автореферат диссертации по строительству, 05.23.05, диссертация на тему:Пенозологипсовые материалы для самонесущих изделий

пц >? ??

МОСКОВСКИЙ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ИНЖЕНЕРНО-СТРОИТЕЛЬНЫЙ ИНСТИТУТ им. В.В.Куйбышева

На правах рукописи

АБДУШК7Р0В Фарит Бекенович

пенозодогипсовне магшалы да самонесшх

ИЗДЕЛИЙ

05,23.05 - Строительные материалы и изделия

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

'•О

;.*<осква - 1991

) О

| Работа выполнена в Московском инженерно-строительном инс-'"* тзтуте-им. В.В.Куйбышева и Целиноградском инженерно-строительном институте.

л

.ций

Научный руководитель: доктор технических наук,

профессор Румянцев Б.М.

Официальные оппоненты: доктор технических наук,

профессор Алимов Л.А.

кандидат технических наук Аверин Д.А.

Ведущая организация: Алма-Атинский научно-исследовательский и проектный институт строительных материалов "НИЙстромпроект"

Защита состоится ЦНЗ ИЛ 1991 г. в ¡6' ^часов на

заседании спеииатазирозанного совета К 053.11.02. в Московском инженерно-строительном институте им. В.В.Куйбышева по адресу: 113114, г. Москва, Шлюзовая набережная, д. 8 ауд.№ Ъ0 ■?

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института.

Просим Вас принять участие в защите и направить Отзыв об автореферате по адресу: 12933?, г, Москва, Ярославское шоссе, д. 26, ШСИ им. В.В.Куйбышева, учений сове**

Автореферат разослан -¿¿-С-^ 1991 К

Ученый секретарь специализированного совета

Б.А.Ефимов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА. РАБОТЫ

Актуальность темы. В основных направлениях экономического и социального развития страны предусмотрено дальнейшее повышение эффективности капитальных вложений, снижение стоимости строительства при повышении качества возводимых зданий и сооружений, применение наименее теплоэнергоемких материалов и изделий. Одним из прогрессивных направлений научно-технического прогресса является снижение материалоемкости и эффективное использование техногенных отходов в производстве строительных материалов. Основная цель, которая при этом ставится - экономия цемента, металла, деловой .древесины и других строительных материалов, по которым баланс строительства остается напряженным из-за постоянно позрастаюших обьемоп капитального строительства.

Решению этих задач в значительной степени способствует рациональное применение в строительстве взаимозаменяемых /конкурирующих/ материалов. Больше обьемы в этом случае приходятся на изделия для перегородок и ограждавших конструкций.

Значительный резерз в расширении производства и внедрения в строительство индустриязльных самонесуших изделий и конструк пий имеет гипсовое вякушее. По сравнению с бетонами на основе портландцемента, строительной керамикой, металлами - производство и применение глпсовых строительных материалов связано со сравнительно низким удельным расходом топлива и энергии. Быстрое схватывание и твердение гипсовых формовочных смесей позволяет осуществлять изготовление изделий без форм, например, путем непрерывного проката, при высоком уровне механизации и автоматизации отдельных технологических операций и процессов в целом. Изделия на основе гипсовых вяжущих, по сравнению с другими неорггническими вяжущими отличаются гигиеничностью, сравнительно небольшой плотностью, высокой тепло- и звукоизолиру-ршей способностью, огнестойкостью, архитектурной выразительностью, высокими технико-экономическими показателями и небольшими тепловыми затратами.

Последние достижения науки и техники позволяют придать гипсовым вяжуаим и изделиям на их основе повышенные физико-

механические свойства - прочность, атмосферостойкость, водостойкость и другие положительные качества.

В ассортименте отечественных заводов по изготовлению гипсовых изделий преобладают плотные изделия с большим расходом Еяжушего, которые увеличивают транспортные расходы, а также сто-исмость строительства в иелом.

Отечественный и зарубежный опыт последних лет показывает, что использование отходов топливно-энергетического производства значительно снижает стоимость изготавляемых материалов и улучшает некоторые функциональные свойства изделий.

