние оказывает содержание воды в смеси, при этом В/Т влияет больше, чем В/Ц,

Марка поризованных силикатных материалов со средней плотностью 1400 кг/м3 составляет 100, при 1600 кг/м3 - 150, при 1800 кг/м3 - 200. Призменная прочность соответственно составляет, МПа: 15,4...18,9; 22,6...25,6 и 28,4...33,4. Коэффициент призменной прочности находится в пределах 0,69...0,74. Причем с повышением прочности пенобетона коэффициент призменной прочности уменьшается. Прочность поризованных силикатных материалов на растяжение при изгибе составляет 2,5—4,3 МПа, а удельное сцепление с арматурой -1,2...2,3 МПа. Начальный модуль упругости колеблется в пределах (9,8...13,8)-103 МПа. Установлено, что прочностно-деформативные свойства предлагаемых пенобетонов выше нормативных.

Плотные силикатные материалы с добавкой пены (у=выше 1800 кг/м3). Для поризованных силикатных материалов со средней плотностью выше 1800 кг/м3 пена в количестве 0,05...0,4 % от массы вяжущих оказывает пластнфицирующе-воздухововлекающее действие. Влияние пены на прочность плотных силикатных материалов исследовали на составах 1:1, 1:2,1:3.

Установлено, что пепа эффективно влияет на прочность бетона при ее содержании до 100 л/м3. Дальнейшее повышение ее содержания резко снижает прочность поризованных силикатных материалов. Оптимальное содержание пены для поризованных силикатных материалов плотностью 1900 кг/м3 составляет 60-100 л/м3.

Пределы прочности при сжатии и изгибе, начальный модуль упругости поризованных силикатных материалов плотностью выше 1800 кг/м3 за исключением относительных деформаций увеличиваются, а вид пенообразователя на основные физико-механические и деформативные свойства пенобетонов плотностью выше 1800 кг/м3 существенного влияния не оказывает.

Например, при соотношении Ц:П=1:3 прочность при сжатии с ПО «Ниет» составляет 20,1 МПа, модуль упругости - 22,4 МПа, а с ПО «Neopov», соответственно 23 и 22,4 МПа.

В таблице 16 показаны результаты количественного анализа поровой структуры с применением компьютерного комплекса автоматического анализа изображений «Видеотест» поризованных силикатных материалов с плотностью 400-1800 кг/м3. На рисунке 6 приведены иллюстрации поровой структуры пенобетона с плотностью 400 кг/м3 (пеногеиератор).

Зависимость пористости от плотности поризоеанных силикатных ма тгриалов

Плотность пенобетона, кг/м5 Пена (пеномешалка) Пена (пеногенератор)

Пористость, % Размер пор, ым Пористость, % Размер пор, мм

400 80-84 Г 10*^-4,0 84-88 Г 10^-2,5

600 72-76 1" 10^-2,0 76-80 1 10^-1.8

800 62-бВ 110-М ,8 68-72 110ч-1,6

1000 56-60 1'16"*-1,б 62-64 ГЮ^-1,4

1200 50-54 ГКГ'-М 52-56 по^-и

1400 42-46 1" л 46-50 ГНГМ.О

1600 32-38 гюмл 38-72 Г 10^-0,8

1800 22-28 по-'-о.в 32-36 ПО^-О.б

Иллюстрации пор овой структуры пенобетона су-400 кг/у

Фотоснимок струкпуръ1 пенобетона

б

О '

о.

С '

/ ч

/ /

Г 1

/

г

)

!

