автореферат диссертации по строительству, 05.23.05, диссертация на тему:Получение неавтоклавного пенобетона повышенного качества с учетом природы вводимых добавок

На правах рукописи

ПОПОВА Елена Андреевна

ПОЛУЧЕНИЕ НЕАВТОКЛАВНОГО ПЕНОБЕТОНА ПОВЫШЕННОГО КАЧЕСТВА С УЧЕТОМ ПРИРОДЫ ВВОДИМЫХ ДОБАВОК

Специальность 05.23.05 - строительные материалы и изделия

Автореферат диссертации на соискание степени кандидата технических наук

Санкт-Петербург 2006

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Петербургский государственный университет путей сообщения» на кафедре «Инженерная химия и естествознание».

Научный руководитель -доктор технических наук, профессор СВАТОВСКАЯ ЛАРИСА БОРИСОВНА Официальные оппоненты: Доктор технических наук ДРОНЬ АНАТОЛИЙ ВЛАДИМИРОВИЧ Кандидат технических наук НИКИФОРОВ ЮРИЙ ВАСИЛЬЕВИЧ Ведущее предприятие - ОАО «ВНИИСТРОМ» им. П.П. Будникова

Защита состоится 30 ноября 2006 г. в 13 час. 30 мин. на заседании диссертационного совета Д 218.008.01 при Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Петербургский государственный университет путей сообщения» по адресу: 190031, Санкт-Петербург, Московский пр., д. 9, аудитория 3-237. С диссертацией можно ознакомиться в научно-технической библиотеке университета.

Автореферат разослан «30» октября 2006 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

доктор технических наук, профессор (т^У^лМасленникова Л.Л.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ АКТУАЛЬНОСТЬ РАБОТЫ

В связи с растущей потребностью строительной индустрии в материалах с улучшенными физико-механическими свойствами для решения национальных программ России, пенобетон становится все более востребованным материалом. Улучшить качество неавтоклавных пенобетонов возможно, в том числе, и использованием добавок различной природы, особенности поведения которых недостаточно исследованы. Предлагаемая работа относится именно к этой области знаний — влияние природы вводимых добавок для улучшения свойств пенобетона. ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Цель работы заключалась в получении неавтоклавного пенобетона повышенного качества с учетом природы вводимых добавок.

Для реализации поставленной цели решались задачи:

• выбор добавок в пенобетон, позволяющих повысить качество неавтоклавного пенобетона;

• исследование свойств пенобетона и пенобетонной смеси в присутствии выбранных добавок разной природы;

• опробование пенобетонов повышенного качества в опытно-промышленном варианте.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА РАБОТЫ СОСТОИТ В СЛЕДУЮЩЕМ: 1. Предложены добавки для повышения качества неавтоклавного пенобетона - волокна отходов древесины, зольсодержащие, комбинированные и полисахаридные добавки, основной механизм действия которых состоит в повышении гидратационной активности силикатов и базируется на особенностях природы вводимых веществ -

строении катиона, углеродной цепи и размере частиц. При этом для катиона важную роль играет его орбитальная электроотрицательность, для размера определяющим является нано величина (1...100 нм) и для группы органических веществ - определенное строение цепи.

2. Показано, что введение зольсодержащих добавок, имеющих наноразмер, способствует усилению гидратационных процессов и прочности материала при сжатии, при изгибе и снижению теплопроводности, причем уровень свойств неавтоклавного пенобетона становится аналогичным нижней границе автоклавного.

3. Обнаружено, что введение комплексных минерально-органических добавок с полисахаридоподобным строением углеродной цепи приводит к увеличению количества химически связанной воды, в том числе и в гелеобразных гидратах, общего количества выделившейся теплоты и образованию низкоосновных гидросиликатов кальция, что сопровождается ростом прочности пеноматериала при изгибе и сжатии, а также понижению теплопроводности.

4. Показано, что добавка на основе отходов целлюлозно-бумажной промышленности - древесная фибра - при введении в пенобетон играет не только роль армирующего каркаса, но и ускоряет гидратацию цемента за счет сдвига кислотно-основного равновесия в сторону образования гидросиликатов, что приводит к повышению физико-механических характеристик пенобетона. Обнаружено также, что распределение пор в материале происходит в сторону меньших размеров.

5. Показано, что введение в пенобетон комплексной минерально-органической добавки приводит к ускорению сроков схватывания пенобетонного массива и к повышению вязкости пенобетонной смеси, что связано с присутствием катиона алюминия, обладающего сильной

акцепторной способностью, способствующей более быстрому структурированию системы.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ РАБОТЫ СОСТОИТ В

СЛЕДУЮЩЕМ:

1. Получен неавтоклавный пенобетон с кремнезольсодержащей добавкой средних плотностей Б 500...800 кг/м3 с физико-механическими характеристиками, превышающими значения контрольных образцов, по проектной прочности - на 50%, прочности при изгибе - на 60%, коэффициенту паропроницаемости - на 28%, по морозостойкости - на 60%, при этом коэффициент теплопроводности снижается на 30%, а сорбционная влажность - на 40%. Показано также, что при введении кремнезоля в неавтоклавный пенобетон для средних плотностей Б 500...800 кг/м3 уровень приобретенных свойств превышает нижнюю границу свойств автоклавного пенобетона по ГОСТ 25485-89. Разработаны ТУ 5743-018-51556791-2006 «Золь добавка».

