автореферат диссертации по химической технологии, 05.17.11, диссертация на тему:Конвейерная технология пенобетонных блоков

ВКЩЮКЗРЕОЯ ОБЩЕСТВО ОТБЫТОГО ТИПА 111011 им.П.П.ЕУДНИКОВА"

На правах рукописи

ШШОБ АЛЕКСАНДР ГЕННАДЬЕВИЧ '

КОНВЕЙЕРНАЯ ТШШШИ ПЕНОБЕТОНШХ БЛОКОВ

05.17.II - Технология силикатных и тугоплавких неметаллических материалов

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой схепеня кандидата технических каук

Красково - 1993

Работа выполнена e ВШО стеновых и вяжущих'материалов (нчне АООТ "ВНШСТРОМ им.Ц.П.ЕУДНЖОВА";.

Научный руководитель: - доктор технических наук,

член-корреспондент ИА РФ УДАЧКИН И.Б.

Официальные оппоненты: - доктор технических наук,

профессор ВОРОБЬЕВ Х.С.

- кандидат технических наук, старший научный сотрудник СЗДЕНКО ИД.

Ведущее предприятие: Воскресенский цементный

завод

Защита диссертации состоится " 8 " толст_1993 г.

в 12 часов на заседании специализированного совета К III.05.01 • • • « •

по присуждению ученой степени кандидата технических наук в АООТ "ВНИИСТРОМ им.П,П.ЕГДНЙКОВА" по адресу: 140080, п.Красково, Московской области, ул.Карла Маркса, 117.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института. Просил Вас принять учасгие в защите и направить Ваш отзыв, заверенный печатью, в адрес специализированного совета.

Автореферат разослан "

Ученый секретарь специализированного совета

__ИШЯ_1993 Г.

dt*uuoкиш^- Н.Б.АБТОШЧЕВА

Актуальность работы. Принципиальные изменения е лШ1;пчНО;> политике, ориентация на малоэтакное строительство, увеличение объемов индивидуальной (коттеджной) застройки, развитие фермерских хозяйств трубет нового подхода в решении вопросов обеспечения строительнш.ш материалами, насыщении иш потребительскою рынка. В первую очередь рынок должен получить расширенный ассортимент строительных материалов, отвечающих современным требованиям по качеству, внешнему виду, теплозащитным и другим свойствам, позволяющих удовлетворить потребность населения. Среди таких материалов чрезвычайно перспективны!,ш являются изделия из газо- и пенобетонов неавтоклавного твердения, производство которых менее материало-, трудо- и энергоемко по сравнению, например, с керамическим и силикатным кирпичом.

Мезду тем, производство пенобетона не получило достаточно широкого развития, хоз^я он имеет ряд преимуществ перед газобетонов, сос-Т0Я1ДИХ в том, что поровая структура представлена в основной замкнутой шаровидной формой. Именно поэтому водопоглощение пенобетона в 2 раза ниже, чем у газобетона, а с этим показателем связаны морозостойкость, зеуко- и теплопроводность, лроме того, для получения газобетона необходимо вводить в состав смеси дефицитные и дорогостоящие материалы (негашеную известь и алюышиевулз пудру).

Основный! сдергивающими факторами развития тнобетоннои технологии являются относительно низкие прочностные характеристики готового продукта по сравнению с газобетоном и длительны,! период времени достижения распалубочнои прочности материала (ъ-12 часов), что связано с необходимостью лодцерлисания высокого воаотвердого отно- > шения, а такие отрицательным воздействием органических пенообразователей на процессы гидратации.

Создание технологии пенобетонных ыелкоштучных изделш, в режиме непрерывного формования на двинувшемся конвейере и твердеющих в ее-

гест-венных условиях позволит произнести полную автоматизацию и механизацию технологического процесса, отказаться от использования традиционного шрка 4орм-кассег, пропарочных камер и поэтому яеля-ется актуальны,1 и требует научно обоснованных решений по ускорению схватывания н ТЕерденкя пенобетона, с целью достижения распалубоч-ной прочности через 15-30 минут.

Целью работы является разработка конвейерной технологии пено-бетонных мелко^гучных изделии естественного твердения для малоэтажного строительства. Оснонополагавдей задачей для достижения этой цели является разработка Ея^ущих композиций, позволяющих произЕодаз распалубку и пакегировку пенобетоннкх блоков через 15-30 мнут после их приготовления.

