автореферат диссертации по строительству, 05.23.05, диссертация на тему:Плазмированные изделия из легких бетонов для использования в нейтральных средах

НАУЧНО-ИССЛЕЩОВАТЕЛЬСКИЙ ШСТШТ СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ при Томском инженерно-строительном институте (НИИ СМ при ТИСИ)

На правах рукописи

Геворкян Альберт Ашотооич

УДК 666.965.2:53Ь.2:533.9...15 (043.3)

ГШАЗМИРОВАШЫЕ ¿ЗДЕДШ ИЗ ЛЕГКИХ БЕТОНОВ ДЛЯ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ В НЕЙТРАЛЬНЫХ СР1^дАХ

05.23.05 - Строительные материалы и изделия

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Томск - 1991

•исх. У**-

¿^г ¿г. //. Н г.

Работа выполнена в Московском ордена Трудового Красного Знамени инженерно-строительном институте им. Ь.Ь.Куйбышева и научно-исследовательском институте строительных материалов при Томском инженерно-строительном институте

Научный руководитель - кандидат технических наук, доцент

ПАВЛОВ В.И.

Научный консультант - доктор технических наук, доцент

воловдтш г.г.

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук, профессор ТИХОМИРОВ И.А.; кандидат технических наук, и.о. профессора ШЧИКОЗ В.Ф.

Ведущая организация - Центральный научно-исследовательский

институт экспериментального проектирования . сельского строительства (ЦШКЗПсельстрой) Главного научно-проектного управления Минсельхозпрода СССР, г, Лпрелевка, Московской области

Защита диссертации состоится ¿С декабря 1991 года на заседании специализированного совета ^ 064.41.01 по защите диссертаций на соискание ученой степени доктора наук при научно-исследовательском институте строительных материалов при Томском инженерно-строительном институте по адресу: 634003, г. Томск, пл. Соляная, 2.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Томского инженерно-строительного института.

Отзывы на автореферат, заверенные печатью, просьба направлять в адрес специализированного совета, ученому секретаре.

Автореферат разослан " ' $ 1991 г.

Ученый секретарь специализированного совете Д 064.41.01, кандидат технических наук

Н.К.Скрипникова

; ,,, I ОЩЛИ ХЛРАКТЕРИСТпЛ; РАБОТЫ

¡ссартаций {Актуальность исследований, направленны* на решение научно-технических задач по повышению долговечности строительных конструкций, работающих в нейтральных средах, обусловлена:

1) отсутствием научных результатов по изменению теплофизи-ческих свойств конструкционного материала в процессе его насыщения солями хлористого натрия;

2) отсутствием надежных средств защиты поверхностей ограждающих конструкций зданий и сооружений от проникновения в структуру материала растворов солей;

и) необходимостью создания новых строительных материалов для эксплуатации в нейтральных средах.

Об актуальности выполненных исследований свидетельствует включение их в тематические планы Косковского инженерно-строительного института Ш1С/1) и научно-исследовательского института строительных материалов при Томском инженерно-строительном институте (ШУ. С!ч при ТИС;!), в комплексную научно-техническую программу "Сибирь" (1* государственной регистрации 81030050).

Цель работы. Исследование влияния хлористых солей натрия и их растворов на теплопроводность газобетона и создание.стекловидных защитных покрытий для строителышх конструкций с повышенной долговечностью.

Основная идея состоит в обеспечении эксплуатационной надежности строительных конструкций путем плазменной обработки их поверхностей.

Методология работы осноЕана на использовании теоретических положений в области теплопроводности строительных материалов, разработанных А.В.лы.човыы, С.а. Власовым, Б.Н.Кауфманом, А.У. Франчуком, А.Ф.Чудновским, А.пионером, и в области плазменной техники и теплофизики, разработанных научной школой ¡О.Жукова; математического метода планирования эксперимента.

Исходные материалы и готовые изделия исследовались с помощью современного лабораторного оборудования (полупроводниковый зонд с аппаратурой сопровождения, прибор Бока фирмы "Стэтрон", электронный микроскоп РЭИ-200, дифрактсметр ДРОН-Зи и др.). •

Научная новизна. Определен характер изменения коэффициента теплопроводности четырехфазшх систем (скелет материала + воздух в- порах + растворы солей в порах + кристаллическая соль в порах) газобетонных материалов в зависимости от трех факторов: плотности материала, влажности и содержания солей.

Получены дифференциальные уравнения зависимости иоэффициен- ' та теплопроводности от вышеназванных факторов типа и), с)

и расчетные уравнения зависимости коэффициента теплопроводности от влажности и плотности материала типа К = Х = и решены вопросы совместимости поверхностного слоя изделий с энергетическими характеристиками плазменного шнура на основе использования силикатсодернащих паст. Определены режимы плазмиро-вания.

Обоснована технология производства плазыированных газобетонов и полимерсиликатбетонов для применения их в качестве материала ограждающих конструкций зданий, работающих в нейтральной среде.

Практическая ценность. Ьолучены и используются для теплотехнического расчета ограждающих конструкций из плазыированных материалов при проектировании экспериментальных зданий для Московской области в институте "МосгипроЬЖсельстрой" значения коэффициента теплопроводности газобетона в зависимости от трех факторов: плотности, влажности и содержания соли, которые ранее отсутствовали в СНиП П-3-79 "Строительная теплотехника".

Разработаны составы легких бетонов и паст для нанесения на изделия с "целью предохранения структуры материала от теплового удара, повышающие морозостойкость, водо- и растворонепроницае-мость изделий.

Определены реаимы оплавления поверхности полимерсиликатбе-тонных и газобетонных изделий с помощью низкотемпературной плазмы, обеспечивающие образование прочного защитно-декоративного покрытия.

