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

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

На правах рукописи

АБД7ШК7Р0В Фарит Бэкенович

ПЕКОЗОЛОГИПСОВКЕ МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ САМОНЕСУВДХ

издшй

05.23.05 - Строительные материалы и изделия

АВТОРЕФЕРАТ диссертанта на соискание ученой степени кандидата технических наук

¿Ьсква - 1991

Работа выполнена в Московском инженерно-строительном институте -им. В.В.Куйбышева и Целиноградском инженерно-строительном института.

Научный руководитель: доктор технических наук,

профессор Румянцев Б.М.

Официальные оппонента: доктор технических наук,

профессор Алимов Л.А.

кандидат технических наук Аверин Д.А.

Ведудая организация: Алма-Атинский научно-исследовательский и проектный институт строительных материалов "НИИстромпроект"

Защита состоится 1991 г. в^ часов на

заседании специализированного совета К 053.11.02. в Московском инженерно-строительном институте им. В.В.Куйбышева по адресу:' 113114, г. Москва, Шлюзовая наберетдая, д. 8 ауд.№ ЭУ'

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института.

Просим Вас принять участие в заедете и направить йтзнв об автореферате по адресу: 12933?, г, Москва, Яр'оълнвское шоссе, д. 26, МИСИ им. В.Б.Куйбышева, учений совет..

Автореферат разослан /У/Я 1991 г,

Ученый секретарь специализированного совета

ОБЩАЯ ХАРЖГЕВ1СТИКЙ. 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 возрастающих обьемоп капитального строительства.

Решению этих задач в значительной степени способствует рациональное применение в строительстве взаимозаменяемых /конку-рируших/ материалов. Больше обьемы в этом случае приходятся ■ на изделия для перегородок и ограждающих конструкций.

Значительный резерв в расширении производства и внедрения в строительство индустриальных еамонесупих изделий и конструк иий имеет гипсовое вяжущее. 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 иелом. Изделия на основе гипсовых вяжущих, по сравнению с другими неорганическими вяжущими отличаются гигиеничностью, сравнительно небольшой плотностью, высокой тепло- и звукоизолирующей способностью, огнестойкостью, архитектурной выразительностью, высокими технико-экономическими показателями и небольшими тепловыми затратами.

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

- ч —

механическке 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-исмосгь строительства в иелом.

Отечественный и зарубежный опыт последних лет показывает, что использование отходов топливно-энергитического 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 з соответствии с республиканской научно-технической программой "Интенсификация - 90" в Московском иняе-нерно-строительном институте им. В,В.Куйбьиева и Целиноградском инженерно-строительном института.

Цель и задачи работы. Целью настоящей работы является разработка технологии облегченшос самонесуших изделий и конструкций на основе гипсового вяжуаего средней плотностью до 800 кг/гл3 с равномерной пористой структурой и максимально возможной прочностью.

Для достижения поставленной пели необходимо решить следующие задачи:

- сформулировать требования к самонесущим изделиям и их структуре;

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

- исследовать технологические способы приготовления и формования пенозологипсовой смоси;

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

- изучить физико-механические, деформагивные и оксплуа-тадаонные свойства пеяозолагипсогёетоняых изделий;

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

Научная новизна работы заключается в еле;:;.

отем:

- теоретически и экспериментально обоснована возможность

и целесообразность получения самонесущих 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 состава пенозологипса в зависимости от технологических параметров;

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

Практическая ценность работы. На основе золошлаковых отходов Экибастузских углей и гипсового вяжущего разработаны пориээванные 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 цеха облегченных блоков. По результатам выполненных исследований разработаны рекомендации по технологии пенозологипсобетонных панелей и блоков.- '

Публикации. Основные результаты и положения диссертации опубликованы е трех печатных работах, получено авторское свидетельство № 1451X36 "Способ приготовления пенобетонной смеси".

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

На » а щиту выносятся:

- принципы создания облегченных самонэсуших изделий и коя»

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

- механизм процесса структурооЗраэования пенозологипса;

- разработанные оптимальные составы пенозологипсовых материалов;

- технологические приемы и параметры, обеспечивающие получение пенозологипсовых материалов с улучшенными эксплуатационным свойствами;

- результаты исследований" ^изико-мэханических, деформа-тивных и эксплуатационных свойств пенозологипсобетснных изделий;

- разработанный технологический регламент с обоснованным выбором оборудования для производства пенозологипсовых материалов;

- результаты опытно-проьтшленного опробования пенозоло-гипссбетонных изделий я технико-экономическое обоснование эффективности их применения в строительстве.

" СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Основные вопросами, связанными с созданием эффективных видов самонесуших изделий и конструкций можно считать снижение материалоемкости при обеспечении нормативных значений показателей по прочности, деформативности, водостойкости и расширении сырьевой базы для организации новых производств.

Снижение материалоемкости самонесуших изделий и конструкций можно осуиествлять дв мя основными способами:

- введение в минеральное тесто легких пористых заполнителей и наполнителей, таких как керамзит, вспученный перлит, гранулы пенополиетирола, илаки, золы;

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

Многочисленные исследования проведенные в СССР и за рубежом, свидетельствуют о том, что одним из наиболее эффективных методов снижения плотности изделий является поризаиия минеральной смеси в процессе изготовления. При этом поризованные материалы с мелкопористой структурой и со сферическими порами одинакового размера имеют наилучшие физико-технические показатели.

О целесообразности применения ячеистых бетонов для изготов-лениястроигельньж материалов и изделий говорят работы А.Т.Баранова, И.Т.Кудряшева, Ю.П.Горлова, Г-И.Горчакова, А.П.Меркина, Г.П.Сахарова, а таюке работы других авторов.

Работы А.В.Волкенского, А.В.Ферронской и др. показывают, что использование шлаков, золы-унос, как дористкх заполнителей позволяют снизить расход вякушего, уяушить деформативные, теп-лсфизические и другие свойства изделий.

Большой практический интерес на современном этапе вызывает создание комбинированных структур. Этим гоособоы объединят-несколько типов структур или технологических способов производ1. ства изделий. Суть его состоит в том, что совмещение двух типов пористой структуры /например: волокнистой к ячеистой, зернистой и ячеистой/ позволяют значительно увеличить общую пористость материалов.

Эффективность производства пористых строительных магериалоз во многом определяется выбранным способ®' доризаши ячеисто-бе-тонной смеси. Исследования проведенные А,П.Маркиным, Б.М.Румянцевым, Т.Е.Кобидзе показывают, что пориааиия гипсовых материалов целесообразно производить на основе иеноструктур.

Развитие производства лориэовашшх гипсовых бетонов для самонесушх изделий и конструкций сдерживается из-за отсутствия стабильных и технологичных пеносистем, так как получение изделий плотностью 700-800 кг/м3 происходит при кратности пены 3,0-4,0, т.е. использование пен с толстыми пленками и с повышенным содержанием жидкости. Такие йены не пригодны для технологических 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 себестоимость, а такие улучшить эксплуатационные свойства.

Таким образом, развитие производства и применения пеногип-совых материалов для изготовления самонесупдах изделий и конструкций возможно при решении двух основных технологических проблем:

- получение оптимальной пористой структуры, отвечашей

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 кратности пены при минерализации гипсовым вяжущим, 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 пеносистеш, 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 вяжущим и позволяет сохранить структурные показатели пеногипса.

Исследования оптимизации технологических параметров получаемой пенозоломассы осуществлялось с помошью математических методов планирования эксперимента. Остановлено, 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 показало, что расход золы-унос до 10-15 % от массы гипсового вяжущего практически не влияет на прочность образцов

Изучение свойств пеногипса с дальв получения материалу для самонесуишх изделий и. конструкций показало необходимое! -увеличения его прочностных и эксплуатационных характеристик. С этой целью в пенозологипсовую массу вводили в разных количествах известь.

Учитывая большое влияние расхода заполнителя, количества упрочнявшей 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/Г отношения от 0,55 до 0,65, соотношения Уз/Иг от 0,1 до 0,2, а расход извести составлял от 2 до 4 %* Установленные зависимости прочности от В/Т отношения, соотношения Уз/Уг и количества извести показывают, что выбранная область варьирования переменных факторов обеспечивает получение пенобетона с проектной маркой 25, 35.

Одновременно установлено, что плотность материала снижается с увеличением соотношения Vз/ V" г, тем самым согласуется с положением о влиянии 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/Т/г сникает ее подвижность.