/

/

-

ов .ЛИ1*«

Ф.Ф.круга. (отн,«д.) Нормальное распределение

в

1

\

] 1

I \

: \ * I \

• 1 \ 1 1 ^

§1

1 II

Диаметр яш,(ткп} Норнальное распределение

Зависимость распределения частиц пор от Гистограмма распределенияпор значения фактора формы круга по размерам

Пористость - 87,93 %; средний размер пор -2234 мкм

Среднее 0.8731

Або. погрешность 0.0156

СКО 0.1839

Коэфф. вариации, % 21.06

Мода 0.9862

Медиана 0.9734

Количество клаооос 26

Шаг 0.02751

Минимум 0.2847

Максимум 1

Площадь 1.029е+010

Процент площади 87.93

Количеотео 534

Процент количества 100

Объемная доля 0.8793

Площадь поверхности 0.0005559

Удельное количество 5.189е-008

Удельная поверхность 0.001184

Средняя хорда 3377

Среднее раоотояние 3819

Среднее 2234

Або. погрешность 216.9

СКО 2557

Коэфф. вариации, % 114.4

Мода 426.2

Медиана 1212

Количество клаооос 26

Шаг 698.4

Минимум 76.97

Максимум 1.823е+0

Площадь 1.029С+0

Процент площади 87.93

Количеотео 534

Процент количества 100

Объемная доля 0.8793

Площадь поверхности 0.000555

Удельное количеотео 5.189е-01

Удельная поверхность 0.001184

Средняя хорда 3377

Среднее раоотояние 3819

Гистограмма с использованием логнормального распределения:

Диаметр зш., (ткш)

Логнормальное распределение

Среднее 1376

Або. погрешность 1.084

СКО 2.593

Коэфф. вариации, % 13.19

Мода 1316

Медиана 1212

Количество клаооов 26

Минимум 76.97

Макоимум 1.823е*0

Площадь 1.029е+0

Процент площади 87.93

Количеотео 534

Процент количества 100

Объемная доля 0.8793

Площадь поверхности 0.000555

Удельное количество 5.189е-0(

Удельная поверхность 0.001184

Средняя хорда 3377

Среднее раоотояние 3819

Рисунок 6

6 Внедрение технологии поризованных силикатных материалов в производство и экономическая эффективность их применения

Технология производства поризованных силикатных материалов. Изготовление изделий из поризованных силикатных материалов включает следующие операции: подбор состава, приготовление пены и растворной смеси, их смешивание, формование изделий из пор изо ванной массы, твердение, распалубку, складирование.

В настоящее время существуют две технологии производства изделий из поризованных силикатных материалов, отличающиеся способами получения пены и приготовления поризованной массы.

По технологии, преимущественно используемой в странах СНГ, применяют гидролизованную кровь, клееканифольный, смолосапони-новый, алюмосульфонафтеновый, жидкостекольный, дегтеизвестковый и другие пенообразователи. Приготовление поризоэаякой смеси производят в трехбарабанком пенобетоносмесителе, один барабан которого предназначен для приготовления цементно-песчаного раствора, другой -для взбивания пены и третий - для получения поризованной массы путем смешивания пены и цементно-песчаного раствора.

Особенности технологии изготовления смеси с пеной по другой технологии заключаются в следующем.

Пеногенерзтор и ёмкость для смешивания пеноконцентрата смонтированы на площадке где расположена бетономешалка принудительного действия. Исходные сырьевые материалы (песок, цемент и воду) загружают в бетономешалку и перемешивают до однородности в течение 1,5-2 мин. В пеногенератор заливают воду и леноконцентрат в соотношении 40:1. Пена, полученная из пеноконцентрата путем смешивания его с водой сжатым воздухом под давлением 0,8 МПа, подается в работающую бетономешалку с приготовленным раствором.

Таким образом, главные отличия приготовления пекобегонной массы по известным технологиям заключаются в следующем. По первому варианту пенообразователь смешивают с водой в соотношении 1:5 (максимальное соотношение 1:20), а по второму - в соотношении 1:40. Пену по первому варианту получают в пеновзбивателе при атмосферном давлении, по второму варианту - в пеногенераторе под давлением воздуха до 0,8 МПа. Смешизание пены с раствором по первому варианту производится в специальном пенобетоносмесителе, по второму - в любой бетономешалке. Однако наиболее эффективны бетономешалки барабанного типа, поскольку они в меньшей степени разбивают пузырьки пены.