Результаты работы послужили основой создания монтируемой в управлении "Химстрой" установки по плазмироаанйю бетонных изделий и были внедрены в ПО "Тоыскстройматериалы".

Прошли промышленные испытания фрагменты изделий из плазми-рованного полимерсиликатбетона (ЛОБ) на джезказганском медеплавильном и Лениногорском цинковом заводах а экстремальных услови-

ях воздействия агрессивных сред в виде серной кислоты и сульфата цинка.

Полученные результаты и разработанные на их основе методические материалы используются в учебном процессе ТИСи при чтении лекций и проведении лабораторных работ по специальностям 1207 и 070Ь, а также в курсе лекций по теплотехническим характеристикам строительных материалов.

Апробация работ». Научные и практические результаты работы доложены на: научной конференции преподавателей t.i/'Oi (19«3 г.), научно-техническом совете Ыинпромстройматериалов РСФСР (1967 г.), научно-техническом совете 1госгипроНИКсельстроя (19о7 г.), на объединенном научном семинаре HI41 СМ при ТИСИ (1991 г.).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано шесть печатных работ.

Объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, общих выводов, списка использованной литературы, включающего f^y наименований, и приложения; изложена на 1^0 страницах, содержит V2» рисунков, ZC таблиц.

На защиту выносятся:

1. Результаты экспериментальных и теоретических исследований влияния хлористых солей натрия на теплопроводность и структуру легкого бетона.

2. Концепция создания плазмированных изделий из газо- и полимерсилихатбетонов с пористостью поверхностного слоя 4 ... ... 6 %, обеспечивающей непроницаемость для агрессивных сред, долговечность и декоративность.

3. Технологические решения при создании плазмированных легкобетонных конструкций, эксплуатируемых в агрессивных средах.

4. Результаты промышленных испытаний плазмированных изделий из газо- и полимерсиликатбетонов.

СОДЕИКАНИК РАБОТЫ

В главе I представлен литературный обзор, посвященный процессам разрушения конструкции за счет физической формы солевой коррозии, что характерно для калийных комбинатов.

Особенностью производственной среды калийных комбинатов является наличие высокогигроскопичных водорастворимых хлористьх

солей На, К, Часть солевой пыли, образующейся б ходе технологического процесса, оседает на наружных и внутренних поверхностях ограждающих конструкций, ¿¿следствие высокой гигроскопичности пыль вызывает конденсацию влаги на поверхности ограждающих конструкций, приводящую к образовании растворов солей. Сконденсировавшаяся влага частично испаряется внутрь помещений, а частично впитывается материалом ограждения, перемещаясь вглубь конструкции. При этом разрушение стен происходит как с внутренней, так и с наружной стороны.

Проблемам коррозии строительных материалов при солевом воздействии посвящены работы многих авторов: В.М.Москвина, Jl.fi. Ильчукова, Н.А.Ьюцанского, А.К.Кисиса, А.А.Бартаиевича, Л .Д. Шайтарова, А.Й.Ыинаса и др. Основной вывод этих работ заключается в ■том, что причинами, вызывающими разрушение строительных материалов, являются напряжения, возникающие в капиллярно-пористых строительных материалах в результате увеличения объемов кристаллов солей в процессе их накопления или при изменении объема кристаллогидратов вследствие колебания гемпературно-влажностного режима-окружающей среды,

• Кроме вышеизложенного, по мере накопления солей и повышения концентрации раствора в толще конструкции,соли начинают все больше оказывать влияние на процессы увлажнения конструкций стен, ■ что, соответственно, ухудшает теплозащитные свойства ограждений,, т.е. с повышением влажности стен увеличивается теплопроводность материала стен.

Вопросам теплопроводности строительных материалов посвящены работы многих ученых как в нашей стране, так и за рубежом. Кроме вышеназванных, следует сказать о работах К.Фокина, Н.А.Некрасова, И.Г.Резцова, З.Г'.Зльдарова, О.Кришера, Н.Русселя, Н.Ри-бо, М.Ридедя и др. Основной вывод из этих работ заключается в том, что установить общую математическую зависимость между теплопроводностью материала и его влажностью; одинаковую для всех строительных материалов, не представляется возможным, так как значительное влияние на теплопроводность материала оказывают форма и расположение пор в материале.

Учет влажности дисперсного материала при количественной оценке его теплофизических характеристик представляет собой сложную задачу. Достаточно сказать, что в существующих теорети-

ческих концепциях по вопросам теплопроводности в трехфазных системах дисперсных материалов нет единого подхода к решению задачи. Коэффициент теплопроводности для одного и того же материала, вычисленный по расчетным уравнениям разных авторов при одних и тех же влажностях, дает различные результаты.

Определение теплотехнических характеристик, обеспечивающих требуете эксплуатационные качества ограждений, в настоящее время производится в соответствии со СНиП 11-3-79 "Строительная теплотехника". Однако, этот нормативный документ не учитывает влияние хлористых солей на изменение коэффициента теплопроводности материала при увлажнении ограждающих конструкций растворами солей.

Существующие конструктивные решения стен производственных зданий и методы их защиты не реаают в полной мере задачи долговечности ограждающих конструкций. В связи с этим особый интерес представляют стекловидные покрытия, образующиеся на поверхности строительных материалов, при обработке их низкотемпературной плазмой. Создание покрытий плазменным методом является одним из наиболее перспективных технологических процессов в связи с теми преимуществами, которые он дает: дешевизной, универсальностью, легкостью нанесения покрытий на большие и малые поверхности изделий, возможность» автоматизации.