2. Получен неавтоклавный пенобетон средней плотности Б 600 кг/м3, содержащий твердые добавки с катионами алюминия и железа. Полученный пенобетон обладает проектной прочностью и прочностью при изгибе на 25% большими, чем у контрольного образца, морозостойкость при этом увеличивается на 33%, паропроницаемость на 17%, сорбционная влажность снижается на 35%, а коэффициент теплопроводности - на 15%.

3. Получен неавтоклавный пенобетон средних плотностей О 500...800 кг/м3 на основе комплексной добавки, включающий катионы алюминия, магния и полисахаридсодержащий продукт. При этом проектная прочность увеличивается на 22%, прочность при изгибе и трещиностойкость более чем в два раза, морозостойкость - на 50%,

коэффициент теплопроводности понижается на 17%, а сорбционная влажность - на 42%. При формировании пенобетонный массив обладает повышенной вязкостью, что позволяет сократить время формирования начальной структуры массива на 45 минут, что важно для резательной технологии.

4. Получен пеноматериал средних плотностей Б 500...800 кг/м3, содержащий добавку на основе древесной фибры. При этом проектная прочность возрастает более чем на 30%, прочность при изгибе до 36%, морозостойкость - на 40%, паропроницаемость - на 15% по сравнению с контрольным образцом; сорбционная влажность снижается на 33%, а коэффициент теплопроводности - на 25%.

5. Исследования кинетики набора прочности неавтоклавного пенобетона средней плотности Б 600 кг/м3, активированного кремнезолем, комплексной добавкой и древесной фиброй, показали, что в возрасте 90 суток пенобетон в условиях естественного твердения и пропаривания увеличивает прочность при сжатии более чем на 25% и при изгибе более чем на 30% по сравнению с 28 сутками твердения.

6. Новизну материала диссертации подтверждает 3 патента -№2270823, №2254304 и №2283819, 2 положительных решения на выдачу патента, технические условия ТУ 5743-018-51556791-2006. Опытно-промышленные внедрения осуществлены при строительстве сельскохозяйственного объекта в пос. Красноозерье Приозерского района Ленинградской области. В строительстве использован неавтоклавный пенобетон средней плотности О 600 кг/м3, активированный кремнезолем, древесной фиброй и комплексной добавкой. Полученные результаты внедрения оформлены актами и протоколами испытаний выполненных опытных партий и

соответствуют требованиям ГОСТ. Материалы диссертации использованы в учебном практикуме кафедры «Инженерная химия и естествознание» для строительных специальностей. НА ЗАЩИТУ ВЫНОСЯТСЯ;

• теоретическое обоснование выбора добавок, позволяющих повысить качество неавтоклавного пенобетона;

• результаты исследования свойств неавтоклавного пенобетона и пенобетонной смеси в присутствии выбранных добавок с учетом их природы;

• результаты опробования составов неавтоклавных пенобетонов повышенного качества в опытно-промышленном варианте.

ДОСТОВЕРНОСТЬ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ

Достоверность основных научных положений и выводов обоснована с применением комплекса физико-химических методов анализа и находится в соответствии с теоретическими основами и требованиями соответствующих ГОСТов. Справедливость научно-практических рекомендаций подтверждена результатами опытно-промышленных испытаний. Все исследования, необходимые для решения поставленных задач, проводились на кафедре «Инженерная химия и естествознание» ПГУПС на поверенном оборудовании. АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ

Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на научно-технических конференциях: «Неделя науки 2004, 2005, 2006» Петербургского Государственного Университета Путей Сообщения; «Новые технологии рециклинга отходов производства и потребления» г. Минск - 2004; Procedings of the International conference organised by the Concret and Masonary research Group and held at Kingston University, London - 2004; XVII

международной интернет-конференции молодых ученых и студентов по проблемам машиностроения, г. Москва, МИКМУС - 2005; «Города России: проблемы строительства, инженерного обеспечения, благоустройства и экологии» - Пенза: РИО ПГСХА - 2006; XVI International Baustofftagung Bauhaus University. Weimar, Bundesreppublik Deutschland, 2006.

ПУБЛИКАЦИИ По материалам диссертации опубликовано 18 научных работ, в том числе одна работа в журнале по списку ВАК, 3 патента - № 2270823, №2254304 и №2283819, разработаны технические условия ТУ 5743-018-51556791-2006.

СТРУКТУРА И ОБЪЕМ ДИССЕРТАЦИИ Диссертация состоит из введения, восьми глав, общих выводов, списка использованной литературы в количестве 121 наименования, 6 приложений; изложена на 150 страницах компьютерного набора текста и иллюстрирована 41 рисунком и 33 таблицами.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Обзор современной литературы по пеноматериалам с учетом трудов конгрессов и конференций последних лет - труды Петербургской, Московской, Ростовской, Белгородской, Пензенской, Магнитогорской и других отечественных и зарубежных школ свидетельствует, что получаемый неавтоклавный пенобетон имеет проблемы, связанные с недостаточной трещиностойкостью, прочностью на сжатие, изгиб и морозостойкостью.