Опыт производства изделий на КСМК*5 АО МАК «Алматшорстрой». С 1993 года из поризованных силикатных материалов различных марок комбинатом выпускаются лотки и кольца теплотрасс, плиты перекрытий лотков, балконные плиты, телефонные

колодцы, лестничные марши и площадки (МЗОО), фундаментные блоки (МЮО и МЗОО), многопустотные плиты (М200), внутренние перегородки (М75), утеплители кровли и другие изделия.

Опит производства изделий АО «Асфальтобетон». В производственных условиях изготавливали товарный теплоизоляционный пенобетон, утеплители кровли, бесшовные полы, панели стеновые внутренние, панели стеновые наружные, объемные блоки типа «Коллаж».

Средняя плотность товарного теплоизоляционного пенобетона составляла 400-600 кг/м\ Бетон заливается на объекте, твердение в естественных условиях. Расход материалов на 1 м3 пенобетона, кг: цемент 220-330, пеноконцентрат 1,15-1,45, вода 100-120.

Стеновые внутренние в наружные плиты промышленных зданий, стеновые мелкие блоки изготавливали из поризованных силикатных материалов со средней плотностью 600-1600 кг/м3. Условия твердения: тепловлажностная обработка и естественное твердение. Расход материалов на 1 м1 пенобетона, кп цемент 370-470, песок 195-1035, вода 144-200, пеноконцентрат 0,35-1,15.

Плиты многопустотные, латки теплотрасс, плиты перекрытия лотков изготавливали из поризованных силикатных материалов со средней плотностью выше 1600 кг/м5.

Расход материалов на 1м3 пенобетона, кг; цемент 400-450, песок 10001200, вода 160-170, пеноконцентрат 0,1-0,4.

Опыт производства изделий на КСМК-4 АО «Алматыобл-тяжстрош). Из поризованных силикатных материалов изготовлены плиты перекрытия (бетон марки М200), плиты покрытая (М250), плиты забора (МЗОО), стеновые панели (М75-М100).

Реальная общая прибыль предлагаемой технологии на АО МАК «Алматыгорстрой», АО «Асфальтобетон» и АО «Облтяжстрой» составила 21,5 млн. тенге. Расчетный экономический эффект при выпуске 10 тыс-м3 в год теплоизоляционных материалов н теплоизоляционно-конструкционных изделий из поризованной смеси соответственно составит 16,0 млн. тенге и 26,7 млн. тенге.

ОСНОВНЫЕ выводы

1. Разработана ресурсосберегающая технология поризованных силикатных материалов на основе отечественного пенообразователя с прогнозируемыми механо- и теплофизнческими свойствами, управляемыми природой вводимых в них систем.

2. Силикатные материалы получены с применением эффективных вяжущих на основе низкоосновных силикатов в виде шлакощелочных, введением в систему натриевых солей с анионами разной природы, образующие с катионами кальция в твердеющей системе труднорастори-мые твердые основания. Эффективность их воздействия зависит от

создаваемой ими кислотности среды, связанной с соответствующей степенью полимеризация гидраткых фаз. Высокий уровень гадратационной активности вяжущих на основе термофосфорных шлаков связан с образованием большего количества низкоосновных силикатов тигаСвнр).

3. Получен отечественный пенообразователь на основе белкового сырья, с учетом его природы установлен концентрационный предел градиентов, технологические параметры, регулируя которые разработан его оптимальный состав. Отечественный пенообразователь «Ниет» имеет следующие свойства:

- вязкость оптимального состава при 2,5 %-ной концентрации - 0,0124 пуаз;

- поверхностное натяжение 2,5 %-ного раствора ПО - 52,25 зрг/см2, 100 %-ного - 57,9 эрг/см2, рН - 2,5 %-ного раствора -6,55, а самого пеноконцентрага составил 6,23.