Научная новизна работы состоит е том, что:

- разработаны составы быстросхв&тъгеаюцдахся вяжущих (БСВ) на' основе портландцемента и заранее синтезированного глиноземистого компонента с содержанием сре^неосковных аль^щнатов кальция (СА и С1гАу), обесьечиванлдие пластическую прочность пенобетона 0,08-0,15 Ша через 15-30.минут гидратации;

- основное влияние на ускоренное сторнирование структуры цемен: ного ка.\шя в пенобетоне оказывают алюминаты кальция СА и Cjg-^ е составе вящего, при гидратации которых в первые минуты твердения происходит кристаллизация и накопление в ме&зерновом цространстве ынагоЕодных гексагональных гидроаламинатов кальция, преимуцествен-но C^AHjg. вызыЕавдгх увеличение контактов соприкосновения исходны: зерен ея::уаего с гкдратнкш разами и образование коллоидно-кристаллизационных матриц;

, - установлена область ограниченного содержания двуводного гипса е составе вя:-/.уцего с пересчете на S0g-, дополнительно способствующая стр:да'урообразованию цементного каиня, за счет образования единичных игольчатых кристаллов эттрингата, пронизывающих гидро-

алюшнатные матрицы;

- обоснован ыетод подбора и расчета сост^ бор пенобетона на основе низкократных пен и БСВ, основанный на раздельной учете кидкои $азы в пснобегояной снеси через массовке отношенья т?ода затвореася цементного теста и водного раствора пенообразователя к сухой а,:ес.:, при этой в качестве критерия эффективности порообразования предложен коэффициент использования пор.

Практическая ценность работы закачается в то:.;, что в результате выполненного комплексного исследог-снгя разработаны способ получения и составы композиционного быстроехвативаящегося вя'.;у,цего„ обладающего короткими сроками схватывания (15-00 мин.) в цементных суспензиях, характеризующихся р.асплнгом по Суттарду 180-1100 ш. Разработана конвейерная технология пенобетоиных мелкештучкнх изделий естественного твердения, позволяющая производить формование г непрерывном режиме на движущемся конвейере и осуществлять автоматическую распалубку, снятие из форм и укладку изделий -в пакеты через 20-30 минут после приготовления смеси, что позволяет отказаться от использования традиционного парка $ор?.1-кассет и пропарочных камер.

Внедрение результатов работы. Результаты исследованл'1 использованы при разработке технологических регламентов для проектирования производства пенобетоиных блоков. Внедрение технологии осуществлено на СЕ "Спблок" в г.Новороссийске и АО "Агудун" в пос.^игикка Краснодарского края. Материалы диссертации использованы при разработке технических условий ТУ 5741-013-00284753-23 "Илоки стеновые пенобетонные". Расчетный годовой экономически:"! эффект от внедрения конвейерной технологии на АО "Агудун" при выпуске 395С0 к3 блоков составил более 6,5 млн .руб. по состоянии на I марта И:33 гояа.

Апробация и публикация работы. Результаты исследование доложены на научно-технических конференциях ПУЛ в 1520-1233 гг., научно-технических семинарах ВШК в 11)91-1592 гг., научно-техническом се-

динаре "Силстром" в 1333 г. Основное содержание, работы опубльковак в трех статьях. По :,.атериалаг,; работы получено решение о выдаче патента.

Структура к объем диссертации. Диссертация состоит из введена пята глав, обода выводов, списка литературы из 109 наименований, приложений и изложена на 203 страницах машнописного теиста, включая 33 рисунка и 38 таблиц.

На зздлту выносятся:

- теоретические предпосылки и результаты исследований по полу чению композиций новых вяжущих материалов, обеспечивающих схватыва емость цементных суспензий и набор пластической прочности пенобетс на 0,08-0,15 Ша через 15-30 шипуч, а такие позволяющих производит непрерывное -¿ормование изделий;

- результаты ^изико-хкмических исследований по изучению струк турооЗразованпя цементного камня при гидратации БСВ, разовый сос -тав е начальный момент твердения;

- установленные' особенности структурообразования ме;;;поровых перегородок и процесса порообразования пенобетонной смеси на осное низкократных пен и БСВ;

- способ подбора к расчета составов пенобетона, основанный на раздельной учете нпдкой ¿азы в материале;

- технологические параметры производства и физико-технические свойства пенобетона на основе БСВ;

- результаты промышленного внедрения и технико-экономической эффективности конвейерной технологии пенобетонных блоков.

ССЙЕРШИЕ РАЕОШ ' Состояние вопроса. Необходимым условием технологии непрерывно го сТормонания пенобетонных изделий является то, что готовая пенобе тонная е::.есъ, разлитая в Сор!'-" непрерывно движущегося конвейера, доляна схватываться и набирать прочность, достаточную для снятия

готовых изделий из форм конвейера через 20-30 минут после ее приготовления. Однако, достижение этого условия осложняется тем, что для приготовления пенобетона необходимо готовить формовочные смеси с избыточным количеством жидкой фазы по отношению к вяжущему, вызывающей длительный индукционный период структурообразования цементного камня в пенобетоне (8-12 часов).