В работах ПГУПС последних лет по исследованию свойств композиционных материалов, полученных в процессе твердения на цементной матрице, отмечается, что ячеистые бетоны отличаются от тяжелых бетонов, в том числе и тем, что имеют повышенное значение логарифма отношения площади поверхности материала к объему, и в

среднем значение больше трех; несущая же способность

пенобетона обеспечивается тонким каменным скелетом или каменной прослойкой, окаймляющей поры, отличающейся высокой суммарной поверхностью, и имеющей среднее значение (толщину) примерно 0,35 мм при разбросе значений от 0,1 до 0,5 мм.

Кажется очевидным, что твердые фазы - добавки в случае пенобетона, для такой тонкой каменной составляющей должны иметь специфическую природу, и размер частиц. Механизм воздействия таких веществ в соответствии с системой знаний, предложенных в ПГУПС, предполагает упрочнение тонкого каменного скелета и повышение его прочности и трещиностойкости за счет усиления гидратационных процессов или ионами с высокой орбитальной электроотрицательностью от 6 до 2,5 эВ, или твердыми фазами нано-размера, 1...100нм, например кремнезолем и другими золями, или органическими веществами с полисахаридной цепью.

В табл. 1 показано возможное влияние добавок на гидратацию и приобретенные вследствие этого свойства пенобетона. При этом полагалось, что, с учетом химических процессов гидратации цемента, а также работ, ранее проведенных в ПГУПС, механизмы воздействия таких веществ соответствует процессам, приведенным в табл. 1.

В дальнейшем в работе были выбраны следующие добавки - с магниево-, железо-, и алюминий содержащими катионами, кремнезоль, амилозопродукт, содержащий полисахариды и его комплекс, а также древесная фибра, являющаяся отходом переработки древесных изделий, с рН суспензии ~ 5.

Подбор состава пенобетона средней плотности О 500 - 800 кг/м3 с учетом природы вводимых добавок проводился согласно «Инструкции

по изготйвлению изделий из ячеистого бетона СН 277-80», а также с учетом соблюдения требований ГОСТ 25485-89.

В качестве вяжущего был использован портландцемент ОАО «Пикалевский цемент» марки ПЦ 400-Д20, полученный на основе низкоалюминатного клинкера.

В качестве заполнителя использовался карьерный песок Гатчинского района, рекомендованный к использованию в качестве заполнителя легкого бетона, имеющий следующие характеристики: содержание пылевидных и глинистых частиц 1,5 масс.%; насыпная плотность 1505 кг/м3; истинная плотность 2640 кг/м3; Мкр = 1,14. В качестве пенообразующей была использована добавка АсМтеп! БВ-31.

Исходным сырьем для получения золя ортокремневой кислоты (Н48Ю4) являлось жидкое натриевое стекло плотностью р = 1,46 г/см3, имеющее значение водородного показателя рН =12. Жидкое стекло разбавляли водой в соотношении по массе 1:20. Контроль полученного раствора жидкого стекла осуществляли по параметрам плотности и рН, полученный золь ортокремневой кислоты имел плотность раствора р = 1,014 г/см3, рН = 3...4.

Для выявления концентраций вводимых добавок, позволяющих получать неавтоклавный пенобетон улучшенных свойств, было установлено рациональное содержание добавок в пенобетон средней плотности Б 600 кг/м3 (табл.2, 3, 4, 5) для кремнезоля - 1% от массы цемента, для комплексной добавки - 3%, для древесной фибры - 10%.

Как показывают табл. 2, 3, 4, 5 физико-механические свойства неавтоклавного пенобетона существенно улучшаются. При этом введение 1% кремнезоля увеличивает прочность при сжатии, при изгибе и морозостойкость более чем на 50%, введение 3% А1(ОН)3 понижает теплопроводность более чем на 15%, введение 10%

древесной фибры повышает прочность при сжатии на 30%, сорбционная влажность при этом понижается на 25%, а теплопроводность на 30%, а при введении 3% комплексной добавки, содержащей полисахариды, прочность при изгибе увеличивается более чем в 2 раза, трещиностойкость - более чем в 1,5 раза.

Интересно отметить, что топография поверхности неавтоклавного пенобетона средней плотности Б 600 кг/м3 (рис. 1) показывает, что вводимая в пенобетон древесная фибра уменьшает средний размер пор до 15%.

а) б)

Рис.1 Микроструктура скола неавтоклавного пенобетона средней плотности Б 600 кг/м3: а) контрольный образец; б) образец, активированный древесной фиброй.

В ходе работы была исследована кинетика набора прочности (табл.6) неавтоклавного пенобетона средней плотности Б 600 кг/м3, активированного добавками разной природы; оказалось, что в условиях естественного твердения проектная прочность в среднем нарастает к 90 суткам примерно на 20%, а прочность при изгибе на 25% по сравнению с этими показателями в 28 суток, а в условиях тепловлажностного твердения проектная прочность в среднем нарастает к 90 суткам примерно на 27%, а прочность при изгибе на 30%, т.е. неавтоклавный пенобетон имеет тенденции к упрочнению во времени после достижения проектной прочности.