В главе 2 даны результаты натурных исследований влияния хлористых солей на теплопроводность стен калийных предприятий в г. Березники Пермской области. Ът исследования включали в себя изучение температурно-влажностного режима окружающей среды, химический анализ проб воздуха снаружи и внутри помещений, изучение распределения температур по толщине ограждающих конструкций, определение соле- и влагоеодеркания по толщине ограждения и коэффициента теплопроводности материала стен. Всего было исследовано 9 точек в конструкциях из трех материалов: полнотелого красного кирпича с плотностью 1800 кг/м^ и пористостью 31 %, полнотелого силикатного кирпича с плотностью 1200 кг/м^ и порир-тостью 25 % и керамзитобегонных панелей с плотностью 1200 кг/м'3 и пористостью 56 %.

Измерение температуры слоев по толщине ограждающих конструкций производили с помощью хромель-копелевых термопар, контроль и запись осуществлялись автоматическим потенциометром КСО-4. Схема

расположения термопар и зонда даны на рис. I.

Рис. I. Схема расположения термопар и зонда:

1 - термопары; 2 - измерительный зонд; 3 - схема отбора проб по толщине стены

Взятие проб воздуха внутри помещений и на территории исследованных комбинатов и определение их химического состава осуществляла центральная заводская лаборатория (ЦЗЛ) "Уралкалия", результаты анализа приведены в 12] . Относительную влажность воздуха определяли аспирационным психрометром дсмана. Отбор проб материала стен на соле- и влагссодеркание осуществляли по стандартной методике, химический анализ отобранных проб производили в ЦЗЛ "Уралкалия". Результаты анализа приведены на схемах (рис. 2). Коэффициент теплопроводности измеряли по оригинальной методике полупроводниковым цилиндрическим зондом постоянной мощности ИГХ-5, изготовленным лабораторией'строительной физики Ленинградского инженерно-строительного института, результаты исследований' даны на рис. 3.

Анализ проведенного эксперимента в натурных условиях эксплуатации зданий позволил сделать следующие выводы:

1. В ограждающих конструкциях зданий в процессе зксплуата-ч ции скапливаются высокогигроскопичные ссши КаС1 , КС1 , МдСЦ.

2. Присутствие в конструкциях гигроскопических солей оказывает заметное влияние на влажностное состояние материала стен,, при этом характер распространения влаги в материале ограждающих конструкций неодинаков. На количество влаги в конструкциях большое влияние оказывают темперагурно-влахностный режим, особенности технологического процесса, количество солей в конструкциях

и ориентация стен.

3. Анализы проб, отобранных из конструкций во всех точках.

Точка 2

Точка 3 См

lllll.lt.il I ГЧ-ЬЧ-Ч . ) I ' I I' п •

я т по т4яцу.мн" ¡о да гьа зп %а т аи ззо *зо$,мм

Рис. 2. Содержание влаги и солей в конструкциях стен по данным натурных исследований :

I - стены из кирпича глин*шого обыкновенного (плотность 1800 кг/м , пористость 31 %); П - стены из кирпича сили-' катного (плотность 1800 хг/мэ, пористость 25 %)\ Ш - „ стены из керамзитобетонных панелей (плотность 1200 кг/м , пористость 56 %)\ I - содержание алвги; 2 - содержание солей

-ъ

Рис. 3. Зависимость коэффициента теплопроводности материала стен от влажности и засоленности;

1 - красный кирпич; П - силикатный кирпич; и - керамзито-бетон; I - по результатам натурных исследований (в скобках указано содержание хлористых солей в % по массе);

2 - по данным А.У.Франчука; 3 - А.Ыиснара; 4 - Ь.Ь.Кауфмана (-незаселенные материалы)

и расчеты показывают, что поры материала стен заполнены растворами солей от слабой концентрации до насыщенной. В порах материала неноюрых конструкций имеется и кристаллическая соль.

4. При сравнении графиков зависимости А от ш , полученных экспериментально в засоленных конструкциях из красного и силикатного кирпича и керамзитобетона, с графиками зависимости Л от ш для незаселенных материалов при тех же влажностях можно заметить, что их характер сохраняется. Чем выше влажность материала стен, тем вше коэффициент теплопроводности, что хорошо согласуется с литературными данными. Однако, коэффициент теплопроводности засоленных материалов во всех девяти точках для трех материалов выше коэффициента теплопроводности квзасоленных; при

этом, чем меньше концентрация раствора в порах материала и чем больше лор заполнено раствором, тем выше коэффициент теплопроводности, и, наоборот, с повышением концентрации раствора ско- • рость роста коэффициента теплопроводности падает, но абсолютное значение коэффициента теплопроводности материала, увлажненного растворами солей, выше, чем коэффициента теплопроводности материала, увлажненного водой.

Как отмечалось выше, теории теплопроводности четырехфаэннх систем (скелет материала + воздух в порах •+ растворы солей в порах + кристаллическая соль в порах) на сегодняшний день нет. Отсутствует и достаточное количество экспериментальных данных о влиянии агрессивных сред в виде хлористых солей Ка , К , Мд на теплопроводность материала стен. Проведенный эксперимент, указывая на влияние этих солей на изменение коэффициента теплопроводности, не дает возможности выявить закономерности этого влияния и смоделировать сам процесс. Исследования проведены в натурных условиях нестационарными методами впервые. Следует отметить, что процесс засоления и увлажнения ограждающих конструкций естественный, случайный, в реальных условиях эксплуатации зданий, без заданных параметров засоления, увлажнения и температурно-влачностного режима, а это не позволяет корректно решить задачу.

Поэтому для решения данной задачи выявления закономерностей влияния агрессивных сред на теплопроводность материала стон были . проведены лабораторные исследования в стационарных условиях. Результаты этих исследований представлены в главе 3 диссертации.