В связи с этим основная задача настоящей работы заключается в снижении материалоемкости и себестоимости получаемых изделий. Работа выполнена в соответствии с республиканской научно-технической программой "Интенсификация - 90" в Московском инженерно-строительном институте им. В.В.Куйбьшева и Целиноградском инженерно-строительном институте.

Цель и задачи работы. Целью настоящей работы является разработка технологии облегченных: самонесушх изделий и конструкций на основе гипсового вяжущего средней плотностью до 800 кг/мэ с равномерной пористой структурой и максимально возможной прочностью.

Для достижения поставленной иели необходимо решить следующие задачи:

- сформулировать требования к самонесушим изделиям и их структуре;

- определить технологические приемы и параметры, обеспечивающие получение и целенаправленное регулирование структуры пенозологипсовых материалов;

- исследовать технологические способы приготовления и формования пенозологипсовой смоси;

- разработать технологический регламент и обосновать выбор оборудования для производства пенозологипсовых материалов;

- изучить физико-механические, деформативные и -эксплуатационные свойства пенозолагипсобетонных изделий;

- провести проверку результатов исследований в опытно-промышленных условиях и подтвердить технико-экономическую эффективность производства пенозологипсовых материалов.

Научная нов. изна работы заключается в еле;-./.

юшем:

- теоретически и экспериментально обоснована возможность

и целесообразность получения самонесудах гипсовых изделий с пористой структурой;

- обоснованы принципы подбора составов и способов приготовления пенобетонной смеси с оптимальными структурными характеристиками;

- установлен механизм процесса структурообразования пено-зологипсобетона с использованием мелкодисперсного наполнителя пены;

- разработаны математические модели для рецептурного подбора состаЕа пенозологипса в зависимости от технологических параметров;

- установлены зависимости прочностных, деформативных и эксплуатационных свойств пенозологилсобетона для саыонесуших изделий от состава материала и технологических параметров.

Практическая ценность работы. На основе золошлаковых отходов Эхибастузских углей и гипсового вяжушего разработаны пориэованные перегородочные панели и блоки средней плотностью 800 кг/м3 и технология их производства. Результаты исследований использованы при разработке проекта цеха по производству пенозологипсобетонных панелей и иеха облегченных блоков. По результатам выполненных исследований разработаны рекомендации по технологии пенозологипсобетонных панелей и блоков.- •

Публикации. Основные результаты и положения диссертации опубликованы б трех печатных работах, получено авторское свидетельство № I45II36 "Способ приготовления пенобетонной смеси".

Объем работы. Работа состоит из введения, пяти глав, выводов и проложения. Она изложена на 193 страницах машинописного текста и включает 45 рисунков, 40 таблиц, список ли«-тературы из 139 наименований на 12 страницах и приложения на пяти страницах.

Ha s а щиту выносятся:

- принципы создания облегченных самонэсуших изделий и кок»

рухиий на основе гипсового вяжущего, золы-унос и извести;

- механизм процесса структуройЗразования пенозологипса;

- разработанные оптимальные составы пено зодогипсо вых ма-риалов;

- технологические приемы и параметры, обеспечивающие по-чение пенозологипсовых материалов с улучшенными эксплуата-знными свойствами;

- результаты исследований" физико-механических» деформа-вных и эксплуатационных свойств пенозологипсобетснных изделий;

- разработанный технологический регламент с обоснованным 5ором оборудования .для производства пенозологипсовых матери->в;

- результаты опыгно-проьишленного опробования пенозоло-;сс бетонных изделий я технико-экономическое обоснование эф-стивности их применения в строительстве.

* СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Основными вопросами, связанными с созданием эффективных ,ов самонесуоих изделий и конструкций можно считать снижение ■ериалоемкости при обеспечении нормативных значений показате-: по прочности, деформативности, водостойкости и расширении 1ьевой базы для организации новых производств.

Снижение материалоемкости самонесущих изделий и конструк-можно осуществлять дв мя основными способами: .

- введение в минеральное тесто легких пористых заполнит е-и наполнителей, таких как керамзит, вспученный перлит, гра-

ы пенополистирола, шлаки, золы;

- поризашей минеральной смеси, т.е. насыщением ее газом воздухом.