Исследования гидратационных процессов в пенобетонах средней плотности Б 600 кг/м3 с добавками показали следующее. Результаты физико-химических исследований свидетельствуют о том, что кремнезоль активирует реакции гидратации силикатов, что согласуется с данными Д.В. Герчина и Ю.Н. Темникова (2002 - 2005 г.) по сухим смесям и И.В. Степановой (2004 г.) по тяжелым бетонам, однако результат влияния золя в данном случае больше и основной ускоряющей реакцией по данным исследований является осуществление реакций (3) и (4) (табл. 1). Золь ванадиевой кислоты был использован, чтобы показать общность влияния зольсодержащих продуктов.

Вывод о протекании реакции (4) (табл. 1) подтвердил дифференциально-термический анализ, который показал, что в пенобетоне, активированном золем ортокремневой кислоты, в процессе гидратации образуется ксонотлит, чему соответствует глубокий эндоэффект в области 730-800 °С и ярко выраженный экзоэффект в области 830 °С.

На рентгенограмме отсутствует аналитическая линия алита с с!/п= 1,76-10"'°м и наблюдается сильная линия портландита с с1/п=4,93'10",0м, что также говорит о глубокой степени гидратации при введении кремнезоля. Расчет дериватограмм также подтверждает, что в присутствии золя ортокремневой кислоты суммарное количество химически связанной воды увеличивается на 76%, а количество воды в гелеобразных гидратах в 7 раз по сравнению с контрольным образцом, общее количество тепла при этом увеличивается на 23%.

Прогнозируемое повышение механо- и теплофизических характеристик неавтоклавного пенобетона, __активированного добавками разной природы_

Добавки в пенобетон ПРЕДПОЛАГАЕМОЕ ВЛИЯНИЕ

ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКОЕ ФИЗЖО-МЕХАНИЧЕСКОЕ

Золи, размер частиц 1...100нм Ускорение гидратации силикатов (реакция 1 и 2): (1) СзЭ + (п+1)Н20 С28-пН20+ Са(ОН)2 (2) С28 + пН20 —» С28ПН20 при введении золя за счет реакций (3) и (4): (3) 8Ю2-пН20 + Са(ОН)2 -> Са08Ю2-пН20 + Н20 (4) С28-пН20 + 8Ю2-п'Н20 Са08Ю2-пН20 + п'Н20 1. Увеличение прочности при сжатии и при изгибе; 2. Повышение трещиностойкости; 3. Понижение теплопроводности; 4. Повышение морозостойкости; 5. Снижение сорбционной влажности; 6. Повышение паропроницаемости.

Полисахаридные цепи, М§2+,А13+,Ре3+-содержащие продукты Кислотно-основный катализ реакций гидратации силикатов(1) и (2), приводящий к сдвигу кислотно-основного равновесия в сторону образования гидросиликатов за счет процессов (5) и (6) на фрагментах: сн,он.. дан: Т Апг НО-А1-ОН _ 1) 2) П 3 РН А1(ОН)з полисахарид ОН ОН (5) НО-А1-ОНа + ||ОН2 НО-А1-ОН[||]ОН"

Древесные фибры, рН суспензии ~ 5

Физико-механические свойства неавтоклавного пенобетона Таблица 2 средней плотности Р 600 кг/м3 при введении кремнезоля__

Наименование добавки Кол- во, % Прочность при сжатии, Rok, МПа/% Прочность при изгибе, Яизг, МПа/% Коэффициент теплопроводности, X, Вт/(м -°С)/% Морозостойкость, F, цикл/% Паропроница- емость, ц, мг/(м-ч-Па)/% Сорбци-онная влажность, %/%

Контрольный образец 0 2,4/100,0 1,1/100,0 0,14/100,0 30/100,0 0,17/100,0 12/100,0

Золь ортокремневой кислоты 0,5 2,7/112,5 1,1/100,0 0,13/92,9 35/116,7 0,20/117,6 10/83,3

0,7 3,3/137,5 1,2/109,1 0,13/92,9 35/116,7 0,20/117,6 9/75,0

1 3,6/150,0 1,7/154,6 0,11/78,6 45/150,0 0,21/123,5 8/66,7

3 3,0/125,0 1,0/90,9 0,14/100,0 40/133,3 0,18/105,9 12/100,0

Физико-механические свойства неавтоклавного пенобетона Таблица 3 средней плотности Б 600 кг/м3 при введении древесной фибры

Наименование добавки Кол -во, % Прочность при сжатии, Ясж, МПа/% Прочность при изгибе, Итог, МПа/% Коэффициент теплопроводности, Л, Вт/(м °С)/% Морозостойкость, Б, цикл/% Паропроница- емость, ц, мг/(м-ч-Па)/% Сорбци-онная влажность, %/%

Контрольный образец 0 2,4/100,0 1,1/100,0 0,14/100,0 30/100,0 0,17/100,0 12/100,0