4. Установлены отличительные особенности пен в зависимости от способа вспенивания. Способ внесения воздуха в систему: в пеномешалке или в пеногенераторе влияет на параметры качества жидкой строительной пены. В пеногенераторе при давлении воздуха 0,8 МПа по сравнению с 0,1 МПа в пеномешалке достигается более высокая степень диспергирования жидкости, повышающая качество пены. Стойкость пены увеличивается в два раза. Выход пены в пеногенераторе составляет 100 % независимо от концентрации раствора, заполняемое™ пенообразующего устройства в пеногенераторе и величины заданной плотности в отличие от пеномешалхи, где при плотности пены 100-120 г/л выход пены составляет 35 %. Кроме того, метод диспергирования жидкости воздухом под давлением 8 атм дает при равных показателях раствора пенообразователя качество пены, составляющее 100 против 20. Некоторые параметры качества пен предложено учесть в существующей нормативно-технической документации пеноматериалов.

5. Установлена закономерность формирования устойчивой ячеистой структуры пенобетона в зависимости от проектируемой плотности. Определены функциональные роли раствора (тесла) и жидкой пены, их влияние на формирование пенсбетонной смеси, что позволило выявить зависимость между ними и устойчивостью ячеистой структуры. Определяющим условием, обеспечивающим устойчивость формируемой силикатной системы, является соответствие кинетических процессов в пене и струкгурообразования вяжущего, а необходимым условием получения ее с заданной плотностью является соответствие и по величине плотности пены. Главными показателями для формирования устойчивой ячеистой структуры с заданной плотностью являются, с одной стороны: показатели объёма отходящей внутрипленочной жидкости за 1 ч и осадки пеиы с величиной, выбираемой при этом плотности пеиы; с другой стороны: сроки схватывания вяжущего.

пены с величиной, выбираемой при этом плотности пены; с другой стороны: сроки схватывания вяжущего.

6. Установлены отличия механизм« гидратации и твердения модифицированных вяжущих в тесте н пенобетоне. Модифицированные вяжущие в тесте в присутствии малых концентраций пенообразователя (до 1 %) гидратируются в большей степени, чем при больших концентрациях.

В пенобетоне гидратация модифицированных вяжущих ускоряется с повышением концентрации, а с понижением, наоборот - замедляется.

7. Установлено, что:

- средняя плотность пенобетона мшит не на качественный состав продуктов гидратации, я на количественный состав, структуру и морфологию новообразований; на кинетику физико-химических процессов, происходящих в пенобетоне;

- с понижением средней плотности пенобетон« скорость гидратации цемента возрастает;

- содержание связанной воды ь пенобетоне уменьшится с увеличением его плотности. В пенобетоне со средней плотностью 400 кг/и оно колеблется в пределах 12,8...28,7; при 1000 кг/ы3 -7,0... 15,2; при 1400 кг/ы3 - 6,2... J 1,9 %; при 1800 кг/м3 - 5,3...9,6 %;

8. Установлены основные физико-механические, теплотехнические и эксплуатационные свойства теплоизоляционных, конструкционно-теплоизоляционных и конструкционных бетонов:

- марка теплоизоляционных материалов - М 10-М 25, конструкционно-теплоизоляционных М75-М100 и конструкционных - выше М100.

коэффициент теплопроводности теплоизоляционных материалов составляет - 0,11 Вт/м-К, коыструкцнокно-теплоиэоляционных - 0,16...0,38 Вт/м-К, конструкционных - 0,45...0,53 Вт/м-К.

- коэффициент паропрокнцаемосм в зависимости от плотности пенобетонов колеблете* в пределах 0,2б...0,05 мг/м-ч-Па, а сорбционная влажность при относительной влажности воздуха 75 % - 7... 10

- пенобетоны обладают повышенной водо, морозо- и сульфато-

стойкостью.

9. Разработаны н внедрены * производство принципиально новые технологии теплоизоляционных, конструкционно-теплоизоляционных и конструкционных материале» с заданными физико-механическими

свойствами.

Технология внедрена на КСМК-5 АО МАК «Алматыгорстрой», КСМК-4 АО «Облтяжстрой» и АО «Асфальтобетон».

Новизна технических н технологических решений защищена авторскими свидетельствами и предварительными патентами.

Разработана нормативно-техническая основа внедрения пенобетонов. Экономический эффект от внедрения разработанной технологии составил 21,5 млн. тенге.