Глава 3. Трудности построения теории теплопроводности трехфазных систем (скелет материала ч воздух в порах + вода в порах) применительно к строительным материалам в основном связаны с отсутствием четких представлений о характере распределения влаги в той или иной структурной системе и крайней неполнотой сведений о форме связи влаги с материалом, природе сил связи между частицами материала и влагой, механизме передвижения влаги в материале на разных стадиях его увлажнения и т.д. многочисленные классификации форм связи влаги, предложенные в течение последних лет, подтверждают высказанную мысль о недостаточности наших представлений в этой области. 1

Несмотря на это обстоятельство, различные исследователи дают эмпирические формулы зависимости коэффициента теплопроводное-

ти от влажности для отдельных материалов. Но эти формулы применимы только для данного материала.

Применимость того или иного расчета или формулы типа Л=}(Р), А=1(Ц), Л=|(хй) данному конкретному материалу определяется соответствием, которое существует между модельной схемой,' положенной в основу расчета, и реальной структурой системы.

Очевидно, еще сложнее решать задачи теплопроводности в че-тырехфазных системах (скелет материала + воздух в порах + растворы солей + кристаллическая соль в порах). Теоретических работ в области теплопроводности четырехфазных систем на сегодняшний день нет.

Н сложностям, возникающим при теоретических расчетах в трехфазной системе, добавляются сложности, связанные с отсутствием четких представлений о характере связи влаги и солей и их растворов с частицами материала, о кинетике накопления солей в порах материала, об образовании самих растворов, их насыщении и кристаллизации на разных стадиях засоления материала и т.д.

Появилась необходимость в проведении серии экспериментов, выявляющих зависимость коэффициента теплопроводности от действия хлористых солей натрия во взаимной связи с действием еще двух факторов: плотности и влажности, ото позволило бы получить надежный рабочий математический аппарат, применимый для проведения теплотехнических расчетов при проектировании промышленных зданий, работающих в данной агрессивной среде.

Выбор газобетона как объекта исследования был сделан по следующим Соображениям:

материал имеет относительно наиболее правильную структуру, без особо больших натяжек поддающуюся идеализации;

поры газобетона имеют почти правильную шаровидную форму; распределение пор, распределение влаги, растворов солей, а также кристаллической соли в порах относительно равномерное по всей толщине испытуемых образцов.

Для исследования принят газобетон плотностью ЬОО ... 1000 кг/и*1. Сорбционное увлажнение засоленного газобетона, в зависимости от плотности, колеблется в пределах 4Ь ... о5 %. а реальных условиях эксплуатации зданий газобетон увлажняется не более 20 ... 25 % от плотности материала. В связи с этим в эксперименте влажность меняется в пределах 0 ... 30 % от плотности материала.

Натурные исследования конструкций зданий, проведенные автором, показали, что в процессе эксплуатации зданий в течение 17... ...27 лет в материале конструкций скапливается соль в количестве I ... 2 % от плотности материала 12] ,

Вышеизложенным объясняется выбор области планирования эксперимента. Каждый фактор рассматривается в двух уровнях: нижнем и верхнем:

плотность - Xj - Ь00(-1); IOOÖUI) кг/м^; влажность - Х^ - C(-I); 30(+I) % по плотности; содержание соли - Х^ - 0(-I); 3(+П % по плотности. В качестве основного уровня взят центр плана, а именно: У = Ь00'кг/м3; W = 15 %; С= 1,5 %.

Составы исследуемого газобетона разной плотности представлены в [3] . Образцы изготавливались в формах по ГОСТ 7070-78 размерами 250 х 2Ь0 х 40 мм. Увлажнение и засоление образцов производили на установке и по методике, специально разработанных для этого эксперимента.

Коэффициент теплопроводности определяли на приборе Бока фирмы '.'Фаэтрон" (Германия) по методу стационарного теплового режима.

Значения коэффициентов регрессии рассчитывали на ЬЬМ. Полученная математическая модель в кодированном выражении имеет вид: Y.O,3QHO,099X|tO,og25X2i-0>00025X^O,002975X,X2-0,006X1X3-0,0195X^^0,01225X^5 (I)

Проверив коэффициенты в уравнении (I) на значимость, исключив незначимые, проведя ранжирование по величине коэффициентов при факторах и подставив вместо кодированных выражений в уравнение (I) натуральные значения факторов, получили математическую модель, устанавливающую зависимость коэффициента теплопроводности газобетона от плотности, влажности и содержания соли: Д«-87,75'l0*3+0,346,10"jyt)3-10"3c-0,4 ЗЗ-Ю^'ю» 0,0099-1j^n)-D,87,iO"ätOC (2) Ка основе полученной математической модели выведены дифференциальные уравнения коэффициента теплопроводности газобетона в зависимости от трех факторов: плотности, влажности и содержания соли в порах материала:

; (3)

Лел»-87>75'10-*+0,346'10'3у ♦13"l6'JC> (4)

где Лй,- коэффициент теплопроводности сухого засоленного материала.

Частная производная фуннции Л по переменной Ш : |^=-0,4П «п+0.0099-10"эУ-0,87-10-4, (Ь)

где х/ц - влажность материала в % по плотности материала.

Уравнение (4) есть уравнение коэффициента теплопроводности сухого засоленного материала.

Если в уравнении (2) С = 0, т.е. материал не содержит соли, то уравнение (2) принимает вид:

Ав=-«?,75-10"3+ 0,346•МГ'у (7)

где Хл- коэффициент теплопроводности сухого незаселенного материал.

||;»-0)433МО"5*0>Ш)9Э-<0"5у. (Й)

Уравнение (б) является частным случаем уравнения (3) и не противоречит уравнениям, полученным ранее другими исследователями, однако, значительно упрощает расчеты.