Древесная фибра 1 2,4/100,0 1,1/100,0 0,14/100,0 30/100,0 0,17/100,0 12/100,0

5 2,6/108,3 1,2/109,1 0,13/92,9 35/116,7 0,18/105,9 10/83,3

10 3,1/129,2 1,5/136,4 0,10/71,4 40/133,3 0,19/111,8 9/75,0

20 2,5/104,2 1,0/90,9 0,12/85,7 35/116,7 0,18/105,9 10/83,3

30 2,0/83,4 0,9/81,9 0,13/92,9 30/100,0 0,18/105,9 12/100,0

50 1,8/75,0 0,7/63,6 0,15/107,1 25/83,3 0,16/94,1 14/116,7

Физико-механические свойства неавтоклавного пенобетона средней плотности О 600 кг/м3 при введении твердых добавок

Наименование Кол- Прочность Прочность Коэффициент Морозо- Паропроница- Сорбци-

добавки во, при сжатии, при изгибе, теплопро- стойкость, емость, ц, онная

% Лсж, Яизг, МПа/% водности, Б, цикл/% мг/(м-ч-Па)/% влажность,

МПа/% 1, Вт/(м -°С)/% %/%

Контрольный 0 2,4/100,0 1,1/100,0 0,14/100,0 30/100,0 0,17/100,0 12/100,0

образец

0,5 2,5/104,2 1,1/100,0 0,14/100,0 30/100,0 0,17/100,0 12/100,0

А1(ОН)з 1 2,7/112,5 1,2/109,1 0,13/92,9 35/116,7 0,18/105,9 10/83,3

3 3,0/125,0 1,4/127,3 0,12/85,7 40/133,3 0,20/117,6 8/66,7

5 2,3/95,8 0,9/81,8 0,14/100,0 30/100,0 0,16/94,1 < 12/100,0

А1203 0,5 2,5/104,2 1,1/100,0 0,14/100,0 35/116,7 0,17/100,0 12/100,0

1 2,8/116,7 1,3/118,2 0,13/92,9 40/133,3 0,18/105,9 10/83,3

3 2,6/108,3 1,2/109,1 0,14/100,0 30/100,0 0,18/105,9 11/91,7

5 2,2/91,7 1,0/90,9 0,15/107,1 25/83,3 0,16/94,1 13/108,3

Ре203 0,5 2,4/100,0 1,1/100,0 0,14/100,0 30/100,0 0,17/100,0 12/100,0

1 2,7/112,5 1,3/118,2 0,13/92,9 35/116,7 0,18/105,9 11/91,7

3 2,2/91,7 1,0/90,9 0,13/92,9 30/100,0 0,18/105,9 12/100,0

5 2,1/87,5 1,0/90,9 0,14/100,0 30/100,0 0,19/111,8 12/100,0

Ре(ОН)з 0,5 2,4/100,0 1,1/100,0 0,14/100,0 30/100,0 0,17/100,0 12/100,0

1 2,5/104,2 1,1/100,0 0,14/100,0 30/100,0 0,17/100,0 12/100,0

3 2,6/108,3 1,2/109,9 0,13/92,9 40/133,3 0,18/105,9 11/91,7

5 2,6/108,3 0,8/72,7 0,13/92,9 30/100,0 0,17/100,0 12/100,0

Таблица 5

Физико-механические свойства неавтоклавного пенобетона средней плотности О 600 кг/м3 при введении комплексной добавки

Физико-механические свойства Контрольный образец Образец с комплексной добавкой

Кол-во добавки, %

0,5 1 3 5

Прочность при сжатии, Ясж, МПа/% 2,4/100,0 2,4/100,0 2,6/108,3 2,9/120,8 2,1/87,5

Прочность при изгибе, Яизг, МПа/% 1,1/100,0 1,2/109,1 1,8/163,6 2,5/227,3 0,9/81,8

Трещиностои-кость, Яизг/ Ысж 0,46/100,0 0,5/108,7 0,69/150 0,86/187 0,43/86,0

Коэффициент теплопроводности, X, Вт/(м -°С)/% 0,14/100,0 0,14/100,0 0,13/92,9 0,12/85,7 0,15/107,1

Морозостойкость, Б, цикл/% 30/100,0 30/100,0 35/116,7 45/150,0 25/83,3

Паропроница- емость, ц, мг/(м-ч-Па)/% 0,17/100,0 0,17/100,0 0,17/100 0,18/105,9 0,16/94,1

Сорбционная влажность, %/% 12/100,0 12/100,0 10/83,3 7/58,3 14/116,7

Таблица 6

Кинетика набора прочности пенобетона Б 600 кг/м3 при введении добавок разной природы