Между тем, известно большое количество вяжущих композиций с высокой гидратационной активностью в начальный момент твердения. Наиболее полная систематизация данных по создании быстротвердеющих вяжущих (БТВ) приведена в трудах П.П.Дудникова, Ю.М.Бутта,И.В.Кравченко, Т.В.Кузнецовой, В.В.Михайлова, А.Мета и других исследователей. Но эти работы были направлены, в основном на использование БТВ в плотных цементных системах с низкими или нормальными В/Т и их реологические характеристики определялись по существующим стандартам при строго*ограниченном количестве воды затвореняя. Процессы, обеспечивающие именно быстрое схватывание (до 30 мин) в цементных суспензиях и в присутствии органических пенообразователей, недостаточно изучены.

Из общеизвестных теорий гидратации известно, что быстрое формирование структуры цементного камня обеспечивается увеличением количества кристаллической составляющей новообразований и удалением из зоны реакци:, водной прослойки. К таким факторам можно отнести образование и накопление в межзерновом пространстве кристаллических многоводных гидратов, способствующих созданию коллоидно-кристаллических контактов, которые, в свою очередь, будут формировать первоначальный структурный каркас цементного камня.

Известно, что силикаты кальция никогда не образуют многоводных гидратов, поэтому решающую роль в быстром формировании структуры в цементных суспензиях играют только алюминаты кальция, обладающие высокой гидратационной активностью вследствие своей искаженной

кристаллической структуры.

Из большого числа исследований цементов с алюминатами кальция следует, что сокращение сроков схватывания обусловлено физико-химическими процессами, протекающими по гидросульфоалюминатному механизму, где первоначальным., продуктом, является эттрингит. На основе этого полонения существует мнение, что для обеспечения быстрого схватывания необходимо одновременное насыщение цементной системы как ионами алюминия и кальция, так и ¿03~ для большего образования эттрингята, выступающего в роли структурирующего элемента первоначального каркаса.

Бее эти положения верны для цементных систем с ограниченным количеством жидкой фазы, но для систем с повышенным значением В/Т быстрого схватывания по данному механизму не происходит.

В основу работы положена рабочая гипотеза, согласно которой быстрое схватывание пенобетонной смеси будет происходить по гидро-алюминатному механизму за счет образования в первые минуты твердения большого количества многоводных кристаллических гидроалюминатов кальция, обеспечивающих увеличение коллоидно-кристаллизационных контактов соприкосновения между гидратныш и исходными фазами системы и связывание избыточной воды в зоне реакции гидратации. Созданию таких первичных соединений будет способствовать строго определенные величины алюминатного (А1203/Са0) и сульфатного (^QgVAI^Og) модулей вянущего.

f/атериалы и методы исследований. Исследования проводились на низко- и высокоалюшанагных портландцементах и клинкерах Новороссийского, Белгородского, Старооскольского и Михайловского цементных заводов. В качестве глиноземистых компонентов исследованы чистые мономаяерады алюминатов кальция, глиноземистый шлак Адапаевекого металлургического завода и специально синтезированный алюминатный клинкер "Алак" Подольского опытного цементного завода. В качестве

кремнеземистых микронаполнителей вшу чего применялись: пески - обский речной и кварцевый месторождения "Днигинка"; зола-унос и золо-шлакоЕые смеси Новочеркасских ТЭС. Также использовался гипсовый камень Новомосковского и Шедокского месторождений,

Физико-химические исследования осуществлялись с помощью мине-ралого-петрографкческого, термического, рентгенофазового, электрон-ноыикросжопического и других анализов. Реологические, прочностные, усадочные характеристики и морозостойкость цементных паст и пенобетона определялись на стандартных испытательных приборах, и оборудовании.

Б работе разработана и опробирована в промышленных условиях авторская методика определения и оценки подвижности цементных паст то их расплыву кольца Вика на встряхивающем столике.

Для выявления и количественного описания зависимостей между исследуемыми факторами использованы методы корреляционного и регрессионного анализов с применением стандартных статистических программ и персонального компьютера типа ГШ.

Разработка быстросхватывающихся вяжущих. Исходя из рабочей гипотезы, быстрое схватывание цементных суспензий доляно обеспечиваться за счет введения в состав цемента добавок алюминатов кальция. Проведенные исследования цементных паст на основе портландцемента и добавок мономинералов (СЛ2» СА, С^Ьу» С3А), показали, что интенсифицируют процесс схватывания СА. и С^А^ за счет образования в первые минуты гидратации гидроалюминатов кальция С^АН^-И» причем эффект действия добавок - равноположительный (табл.1).

Пассивное влияние на-схватывание добавки СА2 обусловлено низкой активностью минерала в первые часы гидратации, что согласуется с литературными данными.