Основные публикации по теме диссертации:

Книга:

1. Современные пенобетопы - СПБ: Петерб. гос. ун-т путей сообщения, 1977 - 161с. (соавторы: Солтамбеков Т.К., Естемесов З.А.).

2. Фосфорношлаковые вяжущие и материалы. - Алматы. - 1997.-550 с. (соавторы: Сейтжанов С.С., Естемесов З.А., Жунусов С.Ж., Куртаев А.С., Урлибаев Ж.С.).

Статьи:

3. Технология и свойства пенобетона - Труды нн-та НИИстромпроект. -1996. - C.179-I83, {соавторы: Естемесов З.А., Махамбетова У.К., Жунусов С.Ж., Солтамбеков Т.К.).

4. Об основных свойствах неопорбетона- Цемент. - 199б.-№ I-C.28-30. (соавторы: Естемесов З.А., Абуталнпов З.У.).

5. К вопросу о подборе состава неопорбетона. // Молодые ученые, аспиранты и докторанты Петербургского Государственного университета путей сообщения/ Под. ред. В.В. Сапожникова в Л.Н.Павлова. - С-П., 1996,- С.Ш-120. (соавтор: Естемесов З.А.).

6. Особенности химической активизация электротермофосфорных шлаков // Комплексное использование минерального сырья,- 1981.-№ 4-С-64-68. (соавторы: Сычев М.М., Сватовская Л,Б., Куатбаев К.К.).

7. Активация электротермофосфорного шлака композиционными добавками // Эффективность внедрения систем управления качеством продукции на предприятиях и в объединениях Минстройматериалов УССР и перспективы их развитая: Сб. трудов КИСИ - Киев, 1985. - С. 123-125. (соавторы: Захарова М.В., Сватовская Л.Б., Сычев М.М.).

8. Фосфорношлаковые вяжущие нормального твердения, активизированные комплексными добавками //Сб.тр. ВНИИстром. 1985. - С.43-51. (соавторы: Сычев МЛ, Захарова М.В., Сватовская Л.Б.).

9. Фосфорношлаковые вяжущие, активизированные комплексными добавками //Информационный листок о научно-техническом достижении. КазЦНТИС Госстроя КазССР,- 1986.- № 12. (соавторы: Захарова М.В., Полякова B.R и др.).

10. О некоторых свойствах фосфорношлаковых вяжущих, активизированных комплексными добавхами//Комплексное использование минерального сырья. - 1987 - № 8. - C.7S-81. (соавторы: Сычев М.М., Захарова М.В., Сватовская Л.Б.).

11. О фазовом составе продуктов гидратации в системе «Фосфорный шлак - соль» //Сб.трудов /ВНИИстром. - 1987. - С.22-33. (соавторы: Захарова М.В., Сычев С.С., Сватовская Л.Б.).

12. Влияние природы некоторых добавок на активность фосфорношлаковых вяжущих//Ускорение научно-технического прогресса в промышленности строительных материалов и строительной индустрии: Сб. трудов - Белгород, 1987. - С.64-65. (соавторы: Захарова М.В., Сычев М.М., Сватовская JIB.).

13. Зависимость активности фосфорношлаковых вяжущих от продолжительности тепловлажностной обработки // Комплексное использование минерального сырья. - 1988. - № 1. - С. 131-136. (соавторы: Захарова М.В., Сычев ММ., Сватовская JU».).

14. Концепция твердых оснований в проблеме активированного твердения // Цемент.- 1990.- № 10.-С. 18-21. (соавторы: Сватовская Л.Б., Сычев ММ., Герке С.Т.).

15. Влияние пенообразователей на процессы твердения легких материалов// Состояние и перспективы в строительной науке: Труды науч. конф. 1-4 июля 1997 г, -Алматы.-1997.-С.87-91. (соавторы Естемесов З.А., Солтамбеков Т.К.).

16. Исследования пенобетона на отечественном пеноконцетрате// Строительные и технологические проблемы: Труды Межд. науч.-практ. конф. 5-7 июня 1997 г. -Бишкек, 1997.