Преобразовав уравнение (2), получили уравнение зависимости коэффициента теплопроводности газобетона от концентрации раст-

вора в лорах материала:

(У)

где A,«Ю0с(-(МЬЗ-Ш'*» 0,0099-10*^ -0,87-!0"*с), £Ю>

K = -gp100 % _ концентрация раствора. (II)

При фиксированных значениях ^ и с числитель уравнения постоянный и зависимость коэффициента теплопроводности от концентрации раствора К обратная. График такой зависимости в прямоугольной системе координат есть.гипербола, присутствие в уравнении (9) слагаемого показывает, что центр гиперболы смещен вверх по оси оА на величину /сз (рис. 4). Ьри фиксированных значениях J «const, с ».0 , как следует из уравнения (2), зависимость А от к; линейная. График такой зависимости есть прямая:

х-х„*а (123

Сравнивая графики зависимости Л от ш для фиксированных значений С , можно заметить, что коэффициент при ш . численно равный тангенсу угла наклона прямых к оси 9w , убивает, следовательно, уменьшается и угол наклона прямых, т.е. скорость роста А гадает с ростом концентрации раствора. Кроме этого, при увеличении плотности материала угол наклона прямых к оси 0Ш круче, т.е. увеличение плотности материала оказывает влияние на

увеличение коэффициента теплопроводности.

Так как А есть функция трех переменных, областью определения функции А являются точки трехмерного пространства, и, чтобы построить график функции, необходимо выйти в четырехмерное пространство.

Если для облегчения задачи зафиксировать у и исследовать $ункц1Ло как функцию двух переменных w и с , то исследуемое уравнение примет вид:

. 2299 (Л -0,2015) в (c'*S,t)z~ (И)'-15)2 CIÓ)

Б системе координат ОтисЛ уравнение примет вид:

ZZ49Г -(р>")г (14)

Ьто уравнение гиперболического параболоида.

Анализируя полученную математическую модель (2) и полученные на ее основе дифференциальные и расчетные уравнения (ó), (4), (6), (?), (9), (14), можно судить о степени и характере влияния рассматриваемых факторов на теплопроводность газобетона:

1. С повышением плотности газобетона в сухом состоянии при отсутствии солей коэффициент теплопроводности увеличивается, полученное уравнение (?) позволяет определять коэффициент тепло- ' проводности сухого незасолежого газобетона в зависимости от -плотности в интервале ьОО ... ICCC кг/м0. Результаты, получаемые по этому уравнению, хорошо согласуются с литературными данными [3] , при этом значительно упрощается расчет.

2. При фиксированной плотности и отсутствии солей с повышением влажности газобетона его коэффициент теплопроводности также ' увеличивается, ¡юлученное уравнение (Ь) позволяет определять -коэффициент теплопроводности газобетона в зависимости от влажности в интервале С ... 30 % по плотности материала.

Результаты, п; iyчаемые по уравнению (о), тоже хорошо согласуются с литературными данными £3] , при этом тякяе упрощается расчет.

Ъ. При фиксированном значении плотности и отсутствии влаги ( 2"const • W= 0) увеличение содержания соли в порах материала приводит к увеличению коэффициента теплопроводности газобетона. Уравнение (4) получено впервые и оно позволяет получить данные по теплопроводности сухого засоленного газобетона, отсутствующие в Chiill íí-ó-Vü ** "Строительная теплотехника".

4. выявлена зависимость коэффициента теплопроводности от

концентрации раствора соли в порах материала* Уравнение (9) дает возможность определять эту зависимость. Оно получено впервые. График такой зависимости - гипербола (рис. 5), зависимость обратная; с у еличенкем концентрации раствора хлористого натрия в порах материала скорость роста коэффициента теплопроводности падает.

Рис. 4. Зависимость коэффициен- Рис. 5. Зависимость коэффициента теплопроводности от влажно- та теплопроводности газобетоне ста и содержания соли для газе- от концентрации раствора соя/.: ^

бетона 1,2,3 - при плотности 600 кг/ыЯ;

4.5.6 - при плотности 800 кг/м^;

7,6,9 - при плотности ЮОСкг/ы ;

1.4.7 - при I % засоления;

2.5.8 - при 2 % засоления;

3.6.9 - при 3 % засоления

5. Установлено, что для различных Ц и с при значении ы)=14,94 % .по плотности, значения коэффициентов теплопроводности очень.близки, и на графиках их проекции на плоскость ХОти как бы совпадают.

Практическое совпадение значений коэффициентов теплопроводности газобетона при постоянной плотности и различном содержании солей для влажности около 15 % можно объяснить, очевидно, сдеду-сл.иш физическим процессами. При увлажнении солесодеркащего ма-

гериала в пределах 0 ... 15 % по массе, когда в порах материала находится кристаллическая соль к ее насыщенный раствор, теплопроводность газобетона увеличивается за счет того, что з первую эчередь солью и ее раствором заполняются микропоры и микрокапил-чяры, которые составляют до 41,7 % от общей пористости (по дьл--шм исследований Б.К.Кауфмана, А.д.Чудновекего и др.). о указан-№м интервале влаиносги газобетона раствор соли, заполняя м;:кро-юры и микрокаг.илляры, увеличивает площадь контактов между час-гицами скелета материала. При этом передача тепла осуществляется неимущественно теплопроводностью, а концентрация раствора соли фактически мало влияет на'теплопроводность газобетона. После юго, как микропоры и микрокапилляры стенок крупных пор запол-:ятся полностью, влага в виде раствора соли начиняет проникать шутрь самих ячеек или крупных пор. Этот момент, очевидно, пр;:хо-1ится на степень увлажнения, соответствующую) влажности около 15 % ю массе. Поэтому коэффициенты теплопроводности газобетона одкна-:овой плотности при различном содержании солей, независимо от юнцентрации их раствора, очень близки по значению и на графиках фактически совпадают. И процессе дальнейшего заполнения крупных :ор раствором соли (при увеличении злажности газобетона в кнтер-1але-15 ... 30 %) на изменение его коэффициента теплопроводности ;ачинает оказывать влияние концентрация раствора соли, так как еплопроводность раствора с увеличением концентрации снижается, ри этом, чем больше содержание соли з газобетоне, т.е., чем.вы-е концентрация раствора соли, тем меньше градиент роста теплс-роводностк газобетона от влажности при одинаковой его плотности, б этом, вполне согласуясь с изложенной физической сущностью, видетельствуют графики на рис. 4.