Многочисленные исследования проведенные в СССР и за ру-ом, свидетельствуют о том, что одним из наиболее эффектив-методов снижения плотности изделий является поризаиия ми-альной смеси в процессе изготовления. При этом поризованные зриалы с мелкопорисгой структурой и со сферическими пора-здинакового размера имеют наилучшие физико-технические пзатели.

О целесообразности применения ячеистых бетонов для иэготов лениястроителъных материалов и изделий товорят работы А.Т.Баранова, Й.Т.Кудряшева, Ю.П.Горлова, Г Л!. Горчакова, А.П.Теркина, Г.П.Сахарова, а также работы других авторов.

Работы А.В.Волженского, А.В.Ферронекой и др. показывают, что использование шлаков, золы-унос, ,как пористьх заполнителей позволяют снизить расход, вяжущего, улучшить деформативные, теп-лсфизические и другие свойства изделий.

Большой практический интерес на современном этапе ¡¡ызываег создание комбинированных структур, ^тим способом объединяют несколько типов структур или технологических способов производства изделий. Суть его состоит в том, что совмещение двух типо пористой структуры /например: волокнистой и ячеистой, ззрнмсто и ячеистой/ позволяют значительно увеличить общую пористость материалов.

Эффективность производства пористых строительных материал во многом определяется выбранным слоелбоу лоризадаи ячеисто-бе тонной смеси. Исследования проведенные А„П.Меркиным, Б.М.Румян иевым, Т.Е.Кобидзе показывают, что яоряааиия гипсовых материал целесообразно производить на основе сеноструктур.

Развитие производства поризовалных гипсовых бетонов для самонесушх изделий и конструкций сдерживается из-за отсутствс стабильных и технологичннх пеносистем, так как получение изде; плотностью 700-800 кг/м3 происходит при кратности пены 3,0-4,С т.е. использование пен с толстыми пленками и с повышенным содержанием жидкости. Такие пены не пригодны .для технологически: операций, так как они не транспортабельны, легко разрушаются при минерализации, не стабильны во времени и не однородны по структуре.

Устранение перечисленных недостатков в технологии пено-гипсовых материалов позволит увеличить обьем выпуска самонесу ших изделий и конструкций, снизить их материалоемкость и себе стоимость, а такке улучшить эксплуатационные свойства.

Таким образом, развитие производства и применения пеноги совых материалов для изготовления самонесущих изделий и конст рукиий возможно при решении двух основных технологических про лем:

- получение оптимальной пористой структуры, отвечавшей

заданным требованиям;

- обеспечение необходимой механической прочности при снижении плотности материала.

Проведенные исследования по улучшению стабильности пены показали, что введение в пену легкого, мелкодисперсного наполнителя /золы-унос/ позволило выявить некоторые закономерности, которые показывают, что зола-унос снижает синерезис пены, падение краткости пены при минерализации гипсовым вяжушим, улучшает стабильность пены во времени и способствует равномерному распределению пор по размерам, т.е. повышает однородность пено-структуры. Повышенная стабилизирующая ее эффективность является следствием того, что зола-унос обладает гидрофильными способностями. В процессе вспенивания она связывает значительное количество воды из пеносистеыы, делая пену менее плотной и более вязкой. Зола-унос, обладая нейтральным характером среды /рН = 7/, при введении в раствор ПАВ не изменяет характера среды пены, чем способствует лучшей совместимости компонентов.

Изучение вопросов формирования структуры пеноыассы показало, что зола-унос способствует образованию структуры материала. Способ вспенивания водозольной суспензии с ПАВ обеспечивает сравнительно равномерное распределение золы-унос в обьеме мате -риала, что и фиксируется в процессе минерализации пенозоломассы гипсовым вяжушим и позволяет сохранить структурные показатели пеногипса.

Исследования оптимизации технологических параметров получаемой пенозоломассы осуществлялось с помошью математических методов планирования эксперимента. Установлено, что приготовление пенозоломассы оптимальной кратности рациональнее получить при скорости вала смесителя 800-1000 об/мин и времени 1,0-1,5 минуты. Наиболее эффективным для получения стабильной пенозоломассы являются фракции золы-унос менее 0,63 мм.