Составы цемента с мономикералои С3А не обладают требуемыми

сроками схватывания, вследствие "сглаживания" индивидуальных реакций гидратации СдА и алита, где алиг несколько замедляет гидрата -цшо СдА, а это2 последний интенсифицирует реакцию взаимодействия СдЗ с водой. В итоге общая скорость реакции идет с равными, но не достаточными скоростями. Кроме того, вследствие ограниченного содержания гипса в цементе для связывания в эттрингит происходит образование кубических кристаллов СдАН£, которые в силу своего относительно небольшого объема не способны организовывать кристаллический каркас структуры цементного камня.

Таблица I

Влияние минералов алюминатов кальция в составе вяжущего на реологические характеристики цементных суспензий

Состав вякущего, % мае. цемент добавка песок

Расшшв В/Т по Сут-

тарду, -

ш начало

Сроки схватывания час - мин.

конец

Староос-кольский ПЦ 400

(СдА = 6%)

90

са2

СдА

С12А7 СА

10 10 10 10

0,43

6-00 3-00 0-18 0-21

0-27 0-25

"Пролетарий" ЕЦ 500 (СдА=4,5$)

остальное

"Алакг

5 50 0,45 235 3-00 -

10 47 210 0-21 0-26

15 45 196 0-17 0-20

5 50 0,45 227 2-12 3-00

10 47 200 0-12 0-15

15 45 183 0-09 0-12

Михайловский ПЦ 500 (С3А = 9$)

остальное

"Алак"

Таким образом, установлено, что в состав быстросхватывающих&я вяжущих (БСВ) должен еходить глиноземистый компонент с содержанием среднеосновных алюминатов кальция. Б качестве таких материалов исследованы глиноземистый щак Алапаевского металлургического завода

с содержанием СА = 60$ и специально синтезированный автором совместно с сотрудниками НИИЦемента алюминатный клинкер "Алая" (СА = « 25%, С^Ау = 50$).

Изучение кинетических особенностей схватывания цементных суспензий на основе вякущего с добавками глиноземистых компонентов показало, что интенсивность процессов структурообразования зависит от содержания количества СаЗО^г^О (С$Н2) и исследуемых добавок. Изменение содержания портландцементлого клинкера (ПЦК) от 30 до 7С$ в составе БСВ не изменяет механизм процесса схватывания, что позволяет частично заменить его на природные или техногенные микронаполнители (пески, золы).

Установлено, что для ускоренного формирования структурного каркаса в цементных суспензиях, характеризующихся расплывом по Суттар-ду 180-200 мм, необходимо граничное условие по содержанию активных минералов вякущего (СА, С^А^, С3А, Сд£, СЯ^) в пересчете на А1203, СаО и 503"*:

А1203 = х 0,3773(СдА) + ^добавки х (0,6451(СА) +

+ 0,5147(0^)) СаО = % ПЦК х (0,6227(С3А) + 0,7369(С33)) + ^гипсового камня х

х 0,3258(СЁН2) + ^добавки х (0,3549(СА) + 0,4853(С12А?)) ¿03" = % гипсового камня х 0,3490(С5Н2) где коэффициенты перед минералами показывают долю соответствующего оксида в этом соединении.

С помощью корреляционного и регрессионного анализов составлено уравнение множественной'регрессии для параметров оптимизации химического состава БСВ по окончанию схватывания ((■) цементных паст: ^ (Т) = 3,9729 - 0,7555(А1203) - 0,4882($0^~) + 0,0485(А1203)2 + + 0,2301(20д~)2 + 0,0428(А1203"^0^") Выбор содержания расчетных соединений А1203 и ¿Од" в составе вяжущего обусловлен ярко выраженной взаимосвязью мевду ними на про-

цесс быстрою схватывания (рис.1). В процессе оптимизации химического состава композиционного БСВ установ лена область допустимого содержания А120д - не менее 4%, ¿03" - от 0,4 до 1,8% при сохранении алюминат ног о модуля (А1203/Са0) не менее 0,14,

11^X10*1X1 УЖ «ч/и^Ср.ИХлПЛАД ЬП 1ШУ1 и

и сульфат кона ¿0 - в составе быстро-схватывавдегося вяжущего.(ьремя в мин.)

Особенности гидратации быстросхватывающихся вяжущих. Б ходе оптимизации БСВ выделены составы с добавок "Алак" (№30) и глине зевистого шлака (№40), а также медленно схватывающийся состав (№20) состоящий из портландцемента и песка (1:1), с целью изучения их реологических и физико-химических свойств (табл.2).