Наименование % Прочность, МПа

добавки при сжатии при изгибе

Естественное твердение, при г>15 °С

Время, сутки 3 7 28/% 56/% 90/% 3 7 28/% 56/% 90/%

Контрольный 0 1,2 1,8 2,4/ 2,7/ 2,9/ 0,5 0,8 1,1/ 1,3/ 1,4/

образец 100 113 121 100 127 127

ДФ 10 1,2 2,4 2,9/ 3,2/ 3,6/ 0,5 1,1 1,4/ 1,6/ 1,8/

100 110 124 100 114 129

Комплексная 3 1,5 2,4 2,8/ 3,0/ 3,2/ 1,1 1,9 2,3/ 2,6/ 2,8/

добавка 100 107 114 100 113 122

Кремнезоль 1 1,6 2,8 3,4/ 3,9/ 4,2/ 0,7 1,3 1,6/ 1,9/ 2,1/

100 121 124 100 119 131

Тепловлажностная обработка (по режиму 4+3+6+34) Шз=70±5 °С

Время, сутки 3 7 28/% • 56/% 90/% 3 7 28/% 56/% 90/%

Контрольный 0 1,8 2,2 2,4/ 2,7/ 3,1/ 0,8 1,0 1,1/ 1,3/ 1,5/

образец 100 ИЗ 129 100 118 136

ДФ 10 2,2 2,7 3,1/ 3,6/ 4,0/ 1,0 1,3 1,5/ 1,8/ 2,0/

100 116 129 100 120 133

Комплексная 3 2,0 2,6 2,9/ 3,5/ 3,8/ 1,7 2,2 2,5/ 3,0/ 3,4/

добавка 100 121 131 100 120 136

Кремнезоль 1 2,5 3,0 3,6/ 3,9/ 4,3/ 1,1 1,4 1,7/ 1,9/ 2,1/

100 108 119 100 112 124

Физико-химические исследования пенобетона с твердыми добавками, содержащими катионы с высокой акцепторной способностью и их комплексов с полисахаридами, а также с древесной фиброй показали ускорение гидратационных процессов, которые сопровождаются увеличением количества гидросиликатов, ростом прочности и понижением теплопроводности, что нами связывается с осуществлением реакций 5 и 6 табл. 1.

Кроме того, данные добавки вводились в пенобетон разных плотностей (табл. 7). Проведенные исследования указали на тенденцию улучшения механо- и теплофизических свойств неавтоклавного пенобетона на всех выбранных плотностях (Б 500, 600, 700, 800 кг/м3). В дальнейшем было проведено сравнение физико-механических параметров автоклавного пенобетона средних плотностей Б 500 - 800 кг/м3 и, полученных в работе, неавтоклавных пенобетонов соответствующих плотностей активированного твердения. Результаты анализа показали, что введение добавок в пенобетон позволяет получать пеноматериалы неавтоклавного твердения со свойствами, сравнимыми с нижними пределами свойств автоклавного твердения (табл. 7), ГОСТ 25485-89.

Отдельные исследования проводились с целью определения вязкости, что важно при создании резательной неавтоклавной технологии получения материалов. Исследование проводилось с помощью воронки диаметром выходного отверстия 8 мм - засекалось время, в течение которого пенобетонная смесь вытекала из воронки.

Оказалось, что при введении 3% комплексной добавки происходит относительное увеличение прочности пеномассива при изгибе, что свидетельствует о повышении вязкости и трещиностойкости пенобетонного массива при резке.

Экономический расчет показал снижение себестоимости неавтоклавного пенобетона активированного твердения более чем на 15%. По сравнению с автоклавным пенобетоном процент снижения себестоимости достигается за счет устранения автоклавных энергозатрат и затрат на основные фонды.

Физико-механические свойства неавтоклавного пенобетона разных плотностей, Таблица 7

Ср. плотность, Наименование добавки Количество, % Свойства неавтоклавного пенобетона, активированного добавками разной природы Нижняя граница свойств автоклав пенобетона согласно гост 25485-РМД 52-01-2006 Санкт-Петербу ного 89, рг

* % « щ се м « * 2 с £ (ь. с; * § "а1 С ? vO "й 2 Сорбц. влажность, %/% S с <21 ¡2 « Ii "й * S ° 5 ей б -f s ffi 2 ьГ * § 'к с; 2 к (в 5 t ö

о . о VI Контр, образец 0 1,8/100,0 0,9/100,0 0,50/100,0 0,12/100,0 25/100,0 0,20/100,0 12/100,0 о\ о" о VO о" (N о* «Л (Ч о (N о <4

ДФ 10 2,3/127,8 1,2/133,3 0,52/104,0 0,09/75,0 35/140,0 0,23/115,0 8/66,7

Комп. добавка 3 2,2/122,2 2,4/218,2 1,09/218,0 0,10/83,3 35/140,0 0,21/105,0 7/58,3

Кремнезоль 1 2,8/155,6 1,5/166,7 0,54/108,0 0,08/66,7 40/160,0 0,25/125,0 8/66,7

е о VO Контр, образец 0 2,4/100,0 1,1/100,0 0,46/100,0 0,14/100,0 30/100,0 0,17/100,0 12/100,0 m CS (N а\ • -ч-о" тГ о" <4 г» о <N

ДФ 10 3,1/129,2 1,5/136,4 0,48/104,4 0,10/71,4 40/133,0 0,19/111,8 9/75,0

Комп. добавка 3 2,9/120,8 2,5/227,3 0,86/187,0 0,12/85,7 45/150,0 0,18/105,9 7/58,3