Изучение влияния расхода золы-унос на прочностные характеристики пеногипса прказало, что расход золы-унос.до 10-15 % от массы гипсового вяжущего практически не влияет на прочность образцов

Изучение свойств пеногипса С цалью получения материала, для самонесущих изделий и, конструкций показало необходимо« -увеличения его прочностных и эксплуатационных характеристик. С этой целью в пенозологипсо вую массу вводили в разных количествах известь.

Учитывая большое влияние расхода заполнителя, количества упрочняющей добавки, В/Т отношения на прочность, плотность пенобетона и подвижность пенобетонной смеси, для установления рациональных рецептурных параметров - выполнен трехфакторный эксперимент с использованием принципа Д-оптимальности. На основании поисковых опытов получены оптимальные уровни варьирования независимых переменных: для В/Т отношения от 0,55 до 0,65, соотношения Vq/Vt от 0,1 до 0,2, а расход извести составлял от 2 до 4 Установленные зависимости прочности от В/Т отношения, соотношения Ys/Vr и количества извести показывают, что выбранная область варьирования переменных факторов обеспечивает получение пенобетона с проектной маркой 25, 35.

Одновременно установлено, чгсо плотность материала снижается с увеличением соотношения Уз/Vr, тем самым согласуется с положением о адидаки плотности заполнителя на плотность бетона.

Выявлено, что с увеличением водотвердого отношения увеличивается подвижность формовочной смеси, а также этому способствует введенное известковое тесто, в то же время увеличение соотношения Уз/Уг сникает ее подвижность.

С учетом проведенных экспериментальных работ оптимизирован состав пенозологипсобетона при следующем соотношении компонентов, в %: гипсового вяжущего - 80, золы-унос - 15, извести - 5 и технологические параметры его получения представленные в таблице.

Таблица

Технологические параметры получения пенобетона

Марка пенобетона j В/Т ¡отношение 1 j !6оотно-!пение )Уз/Уг Шодвиж-!ность '.смеси, ! см ¡Плотность Шлотно-!в сухом !сть ! состоянии !омеси, ' кг/м3 ■ кг/м3 ¡Прочность при ¡сжатии, ! МПа

25 35 0,63 0,62 0,2 0,1 . 16 16 780 790 1123 1163 2,7 3,6

Современными исследованиями установлено существенное повысив активности композиций зола 4- известь в условиях сульфат->й активации. Основный компонентами золы-унос Экибастузских генных углей обладавшей гидравлической активностью являет-I стеклофаза, находящаяся в термодинамическом неустойчивом ¡стоянии. Анализ результатов испытания при длительном тверде-П1 показывают, что пенозологипс с добавкой извести имеет тен-зниию набора прочности во времени. Значительный рост прочнос-I образцов происходит в период от 28 суток до года. Возрг.ста-1е прочности во времени связано с увеличением количества крис-шлизаиионных связей, возникающих по мере взаимодействия активах составляющих зояы-унас с известью в присутствии гипса.

Теоретические предпосылки и результаты экспериментальных шных влияния извести на прочностные свойства пенозологипса эдтверждаются результатами исследования фазового состава. Рент-знограммы образцов годичного возраста твердения показывают- на-лчие в составе новообразований низкоосновдого гидросиликата альиия типа - С5Н (I). Эти гидросиликаты уплотняют структуру эризованного гипсового камня я придают ему прочность, водо.-гойкость и способствует снижению деформативных свойств.

Исследования влияния технолдги'веских способов приготовления внозологипсовой смеси было вдявл^но, что наиболее рационально рименять технологически схему характеризующуюся следующими сновными операциями: приготовление водозольной суспензии с А.В, ее вспенивание, минерализация гипсовым вякуиим и последу-шее добавление, предварительно подготовленного, золоизвестко-ого теста в пенозологипсовузо массу. Предложенная технологи-еская схема позволяет зафиксировать пенозолоструктуру гипсо-ым вяжущим, а введенное золоизвестковое тесто в формовочную ассу, не нарушает оптимальных свойств пеномассы.