17. Особенности процессов гидратации легких материалов с пенообразователями //Цемент. - 1998.- № 1 - С.35-37. (соавторы Естемесов З.А., Солтамбеков Т.К.).

18.Теоретические предпосылки получения отечественного пенокои-центрата//Тр. ин-таНИИстромпроект.-1996.-С.178-182.(соавтор: Естемесов З.А.)

19. Новые пенообразователи для цементных смесей. //Цемент.- 1996.-Jfe 4. - С.36-37.

20. Уточненный метод подбора состава пенобетона // Цемент. - 1998.-№ 2.- С.30-31. (соавтор: Естемесов З.А.).

21. Проблема повышения теплофшнчесхих свойств пенобетонов // Труды Межд. науч.-техк.конф. 22-26 октября 1998.- Шымкент.-С.235-236. (соавторы: Бондарева В.М., Султзнбеков Т.К., Естемесов ЗА.).

22. Foamconcretes of lowered densiti II The 4th Beijing international symposium on cement and congrete .-Beijing, China. - October 27-30,1998. S-163-165. (Litvac V.D., Sultanbecov T.C., Bondareva V.M., Estemesov Z.A.).

23. Влияние условий твердения на теплопроводность пенобетонов// Цемент.- 1998.-№5,6.-С.35-36. (соавторы: Бондарева В.М., Естемесов З.А., Султаябеков Т.К.).

24. К проблемам устойчивости пенобетонной смеси //Цемент.- 1998.-№ 3.- С.31. (соавтор: Естемесов З.А.).

25. Дериватографические исследования продуктов гидратации пенобетона II Цемент.-1999.-№ 2,С.31-33. (соавторы: Султанбеков Т.К., Естемесов З.А.).

Авторские свидетельства:

26. A.C. 1232657 СССР. МКИ}, В 7/14. Вяжущее - 4 с. (соавторы: Захарова М.В., Сычев М.М.).

27. A.C. 1253963 СССР. МКИ3, В 7/14. Вяжущее - 4 с. (соавторы: Миронов Ю.К., Захарова MJ3., Сватовская Л.Б.).

28. А-С. 1310355 СССР. МКИ3, В 7/14. Вяжущее - 4 с. (соавторы: Захарова М.В., Полякова В.И., Сватовская Л.Б., Сычев М.М.).

Предпатенты:

29. Способ приготовления белкового пенообразователя для бетонной смеск/ТПредпатент НЛВ РК 4б53Д>юл.Х»2, 1997. (соавторы: Естемесов З.А., Солтамбеков Т.К.).

30. Предпатент на изобретение по заявке 970918.1-2632/2. Состав для монолитной теплоизоляции (соавторы Естемесов З.А., Литвак В.Д.).

31. Предпатент на изобретение по заявке 980065.1-3362/2 Состав для получения пенобетона (соавторы Естемесов З.А., Литвак В.Д,).

32. Предпатент на изобретение по заявке 980064.1-3362/2 Состав для получения пенобетона (соавторы Естемесов З.А., Литвак В.Д.).

33. Предпатент на изобретение по заявке 980136.1-3362/2 Состав для монолитной теплоизоляции (соавторы Естемесов З.А., Литвак В.Д.).

Нормативные документы:

34. Инструкция по изготовлению изделий нз неопорбетона СН РК В 2.7.5-95.- Алмягга: КазЦНТИС.- 1995. - 49 с.

35. Инструкция по проектированию монолитных зданий из пенобетона. СН РК Б.2.6 - 98,- Алматы: КазЦНТИС. - 1998.-14 с.

36. ТУ 10.05.4000.168-89. Вяжущее фосфорношлаковое щелочное. Технические условия.

37. ТУ 10.05.4000.170-89. Бетоны тяжелые на основе вяжущего фосфорношлакового щелочного. Технические условия.

38. ТУ 640 РК 30477461-04-97. Панели стеновые внутренние из пенобетона. Технические условия.

39. ТУ 640 РК 30477461-05-97. Паяели стеновые наружные из конструкционно-теплоизоляционного пенобетона. Технические условия.