Кремнезоль 1 3,6/150,0 1,7/154,6 0,47/102Д 0,11/78,6 45/150,0 ОД 1/123,5 8/66,7

е о Контр, образец 0 3,1/100,0 1,4/100,0 0,45/100,0 0,18/100,0 35/100,0 0,15/100,0 12/100,0 о о п" ■«г о во о* (Ч «-> о (Ч

ДФ 10 4,1/132,3 1,9/135,7 0,46/102,2 0,13/72,2 45/129,6 0,17/113,3 10/83,3

Комп. добавка 3 3,8/122,6 3,2/228,6 0,84/186,7 0,16/88,9 50/142,9 0,16/106,7 7/58,3

Кремнезоль 1 4,5/145,2 2,1/150,0 0,47/104,4 0,15/83,3 55/157,1 0,19/126,7 8/66,7

е о во Контр, образец 0 3,6/100,0 1,6/100,0 0,44/100,0 0,21/100,0 45/100,0 0,14/100,0 15/100,0 •л tri го •ч-о сч о •л <N •ч-о «л

ДФ 10 4,6/127,8 2,1/131,3 0,45/102,3 0,16/76,2 55/122,2 0,16/114,3 11/73,33

Комп. добавка 3 4,3/119,4 3,6/225,0 0,84/190,3 0,19/90,5 60/133,3 0,15/107,1 9/60,0

Кремнезоль 1 5,4/147,2 2,5/156,3 0,46/105,2 0,17/81,0 75/166,7 0,18/128,6 9/60,0

* - не гостируется.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. Предложены добавки для повышения качества неавтоклавного пенобетона - волокна отходов древесины, зольсодержащие, комбинированные и полисахаридные добавки, основной механизм действия которых, состоит в повышении гидратационной активности силикатов и базируется на особенностях природы вводимых веществ -строении катиона, углеродной цепи и размере частиц. При этом для катиона важную роль играет его орбитальная электроотрицательность, для размера - определяющим является нано величина (1...100 нм) и для группы органических веществ - определенное строение цепи.

2. Показано, что введение зольсодержащих добавок, имеющих наноразмер, способствует ускорению гидратационных процессов, а полученный неавтоклавный пенобетон с кремнезольсодержащей добавкой средних плотностей О 500...800 кг/м3, имеет проектную прочность на 50% и прочность при изгибе на 60% большую, чем у контрольного образца, пониженный на 30% коэффициент теплопроводности; повышенный на 28% коэффициент паропроницаемости. Морозостойкость пенобетона при введении кремнезоля увеличивается на 60%, сорбционная влажность при этом снижается на 40%. Показано также, что при введении кремнезоля в неавтоклавный пенобетон для средних плотностей Б 500...800 кг/м3 уровень приобретенных свойств превышает нижнюю границу свойств автоклавного пенобетона по ГОСТ 25485-89. Разработаны ТУ 5743-01851556791-2006 «Золь добавка».

3. Получен неавтоклавный пенобетон средней плотности О 600 кг/м3, содержащий твердые добавки с катионами алюминия и железа. Полученный пенобетон обладает проектной прочностью и прочностью при изгибе до 25% большими, чем у контрольного образца,

морозостойкость при этом увеличивается на 33%, паропроницаемость на 17%, сорбционная влажность снижается на 35%, а коэффициент теплопроводности - на 15%.

4. Обнаружено, что введение комплексной добавки, включающей катионы алюминия, магния и полисахаридсодержащий продукт приводит к увеличению количества химически связанной воды, в том числе и в гелеобразных гидратах, общего количества выделившейся теплоты и образованию низкоосновных гидросиликатов кальция, а полученный неавтоклавный пенобетон средних плотностей Б 500...800 кг/м3 на ее основе имеет проектную прочность большую на 22%, прочность при изгибе и трещиностойкость увеличенные более чем в два раза, морозостойкость - на 50%, коэффициент теплопроводности пониженный на 17%, а сорбционную влажность - на 42%.

5. Показано, что добавка на основе отходов целлюлозно-бумажной промышленности - древесная фибра при введении в пенобетон играет не только роль армирующего каркаса, но и ускоряет гидратацию цемента за счет сдвига кислотно-основного равновесия в сторону образования гидросиликатов, что приводит к улучшению физико-механических свойств пенобетона. Так проектная прочность пеноматериала средних плотностей О 500...800 кг/м3, содержащего добавку на основе древесной фибры возрастает более чем на 30%, прочность при изгибе до 36%, морозостойкость - на 40%, паропроницаемость - на 15% по сравнению с контрольным образцом. Сорбционная влажность снижается на 33%, а коэффициент теплопроводности - на 25%. Обнаружено также, что распределение пор в материале происходит в сторону меньших размеров.

6. Показано, что введение в пенобетон комплексной минерально-органической добавки приводит к ускорению сроков схватывания

2.0

пенобетонного массива и к тенденции пенобетонной смеси к повышению вязкости, что связано с присутствием катиона алюминия, обладающего сильной акцепторной способностью, способствующей более быстрому структурированию системы.