Длительный индукционный период структурообразования состава №20 (12 'часов) обусловлен недостаточным количеством новообразований в данном объеме цементной системы. Б течение I сут. образуются Са(0Н)2 и рентгеноаморфные плохо закристаллизованный гидросиликаты кальция (ГСК), которые обволакивают исходные зерна ПЦК плотной пленкой. Несмотря на интенсивную гидратацию алита в этом возрасте (табл.3), степень закристаллизованности новообразований невысокая и прочность образцов низкая (рис.2). Лишь после 7 сут.твердения отмечается плотная портландитовая структура, находящаяся в тесном взаимное прорастании с мелкозернистой массой ГСК, что обеспечивает

3,0 2,5

3 4 5 6 7 8 Содержание АЗ^Од в ECB, %

Рис.1. Номограмма зависимости Бремени конца схватывания цементных сус-

rrntiow» лт плт.™.,спг.о oommanrln ЛТ П

Таблица 2

Состав и реологические характеристики цементных суспензий

и Состав вяжущего, % мае. Расплыв Сроки Схватыва-

ла рд „„ „„„ „„„ ..„„

клинкер песок гипс ишак "Алак" тарду, мм начало конец

20 С .Л 50 _ _ 0,40 192 9-20 12-00

30 38 50 2 - 10 0,45 193 0-15 0-19

40 38 50 2 10 — 0,45 188 0-19 0-23

Таблица 3

Степень гидратации алита в цементном каше по результатам РФА

Состав

Степень гидратации алита в % через

щего, Л I час I сут. 3 сут. 7 сут. 14 сут. 28 сут,

20 — 52,37 78,83 92,20 93,32 94,43

30 17,31 40,39 86,54 90,39 96,15 97,44

40 25,88 27,63 55,29 86,47 88,24 89,94

О 7 14 28 сут О I 3 сут

Рис.2. Кинетика црочности цементного камня-на основе вянущего: I - Л 30; 2 - & 20; 3 - X 40

- 14 -

стабильный рост прочности образцов.

При гидратации БСВ с добавками "Алак" и глиноземистого шлака е первые минуты твердения наблюдается образование' основной гидроалю-минатной фазы С^АН^-д, представленной гексагональными пластинами, а такае небольшого количества эттрингита к гидромоносульфата кальция (1ЖК).

Б составе №30 через I час ТЕердения отмечается отсутствие С^А? и появление кристаллического СА(0Н)2, количество которого в обоих составах с увеличением времени растет. При этом происходит замедление гидратации алита, вследствие образования аморфной пленки гидросиликатного состава и фазовых пленок из эттрингита, которые обволакивают исходные зерна вяжущего и затрудняют доступ воды к частицам ПЦК. В составе МО эти пленки на частицах вяжущего настолько плотные и устойчивые, что вызывают повышенную прочность образцов в I сут (рис.2).

В период 3-7 сут у состава № 30 отмечается резкий рост прочности, обусловленный интенсивной кристаллизацией низкоосновных ГСК за счет спонтанной гидратации влита. В составе $ 40 в этот период также происходит интенсивная гидратация алита, но рост прочности "сглаживается" вследствие перекристаллизации эттрингита в ГМСК; а образующиеся порглавдитовые поля и плохо закристаллизованные ГСК заполняют разбалансированную гидроалюминатную матрицу. Однако, межкристалигное пространство не достаточно уплотняется гидратными новообразованиями и структура цементного камня остается рыхлой.

Перекристаллизация эттрингита в составе й 30 происходит к 14 сут, что вызывает снижение интенсивности роста прочности образцов. Гексагональная форма С^АР^д является устойчивой во все сроки твердения, а образования "вторичного" эттрингита не зафиксировано.

На основании комплексных физико-химических исследований установлен механизм быстрого схватывания в цементных успензиях. Схва-

тыванке происходит за счет кристаллизации многоводных гидроалюминатов кальция С^АН^, вследствие интенсивной гидратации алюминатных фаз СА и С22А7 в составе глиноземистого компонента. Гексагональные пластины ГАК создают в межзерноЕОИ пространстве большое количество контактов соприкосновения с исходными зернами, а образующийся гель Са(0Н)л и А1(0Н)з обеспечивает их сцепление, в результате чего появляются отдельные коллоидно-кристаллизационные матрицы в форме "друз" и "улиток". Кроме того, кристаллы эгтрингита в единичных игольчатых исполнениях пронизывают и срастаются с гидроалюминатны-ми фазами, создавая объемный структурный каркас цементного камня. В результате система приобретает определенную жесткость и наблюдается процесс схватывания. Дальнейшее упрочнение происходит за счет заполнения и обрастания первоначального каркаса гидратными фазами поргландцементного клинкера.

Таким образом, разработаны новые составы вяжущих композиций, обладающие быстрым схватыванием в цементных суспензиях, характеризующихся расплывом по Суттарду 180-200 мм через 15-30 минут твердения и состоящих: из портландцемента 30-50%, заранее синтезированных глиноземистых добавок с содержанием среднеосновных алюминатов кальция (СА и С-^Ар более 6ОД 8-12^ и нремнеземистых кикронаполните-лей (остальное).