40. ТУ 640 РК 30477461 -М-01 -97. Пенобетон. Технические условия.

41. ТУ 640 РК 30477461-М-02-97. Смеси пенобетонные. Технические условия.

42. ТУ 640 РК 30477461-М-03-97. Блоки из пенобетона стеновые мелкие. Технические условия.

43. ТУ 640 РК 30477461-М-06-97. Пеноконцентрат «Нист». Технические условия (на стадии утверждения).

44. ТУ 640 РК 00283239 АО ОТ-01-99. Теплоизоляционные пенобетоны. Технические условия.

Соискатель

Т V Й I н

ГЛАХАГ.ШЕТОВА ¥ЛТУАР ЦУЛМАНКЫЗЫ

'Кеуект1 силикат затгарыньщ кдсиеттерж баск,аурдыц физико-технологиялык, непздер1"

Техника гылымдарыньщ доктор дэрежесЫе ¡здену.

Мамандыры: 05.17.11 - Керамикалык,, силикаттык, жэне циын балк,ыйтын металл емес материалдар технологиясы жэне 05.23.05 - ^рылыс материалдары

мен ен1мдер1

Кеуект1 силикат затгарын жасаудыц рылыми -практикалык» непзше талдау жасалынран. Осыеан сэйкес кеуек жасайтын к,осымшалардьщ арк,асында к,ататын системаньщ физико-технологиялык, жэне физико-химиялык, процестер!н басцарудьщ перспективалык» барьгты аныкдалынран.

"Ниет* деп ат к,ойылран, алдын ала патенттелЫген кебкайландыррышта квбк к,оспасын жасау тэст1 баяндалынган. Оныц жэне белгш "Гидролизданран к,ан" мен 'Едама* кебкайландыррыштарынын салыстырмалы керсетк1штер1 бертген. Олардын б1р-б1рнен айрык,ша еркштттер! белпленген.

Квбпс жасаудыц технологиялык,, физико-механик,алык, физико-химиялык, жэне гтайдалану еркш1лктер1 керсет1лген.

Жобалау тырыздылыры бойынша квбкбетоннын орнык,тылык, 'уяларыньщ цурылымыныц к;апыптасу зандылыры белпленген. Ертнд1 мен суйык, кебк-пн квбкбетон араласпасыньщ к^алыптасыуына кел-претш асер1 аналыкдалынран.

Кебкбетонныч керекчп тырыздылырын алу мына кврсепиштерге байланысты: 1 сагат ш'ичде пленка ¡илнен ииыратын суйык,тыц келемже жэне

байланыстыррыштын устасу уак,ьггына.

Модификацияланран цемент цамырыныц жэне кебкбетонда гидратация мен цату механизмшщ

йры^ша екен! керсе"плген. Кебк коспасыньщ аз мелшермщ кдтысуында цамырда модификациялык, байланыстыррыштын гидратациясы жогарылайды, кеп мелшерМц к,атысуында, керюшше, байланыс-тыррыштыц гидратациясы темендейд!.

Кебкайландыррыштын аз мелшер1 кебкбетонда, байланыстыррыштъщ гидратациясын азайтады, кеп мелшерь кермнше кебейтедк

Европа мен Казак,станда жасалынган кебж айландыррыш к,оспасы арк,ылы алынран к,аз>р!' кебкбетоннын технологиясы баяндалынган. Кебксиликаты заттарыньщ ц^рылыс - техникалык, жене пайдалану кдсиеттер! келт1ртген. Бул технология "Алматык.алак.урылысы" ЖАК,-нын КСМК-5

мекемесмде, "Облысауырк^рылыс" А К,-да жэне "Асфальтобетон* АК,-да ендрске ендршген.

Жасалынран техникалык, жэне технологиялык, жаналык,тар авторлык, куэлктер мен алдын ала патенттермен к,орралынран. Осы технолагияны ендрске ендруге кересп норматив™ документтер дайындалынран.

Усынган технологияны ендрске енд!ргенде 21528 862 мын тенге пайда табылран.