6. Выявлена зависимость коэффициента теплопроводности газо-етона от трех факторов: плотности,' влажности и солесодериакия. равнение (3) получено впервые. Оно позволяет получить значение оэффициента теплопроводности газобетона в зависимости от выие-ззванных факторов в их взаимной связи, ранее отсутствовавшие в -¡иП 11-3-79 ** "Строительная теплотехника". Областью определения ■ ависимости являются точки четырехмерного простран-

гва. При фиксации одного из них (плотности К ) и переменных влажности и и солесодержания с ) зависимость коэффициента теп-эпроводности в трехмерном пространстве выражается криволинейной

поверхностью - гигсрболическиы параболоидом (рис. 6).

Рис. 6. Область определения зависимости коэффициента теплопроводности газобетона от совместного влияния трех факторов: плотности, влажности и солесодержания

7. Использование полученных формул (3), (4), (Ь), (.7), (9)-, (14) в стандартной программе для оКл позволило просчитать около 2СОО точек и получить в табличной форме новые значения коэффициента теплопроводности газобетона в зависимости от трех факторов, ранее отсутствовавшие в СНиП 11-3-79 хх "Строительная теплотехника", которые могуч быть использованы при теплотехническом расчете огракдащкх конструкций.

3 главе 4 рассмотрены вопросы формирования структуры поли-ыерсмикатбетонов и плазменных покрытий во взаимосвязи с режимом тепловой обработки при твердении полиыерсиликатбетонов ШСБ). При этом исследовалось влияние тепловой обработки на физико-ме-ханкческие свойства (прочность при сжатии, растворопоглогцение и

проницаемость, солестойкость) ПСБ. В таблице I приведены результаты исследований влияния температуры сухой тепловой обработки на прочность при сжатии ПСБ.

Таблица I

№ образцов Время твердения образцов до испытания на прочность в час. при температуре °С Средняя прочность при сжатии по трем образцам Исж«

20 40 60 во ' 115

1-9 12 I _ _ — 1о,1

10-18 12 I 24 - - 13,9

19-27 12 I I 24 - 16,5

23-36 12 I I I 24 18,3

В результате проведенных испытаний установлено: прочность ПСБ возрастает с повышением температуры твердения от 60 до По °С. Температурный прогрев дает существенный прирост прочности при сяатии на начальном этапе твердения. При твердении в естествен- -ных условиях в течение 4-х суток образцы набирают достаточную прочность, сопоставимую с прочностью при сжатии образцов, прошедших тепловую обработку. Следовательно, в целях экономии тепловой энергии можно считать предпочтительным режим твердения в естественных условиях при температуре 20 °С или проводить кратковременный прогрев в течение I ... 2 часов при температуре ВО °С.

Проницаемость ПСБ для растворов хлористых солей натрия определяли методом электропроводности засоленного образца на осциллотитраторе фирмы "Rädelkis '* (Венгрия) с лабораторной приставкой кафедры технологии вяжущих веществ и бетона ЫИСЙ. Исследования показали наличие хлористого натрия на глубине 10 ... 15 мм в образцах, прошедших тепловую обработку при температура 60 и ВО °С, и на глубине до 30 мм у образцов, твердевших при температуре 115 °С. Отдельные кристаллы хлористого натрия у этих образцов наблюдались на глубине 35 мы»

Установлено, что проницаемость в'ЛСБ солей хлористого натрия увеличивается у образцов, прошедших тепловую обработку при температурах выше ЮГ "С. Такое увеличение ксжно объяснить процессами дегидратации, ноторые происходят при этих температурах

в структуре материала.

Мсгштания на солестсйкость показали достаточно высокую стойкость ПСБ к солевой форме физической коррозии. Образцы, подвергшие. к 25 циклам увлажнения и сушки в насыщенных растворах хлористого натрия набрали в среднем по 45 г хлористого натрия, что составляет 6,1 % по плотности материала.

Таблица 2

Результаты испытания на солестойкссть

образцов Темпера-тура прогрева Прочность при сжатии в возрасте 4 суток. М1а об- оаз- цов прочность при сжатии в возрасте ПО суток Ш а № образцов Масса образ ца г.е ред испытанием на касса образ ца после 25 ' циклов Прочность при сжатии после испытаний на солестойкость Ша

обр. ср.

обр. ср. обр. ср. солестойкость г испытаний г

I 20 9,9 10,6 7 15,5 18,3 4 _ _ _

2 10,6 8 17,4 5 - — - -

3 16,6 о 22,3 6 - - -

10 60 8,0 13,9 16 24,8 19,4 13 536 562 24,3 25,0

II 20,4 17 19,5 14 520 548 25,5

12 13,3 18 15,8 15 510 559 25,0

19 80 9,8 16 ,£ 25 21,8 21,5 22 49а 530 26,0 22,8

20 21,3 26 21.6 23 523 541 19,3

21 18,2 27 19,0 24 507 531 22,8

28 115 19,С 1а,з 34 25,0 23,0 31 498 550 14,4 26,0.

29 17,4 35 22,5 32 495 532 26,0

го 18,3 36 17,5 33 495 533' '¿ь-,о

Повышение плотности и прочности ПСБ образцов, прошедших испытания на_солестойкость, свидетельствует о развитии коррозионных процессов, первой стадией которых является уплотнение структуры и рост прочности; вторая стадия характеризуется укрупнением кристаллов хлористого натрия и новообразований, приводящего к развитию внутренних напряжений и к разрушению структуры образцов из ПСВ, что подтверждается натурными испытаниями.