Исследована поровая структура ячеистых бетонов на основе енозологипса. Установлено, что ненозологипсобетон характери-уется малым средам диаметром нор /с( Ср_= 240 мкм/.

Результаты исследований виброформования на конечные свой-тва пенозодогшсовых кзделий показали, что в условиях непро-.олжительной вибрашц /20=-30 с/ при амплитуде .0,5 мм, частоте

50 Гц достигается улучшение структурных и механических показа телей за счет уменьшения среднего диаметра пор в пеноэологипс вой смеси, улучшения однородности макроструктуры, а также за счет уплотнения зологипсового каркаса и снижения В/Т отношени

Изучение динамики набора пластической прочности пенозоло гипсовых смесей доказали, что снятие бортовой остнастки и трг спортирование изделий в сушила можно производить с-момента на бора структурной прочности пеномассой Pw = 0,8 МПа, которая набирается пенозодогипсовой массой через 15-17 минут вызревания при Т = 20 °С.

Установлена необходимость предварительной выдержки изде: в течении 2-3 часов до тепловой обработки, так как наблюдает! увеличение конечной прочности изделий.

Исследование физико-механических свойств материала показали, что разница между кубиковой и призменной прочностью у пенозологипса с добавкой извести составляет б среднем 0,805, что соответствует требованиям СНиП.

Анализ диаграммы деформаций сжатия показывает, что полу ченный денозологипсобетон ведет себя как упруго-пластический материал. Увеличение тангенса угла наклона wi , свидетельств об увеличении упругих свойств материала и наоборот. Призменн прочность пенозологипса с добавкой извести больше пенозологи са без нее на 15-20 %, модуль упругости на 25-30 %. Поперечные деформации пенозологипса с добавкой извести при напряжениях ^=0,5 Б^р , составляют в среднем 0,22-0,23 мы/м, а при напряжениях близких к*пределу прочности £Г= 0,9 I^p по перечные деформации составили 0,3 мы/м.

Изучение свойств пенозологипса с добавкой извести и без нее под действием длительных нагрузок показали, что у образи с добавкой извести пластические деформации интенсивно возрас тают в первые 150-200 суток, а затем появляются тенденции к затуханию. У образцов без добавки извести затухание пластиче деформаций проявляются в более поздние сроки. Величина деформаций ползучести к 300 суткам испытаний находится в пред: делах 0,22-0,27 мм/м, мера ползучести колеблется в предела? 6,0 до I2,I«I0-5 МПа . Характеристика ползучести от 0,48 дс 0,77. Все приведенные показатели говорят о том, что получек

опытах положительные результаты являются подтверждением того, о пенозологипсобетон с добавкой извести может быть использо-н для получения конструктивно-теплоизоляционного батона.

В работе исследовались дефомативные характеристики пено-логипсобетона при переменном увлашении и высушивании. Экс-¡риментально установлено, что пенозодогипсобетон можно примешь в зданиях и сооружениях с переменным влажностным режимом, ж как они вьщерживагот без заметных изменений прочности до ) циклов попеременного увлажнения и высушивания, а их дефор-1тивные показатели имеют незначительные взличины /усадочные зформадаи не превышают 0,34-0,35 мм/м/.

При обосновании и разработке технологии пенозологипсобе-5нных изделий, весь процесс был разбит на ряд операций: пред-зрительная подготовка исходных компонентов, приготовление эрмовочной смеси, формование изделий и их сушка.

В процессе работы был проведен комплексе экспериментов эзволяший выявить оптимальные решения конструкций оборудовали и режимов его работы. На основании исследований разработа-а технологическая схема производства пенозологипсового бето-а позволяющая изготавливать изделия различного назначения.

Опытно-промышленное опробование на Целиноградском комби-ате строительных материалов и технико-экономические расчеты оказали, что себестоимость I м^ пенозологипсобетонной пере-ородочной панели на 0,44 рубля ниже себестоимости плотной ипсобетонной панели, это позволит получить значительный эко-омический эффект в сфере промышленного производства.

0СН0ШЫЕ ЕЫВОДУ

1. Теоретически и экспериментально установлена возмошо-:ть получения пенозологипсовых самонесуаих изделий и конструк-[Ий средней плотностью 800 кг/м3.