SUMMARY MAXAMBETOVA ULTUAR KULMANOVNA

"The physical-technological bases of management for properties of porous silicate materials", offered for reception of scientific doctor's degree for technical science, specialty 05.17.11 - The technology of ceramics, silicate and refractory non-metal materials, and 05.23.05 - Building materials and wares.

The scientific - practical bases of creation of porous silicate materials with controlled Mechanical-thermalphysical properties are developed, a perspective thusdirection in development of effective technologies of modem foam-stuff is offered.

The description of the patented way of preparation of domestic foam-maker "Niet" and comparative parameters with known foam-makers "Hydrolyzed blood" and "EdaMa" is given. On their basis the physical-chemical bases of reception of liquid foams are developed and their distinctive features are established depending on their way of reception.

The technological, physical -mechanical, physical-chemical and operational features of preparation of foams with two ways and foam-concrete with their application are given.

The law of formation of steady cellular structure of foam-concrete is established depending on the projected density. The functional roles of a solution (test) and liquid foam, their influence on the formation foam-concrete mixture are (determined), that has allowed to reveal dependencies between them and stability of cellular structure.. A determining condition ensuring stability formed of the silicate system is the conformity of kinetic processes in the foam and of structure-formation of binding, and a necessary condition for its recept with given density is the conformity on size of density of foam. The main parameters for formation of steady cellular structure with given density are, on the one hand; volume departing of intrafilmed liquid for one hour and size of density, chosen al it, of foam; on the other hand; terms of catch of binding.

The differences of the mechanism of hydration and hardening of modified binding in the test and foam-concrete are established. Modified binding in the test at the presence of small concentration foam-maker (up to 1 %) hydrate in the greater degree, than at the large concentration.

In the foam-concrete the hydration of modified knitting is accelerated with increase of concentration, and with downturn, on the contrary - is slowed down.

It's established, that: - Average density of foam-concrete influences not the qualitative structure of the hydration's products, and on quantitative structure, structure and morphology

new-forming; on kinetic of physical-chemical processes occurring in the foam-concrete;

- With downturn of the average density of the foam-concrete the speed of the hydration of the cemem grows;

- The contents of the connected water in the foam-concrete decreases with increase of its density. In the foam-concrete with average density 400 kg/M* it changes within the limits of 12,8... 28,7; at 1000 kg/wr - 7,0... 15,2; at MOO kg/M3 - 5,2... 11,9 at 1800 kg/w3 - 6,3... 9,6 %.

The way of selection of structures of foam-poroused materials with the account is developed: first, distinctions of ways of beating-up of foam; secondly, conditions of maintenance of stability of foam-concrete mixture depending on projected density; thirdly, own properties of foam and binding.

Are given basic physical -mechanical, thermal-techcninal and operational properties heat-insuiationai, constrective-heat-insulational and constructional concrete:

- The mark heat-insulational of materials - M-10-M25, constreciive-heat-insulationai M75-M 100 and constructional - is higher M100;

- The factor of the heat-circuit of heat-insulationa! materials makes - 0,11 Wm. K, constuetive-heat-insulational - 0,16... 0,38 VVm. K, constructional - 0,45... 0,53 Vt/M. K;

- The factor steam-permeability depending on density of foam-concrete changes within the limits of 0,26... 0,05 Mg/M.h. Pa, and sorbtional humidity at relative humidity of air 75 % - 7... 10 %;

- The foam-concrete have raised water-, frost- and sulfat-firmness.

The new technologies of heat-insulation, constuetive-heat-insuiational and constructional materials with the given physical -mechanical properties are developed and introduced into manufacture essentially. The technology is introduced on KCMK-5 Joint-stock company "MAC" "Almatygorstroi", KCMK-4 Joint-stock company "Obltjashstroi" and joint-stock company "AsphaltobsTon".

The novelty of the technical and technological decisions is protected by the copyright certificates and preliminary patents.

The standart-technical basis of introduction of foam-concrete is developed.

The economic benefit of introduction of the developed technology has made 21528,362 thousand Tenge.