С учетом вышесказанного, при существующей пористости легких

ПСБ (25 ... 32 %) для повышения долговечности 11СБ изделий необходима дополнительная защита поверхности. Наиболее прогрессивным способом защиты являются плазменные покрытия.

В ходе исследований плазмирование выполняли электродуговым плазмотроном, при температуре ЬООО ... ЬООО °С, со скоростью обработки поверхности 0,045 ... 0,12 м/с, при мосшосги 70 кВт.

Установлено, что адгезионная прочность стёкловздной пленки с основой зависит от скорости обработки поверхности изделий, плотности материала, минералогического и фракционного составов заполнителей. Для ПСБ оптимальная скорость обработки 0,09 ... ... 0,12 м/с. При этом прочность сцепления пленки с основой для легких ПСБ составила 3,2 ... 3,5 МПа. Еокрытие на образцах имело высокие декоративные качества.

С целью выяснения фазовых превращений, происходящих при плазменной обработке в материале изделия был проведен рентгено-фазовый анализ. При расшифровке полученных, рентгенограмм определён фазовый состав основы, представленный кварцем с межплоскостными расстояниями (ШР) ( с1 => 4,2Ь; о,34; 2,45; 2,213; 2,127 А) и другими;, р-кристаболитом ( <1 = 4,07; 2,66; 2,49 л); полевым шпатом типа анортита, альгита и микроклина с МНР ( й = 4,17; 3,75; 3,23; 2,92; 2,1о А); просматриваются линии авгита (пришедшим с исходными материалами в виде гранита, кварцевого песка, андезитовой муки). >1з новообразований возможен виллюнит ЭДаГ с МПР ( сГ= 2,33; 1,63о; 1,3а А) и натриевый силикат №25102 ( с1 = 4,21; 3,77; 3,31; 2,45 а), а также возможен волластонит р-СаО-БШ;, ( с1 = 2,97; 2,72; 2,47; 1,83 А) и псевдоэолластонит <1-СаО-5{02 (с( = 3,2; 2,В 1), на линии которых налояились линии исходных материалов, в основном, кварца. Из новообразований возможны также гидрос. лликаты кальция тит тоберморита с ¡•.■'Л? (с!- = = 2,04; 1,84 А).

На рентгенограмме переходного слоя интенсивность линий кварца, полевых шпатов и гидросиликатов значительно снижается, появляются дифракционные максимумы волластонита ( с| = 2,97; 2,72; 2,47; 1,83 Л) и псевдоволластонита { й = 3,2; 2,8 А).

Стекловидное покрытие является рентгеноаморфным и представляет собой кварцеподобное стекло с небольшим количеством волла-стонитового и псевдоъолластснитс во го компонента.

Микроструктурный анализ показал, что ка снимках фиксируются

ыикротрецины глубиной I ... 2 мкм и пузырьки" газа. Открытая пористость в плазменном покрытии доходит до 4 ... о %.

Морозостойкость плазмированного ПСБ исследовали по методике предло: энной научно-исследовательским институтом железобетона (Ый ШБ). Цикли замораживания и оттаивания производили в насыщенном растворе хлористого натрия. На рис. 7,й представлены результаты испытаний на прочность при сжатии образцов ПСБ и прочность сцепления покрытий с основий ¡;СЪ, прошедаих ¿0 циклов попеременного замораживания и оттаивания в насыщенных растворах хлористого натрия.

1?СЖ, МПа #сц,МПа

25 Z2 19

ге 13 to

i

->л

/s' //

1203

то

1800

2100

£кг/м5

1200

то

то

г то

3>г/к

Рис. 7. Прочность при сжатии плазмированных полимерсиликат-бетонных образцов:

. I - пропедших испытание на морозостойкость; -2 - контрольных (не прошедших плазменную обработку)

Рис. 8. Прочность сцепления

стекловидного покрытия с основой

полиыерсшшкатных образцов:

I - прошедших испытание на морозостойкость; 2 - контрольных (не подвергаемых испытанию на морозостойкость)

В результате испытаний установлено, что прочность при сжатии плазнированных ПСБ после ВО циклов замораживания и оттаивани составила для I = 1200^г/м3 12,5 Ша; для * = 1400 кг/м3-16,Ь Ша; для % = 2100 кг/м^-25,5 Ша, и она больше, чем у контрольных образцов (соответственно: 11,4 Ша, 15,7 Mia, 20,7 Ша). Прочность сцепления пленки с основой у образцов, прошедших испытание на морозостойкость, также выше, чем у контрольных, которые не подвергались испытаниям. Увеличение прочности при сжатии и

сцепления пленки с основой можно объяснить чястичным восстановлением дегидратировавших гидросиликатоз кальция.

На всех плазиированньи образцах из 1;СБ после сС циклов замораживания и оттаивания видимых .следов разрушений не наблюдалось, tía образцах плотностью 2100 кг/м° без плазменного пскркткя пер-, вые трещины появились после 5 цикла, д у \ХЬ плотностью IoCO и 1200 кг/м - после 15 циклов, lia основании проведении исследований можно сделать вызод, что плаэмированио поверхности существенно (в 2 ... 2,5 раза) увеличивает долговечность 1.СБ, при этом прочность сцепления пленки с основой существенно не меняется.

При исследовании влияния плазменной обработки поверхности изделий из ПСЬ на водо~ и расгворопрошщаемосгь установлено, что плазменное покрытие позволяет в 1,6 ... 2,5 раза снизить проницаемость за счет снижения открытой пористости покрытий до 4 %.