С учетом проведенных экспериментальных работ оптимизирован состав пенозологипсобегона при следушем 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 ! В/Т ¡отношение ! I {Зоотно-Шодвик-¡пение !ность |Уэ/Уг|см^и, ■ Шлотность Шлотно-!в сухом !сть !состоянии!смеси, • кг/м3 кг/м3 ■ Шюочно-!сть при '.сжатии, ! МПа

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

Современными исследованиями установлено существенное повышение активности композиций зола +■ известь в условиях сульфатной активации. Основными компонентами золы-унос Экибастузских каменных углей обладавшей гидравлической активностью является стеклофаза, находящаяся в термодинамическом неустойчивом состоянии. Анализ результатов испытания при длительном твердении показываю?, что пенозологипс с добавкой извести имеет тенденцию набора прочности во времени. Значительный рост прочности образцов происходит в период от 28 суток до года. Возрастание прочности во времени связано с увеличением количества кристаллизационных связей, возни ваших по мере взаимодействия активных составляющих золы-унос с известью в присутствии гипса.

Теоретические предпосылки и результаты экспериментальных данных влияния извести на прочностные свойства пенозологипса подтверждаются результатами исследования фазового состава. Рентгенограммы образцов годичного возраста твердения показывают- наличие в составе новообразований низко.основдого гидрос-иликата кальция типа - С$Н (I). Эти гидросдаикаты уплотняют структуру поризованного гипсового камня и придают ему прочность, водо.1-стойкость и способствует снижению деформативных свойств.

Исследования влияния технологических способов приготовления пенозологкпсовой смеси было вдавлено, что наиболее рационально применять технологическую схему характеризующуюся следующими основными операциями: приготовление водозольной суспензии с ПАВ, ее вспенивание, минерализация гипсовым вяжущим и последующее добавление, предварительно подготовленного, золоизвестко-вого теста в пенозологипсовую массу. Предложенная технологическая схема позволяет зафиксировать пенозолоструктуру гипсовым вяжущим, а введенное золоизвестковое тесто в формовочную массу, не нарушает оптимальных свойств пеномассы.

Исследована поровая структура ячеистых бетонов на основе пенозологипса. Установлено, что ненозологипсобетон характеризуется малым средним диаметром пор /с/„_ = 240 мкм/.

ср»

Результаты исследований виброформования на конечные свойства пенозологипсовых изделий показали, что в условиях непродолжительной вибрации /20-30 с/ при амплитуда.0,5 мм, частоте

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

Изучение динамики набора пластической прочности пенозоло-гипсовых смесей показали, что снятие бортовой остнастки и транспортирование изделий в сушила можно производить с-момента набора структурной прочности пеномассой Рм = 0,8 МПа, которая набирается пенозологипсовой массой через 15-17 минут вызревания при Т = 20°С.

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

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

Анализ диаграммы деформаций сжатия показывает, что полученный пенозологипсобетон ведет себя как упруго-пластический материал. Увеличение тангенса угла наклона ci , свидетельствует об увеличении упругих свойств материала и наоборот. Призменная прочность пенозологипса с добавкой извести больше пенозологипса без нее на 15-20 %, модуль упругости на 25-30 %. Поперечные деформации пенозологипса с добавкой извести при напряжениях ^=0,5 Rnp , составляют в среднем 0,22-0,23 ш/м, а при напряжениях близких к*пределу прочности 6~= 0,9 поперечные деформации составили 0,3 мм/м.

Изучение свойств пенозологипса с добавкой извести и без нее под действием длительных нагрузок показали, что у образцов с добавкой извести пластические деформации интенсивно возрастают в первые 150-200 суток, а затем появляются тенденции к затухании. У образцов без добавки извести затухание пластически: деформаций проявляются в более поздние сроки. Величина деформаций ползучести к 300 суткам испытаний находится в преде-делах 0,22-0,27 мм/м, мера ползучести колеблется в пределах от 6,0 до 12,Ы0~^ ЫПа . Характеристика ползучести от 0,48 до 0,77. Все приведенные показатели говорят о том, что полученные

в опытах положительные результаты являются подтверждением того, что пеноэологипсобетон с добавкой извести может быть использован для получения конструктивно-теплоизоляционного бетона.