Однако, в составе пенобетона присутствует органическое поверхностно активное вещество (ПАВ) в качестве пенообразователя, оказывающее отрицательное воздействие на процессы структурообразования цементного камня. Исследования реологических и прочностных характеристик цементных суспензий на основе БСВ и пенообразователя СДО показали, что гидроксильная группа -С00Н в составе СДО определяет преимущественно адсорбционную активность ПАВ по отношению как к самому вяжущему, так и к образующимся гидратным фазам. Следствием этого явления является стабилизация отдельных минералов вяжущего на

стадии зародышеобразования, проявляющаяся в удлинении сроков схватывания и снижении интенсивности роста прочности образцов. Данная стабилизация зависит от концентрации СДО и проявляется на протяжении всего процесса гидратация. Наличие на поверхности частиц дисперсной фазы участков с адсорбированной СДО изменяет условия формирования фазоЕых превращений. Так, замедление гидратации алита происходит за счет экранизации его поверхности, приводящее к снижению концентрационного насыщения раствора известно. В результате, новообразования на поверхности клинкера плохо оформленные, особенно на препаратах с повышенной концентрацией СДО. В отличие от силикатных фаз, роль экранирующей пленки СДО на алюминатах кальция в первые минуты гидратации проявляется в довольно короткое время, после чег< на этих местах образуются, более отчетливые гексагональные пластины С^АН^з. То есть, при гидратации глиноземистого компонента уменьшается экранирующий эффект СДО за счет разрушения этой пленки растущими гексагональными кристаллами ГАК.

В результате исследований определена-допустимая концентрация СДО в цементной системе, при которой происходит значительное снижение прочности цементного камня и составляет 1,5 г сухого СДО на ки лограмм вяжущего или в пересчете на ПЦК - 0,3$ масс.

На процессы гидратации в большей степени влияет количество жи, кой фазы в системе, чем количество и концентрация СДО. В этой связи при подборе составов пенобетона необходимо стремиться к снижена: жидкой фазы в смеси, но при этом нельзя допустить уменьшения эффек тнвности порообразования, которое такке зависит от количества жидкой фазы в этой системе. То есть стоит дадача качественного подбора. состава смеси.

Исследование эффективности порообразования и свойств пенобето на на основе БСВ и низкократных пен. В разрабатываемой технологии выбран традиционный и наиболее распространенный способ цриготовле-

ния пеномассы, заключающийся в одновременном смешивании до гомогенного состояния заранее приготовленных цементной пасты и специальной пены на основе смолы древесной омыленной (ЦЦО).

Б процессе исследования пенообразующей способности СЯО установлена оптимальная концентрация водного раствора пенообразователя (С=1%). стабилизированного известью (е пересчете на СаО - 10 г/л), при которой получается достаточно устойчивая во времени низнократ-ная пена (К = 8-12).

В целях контролирования и назначения минимально возможного количества нидкой фазы в смеси, а также воды затнорения цементного теста разработан способ подбора и расчета составов пенобетона, основанный на раздельном учете всей яидкой фазы через массовые отношения воды затворенкя для цементного теста (В/Т) и количества жидкого пенообразователя СП/Т) к сухой смеси, т.е. В/Т + П/Т = Ж/Т. Согласно метода расчета первоначально назначается значение В/Т для проектной плотности бетона по нормированной консистенции цементного теста, определяемой с помощью расплыва кольца Вика (РКВ) после встряхивания его на встряхивающем столике (30 раз за 30+5 секунд). Затем по показаниям В/Т и плотности теста (рассчитывается отношение П/Т:

П/Т « & - 1 + В/Т) : Аг х (К - I) + I (I)

У ц. г.

где: Ес - коэффициент, учитывающий количество связанной воды; - проектная плотность пенобетона, г/см3;

. Аг - коэффициент использования пор, принимается более 0,85;

К - кратность пены, см3/£.

Критерием эффективности порообразования и расчета составов бетона предложено применять коэффициент использования пор А^ и газовую пористость Пг.

-2 П-7

IL, = I - x ( i-t-B/T + n/T ) (2)

i + X/T J>4.,.

Aj, = ( L± - _ п/т ) : П/Т х ( К - I ) (3)

^см оц.т.

Исследования эффективности порообразования смеси показали, что эффективность процесса зависит в большей степени от количества пены, то есть от П/Т, чем от В/Т тесга (табл.4). При почти равных коэффициентах Aj и Ж/Т = const , пористость Пг получается большей в составах с минимальными значениями В/Т, при прочих равных условиях. На основании этих исследований выделены условные интервалы по РКВ на консистенции цементных паст, при которых получается необходимая плотность-пенобетона: для плотности 900 кг/м3 - РКВ=150-165 мм, для 800 кг/м3 - РКВ=165-180 мм, для 700 кг/м3 -РКВ=180-195 мм, мёнее 600 кг/м3 - РКВ=195-210 мм и больше. Такое разделение обусловлено не только эффективностью порообразования, но и прочностными характеристиками, где с увеличением значения В/Т при прочих равных условиях снижается интенсивность роста пластической и структурной прочности материала (рис.3). Следовательно, при под-