Оплавление плазмой поверхности ячеистого бетона не позволяет получить качественных покрытий из-за больной пористости материала. В связи с этим разработаны составы паст'и технология их нанесения на поверхность готовых изделий из газобетона. Ласты готовились на основе вяжущего (жидкого натриевого стекла плотностью 1,35 ... 1,4 г/см"3) с добавлением минеральных наполнителей, в качестве которых применяли тонкомолотое стекло.(отходы электролампового и стекольных заводов), тонкоыолстыз гранит а кварцевый песок. Наиболее качественное покрытие образуется при соотноиении жидкого стекла и молотого гранита 50 : 50, при.этом прочность сцепления оплавленного слоя с основой составила 2,8 ЫПа при режимах обработки: мощности плазмотрона 76'кВт, скорости обработки 0,15 м/с. Под действием плазмы образуется тонкий слой расплава, после охлаждения которого получается стекловидная пленка толщиной 0,15 ... 0,25 мм.

Были проведены испытания на морозостойкость образцов по ГОСТ I2d52,4-77. lía всех плазмированных газобетонных образцах после 50 циклов замораживания и оттаивания видимых следов разрушения не наблюдалось.

Исследования на водопроницаемость показали, что плазмирова-ние позволяет в 1,5 ... 2,5 раза уменьшить водопроницаемость поверхности газобетона.

Исследования под электронным микроскопом показали, что открытая пористость в плаэмированном покрытии составляет 4 ... в %

(для сшвнения: пористость газобетона плотностью 500 ... 1000 кг/«3 равна 76 ... 52 Й).

¡'з зь-лекзлсженного следует, что применение паст с наполнителем :з колотого гранита с последующей плазменной обработкой позволяет получить защитно-декоративное покрытие для ограждающих конструкций 'из газобетона, обладающее высокой прочностью оцепления с основой материала конструкций, достаточной морозостойкостью, повышенной влагонепроницаеггастыо, высокой химическо стойкостью, а вследствие этого - повышенной долговечностью.

3. Хфоанадизировано состояние ограждающих конструкций зданий калийных комбинатов. Остановлено, что конструкции, выполнен ные из традиционных материалов (кирпичные стены и керамзитобетон нь:е панели) с существующими методами защиты от коррозии не отвечают уеловкям эксплуатации по критерия»! долговечности и сохранению теплозащитных сзсйств.

2. Установлен характер изменения ;оэффициента теплопроводности четырехфазкых систем (применит! .^но к газобетону) в зависимости от трех факторов: плотности, влажности и засоления. Областью определения является гиперболический параболоид. 1,случены дифференциальные расчетные уравнения коэффициента теплопроводности типа Л^К.и^с) , , А = {(},<:) ,

, Х*|(и>) . Получены значения коэффициента теплопро водности газобетона в зависимости от трех факторов, ранее отсут стзсвазшие в СНи11 П-3-79 ** "Строительная теплотехника", которк используются в теплотехническом расчете ограждающих конструкций из газобетона.

3. Доказано, что конструкции из пяа~мированных газобетонов и полимерсиликатбетонов выдерживают соответственно не менее 50 циклов замораживания и оттаивания в воде и не менее 30 циклов в насыщенных растворах хлористого натрия.

• эксплуатация опытных образцов-фрагментов из плазмированни полимерсияикатбетона.в экстремальных условиях эксплуатации в це хе электролиза меди НПО "Джезказганцветыет" и в цехе электролиз цинка цинкового завода Лекиногорского полиметаллического комбината в течение 6 лет позволила сделать вывод о целесообразности

их широкого внедрения в практику химических производств.

4. Научно обоснована технология производства конструкций

из плазмированных легких газобетонов и пслинерсилккатбетонов для применения их в качестве ограждающих конструкций зданий, работающих в агрессивной среде'.

5. Определены составы бетонов л решены вопросы совместимости поверхностного слоя изделий с энергетическими характерисгинаии плазменного ынура на основе использования силикатсодеркацих паст. Определены режимы плазмирования.

По материалам диссертации опубликованы следующие работы:

1. Геворкян A.A., Кирнова Г.Я., Волокитин Г.Г. Повышение долговечности ограждащах конструкций из газобетона // Сб. Монтажные к специальные строительные работы. Сер.: Антикоррозионные работы в строительстве: Экспресс-информ./ ЦЬНТК,- !>:., I98Ö.- Вып. Ъ.- С. 26-31.

2. Павлов В.И., Геворкян A.A. Результаты обследования различных стеновых конструкций предприятий калийной промышленности // Монтажные и специальные строительные работы. Сер.: Антикоррозионные работы в строительстве: Ькспресс-информ./ЦБНТИ.- ¿1., 1985.- Вып. I.- С. 6-13.

3. Павлов В.К., Геворкян A.A. влияние хлористых солей натрия на теплопроводность газобетона // Бетон и хселезобегон.- 19о5,-№ 3.- С. 2о-27.

1. Павлов й.И., Геворкян л.а. Влияние теплового режима твердения на прочность, растворопоглоцение и солестойкость легкого пс-лимерсиликатбетона II йонтажные и специальные строительные работы. Сер.: Антикоррозионные работы в строительстве: окс-пресс-информ./ ЦЕНТ,!.- к,, 19ВБ.- Вып. 2.- С. 5-10. э.-Павлов Б.И», Гев.ркяк A.A. Стойкость тяжелого полимерсиликат-бетона к солевой коррозии в нейтральных средах // Йонтажные и специальные строительные работы. Сер.: Антикоррозионные работы в строительстве: Эислресс-информ./ ЦБНТК.- Ы., I9B4.-Бып. 6.- С. 17-20. 1. Павлов В.К. Геворкян A.A., Золокотин Г.Г. Ограждающие конструкции из плазмированного полимерсиликатбетона // Бетон и железобетон,- I98Ü.- № 4.- С. 9-10.