2. Изучено влияние золы-унос на свойства лены и пеносис-•емы. Установлено, что зола-унос резко сокращает синерезис 1ены, повшает ее устойчивость и стабильность во времени. На-!более оптимальными для получения стабильной пенозоломассы яв-1яются фракции золы-унос менее 0,63 мм при концентрации ПАЗ в

растворе 0,2-0,3 % от массы во£ы.

3. Разработан технологический прием минергдгйзации пень установлен технологический регламент получения пеноволомасга - время приготовления составляет 1,0*1,5 минуты при скорость перемешивания 600-1000 об/мин.

4. Разработан и оптимизирован состав исходной композит и технологические параметры изготовления пенобетона марки 21 35 при следующем соотношении компонентов, в %: гипсового вяжущего »■ 80

зола-унос * 25

известь - 5

5. Установлено количественное и качественное влияние 1 отношения, соотношения 'Уз/У'г и количества упрочнявшей добг ки на прочность, среднюю плотность пенобетона и подвижность пенобетонной смеси.

6. Разработан способ двухстадайного Приготовления пен( зологипсовой смеси, предусматривающий приготовление водозол] ной суспензии с ПАВ, ее вспенивание, минерализацию гипсовым вяжущим и последующее введение предварительно приготовленноз золоизвесткового теста в пеномассу. При этом установлено сл1 дувшее:

- получение пенокассы должно быть основано на методе с; хой минерализации :пены, при этом кратность пенозоломассы & тавляет 3-4;

- стабильность, прочность и химическая совместимость п сового вяжущего с пеной улучшается при введении в состав па золы-унос;

- падение кратности пенозоломассы при минерализации до. но быть не более 10 %\

- харагстер пористости /открытая, закрытая/ регулируете, за счет введения пористого мелкодисперсного заполнителя и и менения начальной кратности пенозоломассы;

- упрочнение и повышение эксплуатационных свойств мате; достигается за счет введения в состав пенозологипса иэвестк добавки и вибрации формовочной смеси.

?. Установлено, что формование изделий лучше осушествл с применением непродолтштельной /20-30 с/ вибрации пеноыасс

' при амплитуде 0,5 мм, частоте 50 Гц.

8. Разработанный пенозологипсобетон предназначенный для изготовления самонесуших изделий и конструкций средней плотностью 800 кг/м3 имеет прочность при сжатии 3,6 МПа, выдерживает до 50 циклов попеременного увлажнения и высушивания и может использован при возведении зданий и сооружений с переменным влажностным режимом.

9. Опытно-промышленное опробование разработанной технологии проведено в условиях Целиноградского комбината строительных материалов и цеха по выпуску облегченных блоков, при этом были подтверждены основные зависимости, выводы и рекомендации сделанные в работе.

10. Экономическая эффективность от производства прокатных перегородок по сравнению с изделиями аналогичного назначения составит 30800 руб. в год при производительности цеха 70000 м^ продукции.

Основные положения диссертационной работы отражены в следующих работах:

I. Румянцев Б.М., Тажбенов Д.П., Абдушкуров Ф.Б. Влияние состава и добавок на свойства пеногипса. - В кн.: Ускорение научно-технического прогресса. - Тезисы докл. научн.-техн. конф. - Целиноград.: 1986. с. 16.

2. Абдушкуров Ф.Б., Румянцев Б.М. Влияние извести на фи-зико-механичестсие свойства пеногипса. - Тезисы докл. научн.-техн. конф. - Целиноград.: 1987. с. 22.

3. Абдушкуров Ф.Б., Румянцев Б.М. Етаяние золы-унос ка устойчивость пены. - Тезисы докл. науч.-техн. кснф. - Целиноград. : 1987. с. 24.

4. A.c. I45II36, СССР. Способ приготовления пенобегонной смеси. /Абдушкуров Ф.Б. и др./, Бюллетень № 2, 1989 г.

Заказ Ш 232 Тирад: ГООэкз 3.03.91г.

Размножено на ротопринте ГШ Целингипросельхоз" 473000 г.Целиноград, ул.Ленина,57