а

а

is)

в

I

S3 &

А ы о о

а I

•3

3 —

3 7 14 28 сут

Рис.3. Кинетика прочности пенобетона на основе вяжущего № 30 в зависимости от состава смеси. Составы в табл.4

Tai :ица 4

Характеристики исходных смесей пенобетона на основе СДО и вяжущего tö 30

Цементное тесто Пена

опыта Б/Т плотность, кг/м3 расплив по Сут-тарду, мм расплыв кольца Вика (РКВ), мм П/Т плотность, кг/м3 крат, ность Ж/Т плотность смеси, кг/м3 плотность сухого бетона, кг/м3 коэффициент "А/ - пористость газовая "V - конценТ' рация СДО к вянущему г/кг

П-1 0,31 2080 87 153 0,05 100 10,0 0,36 1500 1240 0,504 0,247 0,5 '

П-2 0,31 2080 74 152 П. 10 108 9,2 0,41 пео 920 0,592 0,400 1.0

П-3 0,31 2080 95 151 0,15 112 8,9 0,46 870 660 0,758 0,540 1.5

П-4 0,36 1975 122 191 0,05 102 9,8 0,41 1385 1100 0,635 0,274 0,5

П-5 0,36 1975 131 192 0,10 106 9,4 0,46 960 735 0,875 0,479 1.0

П-6 0,36 1975 109 190 0,15 ПО 9,1 0,51 815 600 0,846 0,550 1.5

П-7 0,41 1848 173 222 0,05 104 9,5 0,46 1240 950 0,861 0,306 0,5

П-в 0,41 1848 147 218 0,10 103 9,7 0,51 920 680 0,901 0,476 1.0

П-9 0,41 1848 160 220 0,15 ПО 9,1 0,56 750 535 0,960 0,564 1.5

боре составов пенобетона необходимо достаточно точно назначать В/Т теста, которое определяется по методу РКВ.

)

Исследования физико-механических свойств пенобетона показали, что он монет быть отнесен к классу прочности на сжатие Б 1,5-Б 3,5 при средней плотности Д600-Д900 кг/м3, выдерживает не менее 35 цик лов замораживания и оттаивания, не превышает 1,7 мм/м усадочных деформации при Еысыхаяии, что удовлетворяет требованиям ГОСТ 25485-89 на ячеистые бетоны. Таким образом, пенобетон может быть использован в качестве стенового мелкоштучного материала.

Промышленное осгконвейерной технологии пенобетонных изделий. На основании проведенных комплексных исследований разработа на конвейерная технология стеновых пенобетонных блоков, которая предусматривает, подготовку вянущего и технической пены, смесепри-готовление, формование изделий на движущемся конвейере, автоматическое снятие и пакетирование блоков на поддонах и послеформовоч-ная обработка в естественных условиях.

Подготовка БСВ осуществляется по двум вариантам: первый - получение гомогенной механической дисперсной смеси смешиванием порт--■ ландцемента, добавки "Ала«" и дисперсного микронаполнителя (зола-унос}. из расчета 4:1:5; по второму - получение тонкомолотого вяжущего типа ТЫВ-50 на помольных агрегатах, состоящего из: портландцемента или ПЦК с добавлением гипсоеого камня, добавки "Алак" или глиноземистого пиака и кремнеземистых микронаполнителей (пески, золы).

По проекту разработанной технологии на базе СП "Сиблок" в г. Новороссийске организован серийный выпуск конвейерных технологичес ких линий по производству пенобетонных блоков производительностью до 4,5 м3/ч. Отработка и внедрение технологии осуществлено на технологических линиях в СП "Сиблок" и АО "Агудун" пос.Джигинка Крас-

■ - 21 -

нодареного края. Проектом предусмотрено промышленное внедрение по разработанной .технологии на 10 линиях в различных регионах России.

Технико-экономические показатели коЕгаейерной технологии рассчитаны на основании фактических нормативов и цен, используемых на АО "Агудун" по состоянию на I марта 1953 г. При годовом выпуске блоков 79500 м3 на двух линиях, расчетный годовой экономический эффект от внедрения технологии составил более 6,5 млн.руб.за счет отсутствия в технологии пропарочных камер, парка форм-кассет, что существенно снижает металло-, энерго- и трудоемкость производства, затраты на капитальное строительство и срок окупаемости (до 1,5 лет).

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДИ

1. Разработаны составы и способ получения быстросхватывающего-ся вяжущего (БСВ) на основе портландцемента и среднеосновных алюминатов кальция (СА и С^Ау), обеспечивающего быстрое схватывание цементных суспензий (расплыв по Суттарду 180-220 мм) и пластическую прочность пенобетона 0,08-0,15 Ша через 15-30 минут твердения. В качестве глиноземистых добавок предложено использовать глиноземистый шлак Алапаевского металлургического завода и специально синтезированный алюминатный клинкер "Алак".