В работе исследовались дефомативные характеристики пено-зологипсобетона при переменном увланнении и высушивании. Экспериментально установлено, что пеноэологипсобетон можно применять в зданиях и сооружениях с переменным влажностным режимом, так как они выдерживают без заметных изменений прочности до 50 циклов попеременного увлажнения и высушивания, а их дефор-мативные показатели имеют незначительные взличины /усадочные деформации не превышают 0,34-0,35 мм/м/.

При обосновании и разработке технологии пенозологипсобе-тонных изделий, весь процесс был разбит на ряд операций: предварительная подготовка исходных компонентов, приготовление формовочной смеси, формование изделий и их сушка.

В процессе работы был проведен комплексе экспериментов позволяющий выявить оптимальные решения конструкций оборудования и режимов его работы. На основании исследований разработана технологическая схема производства пенозологипсового бетона позволяющая изготавливать изделия различного назначения.

Опытно-промщшенное опробование на Целиноградском комбинате строительных материалов и технико-экономические расчеты показали, что себестоимость I м^ пенозологипсобетонной перегородочной панели на 0,44 рубля ниже себестоимости плотной гипсобетокной панели, это позволит получить значительный экономический эффект в сфере промышленного производства.

основные тот

1. Теоретически и экспериментально установлена возможность получения пеноэологипсовьк самонесуних изделий и конструкций средней плотностью 800 кг/м3.

2. Изучено влияние золы-унос на свойства пены и пеносис-темы. Установлено, что зола-унос резко сокращает синерезис пены, повышает ее устойчивость и стабильность во времени. Наиболее оптимальными для получения стабильной пенозоломассы являются фракции золы-унос менее 0,63 мм при концентрации ПАЗ в

растворе 0,2-0,3 % от массы во£ьи

3. Разработан технологический прием Минергугмэации пены и установлен технологический регламент получения пеноволомассы -- время приготовления составляет 1^0-1 ,-5 минуты при скорости ■ перемешивания 800-1000 об/мин.

4- Разработан и оптимизирован состав исходной композиции и технологические параметры изготовления пенобетона марки 25, 35 при следующем соотношении компонентов, в %: гипсового вяжушего 80

зола-унос 4 15

известь ■ ' - 5

5. Установлено количественное и качественное влияние В/Г отношения, соотношения "Уз/Уг и количества упрочняющей добавки на прочность, среднюю плотность пенобетона и подвижность пенобетонной смеси.

6. Разработан способ двухстадийного приготовления пено-золсгипсовой смеси, предусматривавший приготовление водозоль-ной суспензии с ПАВ, ее вспенивание, минерализацию гипсовым вяжущим и последующее введение предварительно приготовленного золойзвесткового теста в пеномассу. При этом установлено следующее:

- получение пеномассы должно быть основано на методе сухой минерализации .пены, при этом кратность пенозоломассы составляет 3-4;

- стабильность, прочность и химическая совместимость гипсового вяжушего с пеной улучшается при введении в состав пены золы-унос;

- падение кратности пенозоломассы при минерализации должно быть не более 10 %;

- характер пористости /открытая, закрытая/ регулируется за счет введения пористого мелкодисперсного заполнителя и изменения начальной кратности пенозоломассы;

- упрочнение и повышение эксплуатационных свойств материал достигается за счет введения в состав пенозологипса известковой добавки и вибрации формовочной смеси.

?. Установлено, что формование изделий лучше осуществлять с применением непродолжительной /20-30 с/ вибраши пеномассы

"• при амплитуде 0,5 мм, частоте 50 Гц.

8. Разработанный пенозологипсобетон предназначенный для изготовления саыонесуших изделий и конструкций средней плотностью 800 кг/мэ 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 влажностнда 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 7С000 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 фя-зико-мехачичесгсие свойства пеногипса. - Тезисы докл. научн.-техн. конф. - Целиноград.: 1987. с. 22.

3. Абдушкуров Ф.Б., Румянцев Б.М. Влияние золы-унос на устойчивость пены. - Тезисы докл. науч.-техн. конф. - Целиноград.: 1987. с. 24.

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

Заказ № 232 Тираж ЮОэкз 3.03.91г.

Размножено на ротопринте ГШ "Цзлингипросельзсоз" 4730С0 г .Целиноград, ул.Лэнина,57