2. Доказано, что основное влияние на ускоренное формирование структуры цементного камня в пенобетоне оказывают алюминаты кальция СА- и С22А7 в составе вянущего, при гидратации которых в первые минуты твердения происходит кристаллизация и накопление н межзерновом пространстве.многоводных гексагональных гидроалюминатов каль -ция, преимущественно С^АН^, вызывающих увеличение контактов соприкосновения мевду гидрагными и исходными фазами вяжущего и образование коллоидно-кристаллизационных матриц.

3. Определено оптимальное содержание компонентов БСВ используемого.в качестве сухой смеси при производстве пенобетона: портландцемент 30-50$, алвэминатная добавка с содержанием среднеосновных

алюминатов кальция-(CA и CjgV более 60%) 8-12% и кремнеземистые микронаполнители (остальное). Установлено граничное содержание отдельных минералов ECB (CA, CjgА^, CgA, CgS) в пересчете на AlgOg - не менее 4%, алюминатный модуль (AlgO^/CaO) не менее 0,14.

4. Установлена область ограниченного содержания двуводного гипса в пересчете на^03" от 0,4 до 1,8%, дополнительно способствующая структурообразованию цементного камня, за счет образования единичных игольчатых кристаллов эттрингита, пронизывающих гидро-алюминатные матрицы.

5. Доказана возможность использования низкократных пен (К=8-1< в производстве пенобетона, при этом в качестве критерия эффективное ти процесса порообразования предолжено применять коэффициент использования пор, учитывающий фактическую пористость в результате поризации смеси взамен коэффициента использования порообразовате-ля, учитывающего общий объем раствора пенообразователя и пор в смес

6. Разработан способ подбора и расчета состава пенобетона, основанный на раздельном учете жидкой фазы в пенобетонной смеси через массовые отношения воды затворения (В/Т) и водного раствора пенообразователя (П/Т) к сухой смеси (В/Т + П/Т = Ж/Т).

7. Предложено осуществлять подбор консистенции и значений В/Т цементного теста на основе ECB по расплыву кольца Вика (РКВ), что позволяет достаточно точно определять требуемое количество воды затворения для достижения необходимой плотности пенобетона по сравнению с известными методами. Для проектной плотности пенобетона S00 кг/м3 и больше - РКВ = 145-165 мм, для 800 кг/м3 - РКВ = 165180 мм, для 700 кг/м3 - РКВ = 180-195 мм, для 600 кг/м3 и менее -

_ РКВ = IS0-210 мм.

8. Установлено, что пенобетон на основе ECB и низкократных пен может быть отнесен к классу прочности на сжатие В 1,5-В 3,5

при средней плотности Д600-Д900 кг/м3, выдерживает не менее 35 циклов замораживания и оттаивания, обладает усадочными деформациями при высыхании до 1,7 им/а, что удовлетворяет требованиям ГОСТ 25485-89 на ячеистые бетоны. Разработаны и утверждены ТУ 5741--Охз-00284753-93 "Блоки стеновые пенобетонные", используемые в строительстве малоэтажных зданий и сооружений.

9. Разработана и внедрена в промышленное производство конвейерная технология пенобетонных блоков естественного твердения, позволяющая производить формование в непрерывном реаиме на движущемся конвейере и осуществлять автоматическую распалубку, снятие из форм и пакетирование изделий на поддоны через 20-30 минут после приготовления смеси.

10. Расчетный годовой экономический эффект от внедрения конвейерной технологии при выпуске 39500 м3 пенобетонных блоков составил более 6,5 млн.руб. за счет отсутствия в технологии пропарочных камер, парка форм-кассет, что существенно снимает металло-, энерго-

и трудоемкость производства, затраты на капитальное строительство и срок окупаемости (до 1,5 лет) по сравнении с автоклавной газобетонной технологией.

Основное содержание работы изложено в следующих публикациях:

1. Удачкин И.Б., Феднер Л.А., Еасильев Ю.Э., ¡Пашков А.Г. и др. Способ производства гидравлического вяжущего. - Решение о выдаче патента от 03.01.92 по заявке # 5018137/33 от 26.12.91.

2. Шашков А.Г. Быстросхватывающееся вяжущее для конвейерной технологии пенобетона. - Тез.докл.совещ.по силикатным строит.материалам. "Силстром-92". -М., 1993. - С. 6.

3. Особенности порообразования пенобетонной смеси. Шашков А.Г., ¡Пашкова С.Г. ВНШстром, Красково, 1993, 10 с. (Рукопись деп. в БЩЛИ 26.02.93, И 499-В93).

4. Удачкин И.Б., Шашков А.Г. Конвейерная технология пенобетокных блоков "Сиблок"// Строительные материалы. - М., 1993. - № 5. -С.5-6.

\