7. Исследования по кинетике набора прочности неавтоклавного пенобетона средней плотности О 600 кг/м3, активированного кремнезолем, комплексной добавкой и древесной фиброй, показали, что в возрасте 90 суток пенобетон в условиях естественного твердения и пропаривания увеличивает прочность при сжатии более чем на 25% и при изгибе более чем на 30% по сравнению с 28 сутками твердения.

8. По материалам диссертации получены 3 патента № 2270823, №2254304 и №2283819, 2 положительных решения на выдачу патента, разработаны технические условия ТУ 5743-018-51556791-2006. Опытно-промышленные внедрения осуществлены при строительстве сельско-хозяйственного объекта в пос. Красноозерье Приозерского района Ленинградской области. В строительстве использован неавтоклавный пенобетон средней плотности Б 600 кг/м3, активированный кремнезолем, древесной фиброй и комплексной добавкой. Полученные результаты внедрения оформлены актами и протоколами испытаний выполненных опытных партий и соответствуют требованиям ГОСТ.

ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Попова Е.А. Проблема физико-химических превращений при формировании автоклавного пенобетона // Новые исследования в материаловедении и экологии: Сб. трудов. - Вып. 4. - СПб.: ПГУПС, 2004.-99-100.

2. Сычева А.М., Попова Е.А., Хитров A.B., Филатов И.П. Повышение трещиностойкости пенобетона // Цемент и его применение. - 2006.

- №4. - С. 52-53.

3. Sychova А. М., Popova Е. А., Drobishev D.I. Crack resistance of the foam concrete // XVI International Baustofftagung Bauhaus University.

- Weimar 2006. Pp. - 913-920.

4. Сычева A.M., Попова E.A., Шубаев BJL, Филатов И.П. Физико-химические исследования пенобетона повышенной трещиностойкости // Новые исследования в материаловедении и экологии: Сб. трудов. - Вып. 6. - СПб.: ПГУПС, 2006. - С.51-56.

5. Сычева A.M., Попова Е.А., Тарасов A.B., Дробышев Д.И. Физико-механические превращения в пенобетонной смеси с момента затворения // Новые исследования в материаловедении и экологии: Сб. трудов. - Вып. 6. - СПб.: ПГУПС, 2006. - С.48-51.

6. Сычева A.M., Попова Е.А., Герке С.Г., Панасенкова A.C., Музалева В.В. Влияние некоторых соединений s-, р- и d-элементов на трещиностойкость пенобетона // Новые исследования в материаловедении и экологии: Сб. трудов. - Вып. 5. - СПб.: ПГУПС, 2005.-С.31-33.

7. Сычева A.M., Попова Е.А., Дробышев Д.И. Повышение трещиностойкости пенобетона // Тезисы докладов XVII международной интернет-конференции молодых ученых и

гг

студентов по проблемам машиностроения: Москва: МИКМУС, 2005. - С.267.

8. Сватовская Л.Б., Шангин В.Ю., Сычева A.M., Попова Е.А. Некоторые принципы управления свойствами цементной композиции в тонком слое // Вестник Петербургского государственного университета путей сообщения. - Вып. 3. - СПб.: ПГУПС, 2006. - С.104-108.

9. Сычева A.M., Попова Е.А., Дробышев Д.И., Филатов И.П., Ведерников A.B., Тютин В.П. Трещиностойкий пенобетон // «Города России: проблемы строительства, инженерного обеспечения, благоустройства и экологии»: Сборник материалов VIII международной научно-практической конференции. - Пенза: РИО ПГСХА, 2006. - С. 199-201.

10. Сватовская Л.Б., Якимова Н.И., Попова Е.А., и др. Учет термодинамических и электронных уровней строения твердого тела в экозащитных свойствах материалов // Достижения строительного материаловедения: сборник научных статей, посвященных 100-летию со дня рождения Петра Ивановича Боженова, Санкт-Петербург: «ООО «Издательство ОМ-Пресс», 2004. - С.29-31.

11. Сватовская Л.Б., Хитров A.B., Попова Е.А., и др. Современный автоклавный пенобетон // Достижения строительного материаловедения: сборник научных статей, посвященных 100-летию со дня рождения Петра Ивановича Боженова, Санкт-Петербург: «ООО «Издательство ОМ-Пресс», 2004. - С.85-89.

12. Масленникова Л.Л., Махмуд Абу Хасан, Попова Е.А., и др. Новые классификационные признаки техногенного сырья для керамического производства // Достижения строительного

материаловедения: сборник научных статей, посвященных 100-летию со дня рождения Петра Ивановича Боженова, Санкт-Петербург: «ООО «Издательство ОМ-Пресс», 2004. - С.53-56.

13. Шершнева М.В., Попова Е.А., Тенирядко А.А., и др. Утилизация отходов пенобетона // «Новые технологии рециклинга отходов производства и потребления»: Сб. трудов и докладов. - Минск, 2004. - С.87-89.

14. Svatovskaya L.B., Maslennikova L.L., Popova Е.А. Using construction demolished waste in ceramic // Procedings of the International conference organised by the Concret and Masonary research Group and held at Kingston University - London, 2004. - C. 141-147.

15. Патент «Строительный раствор» № 2270823.

16. Патент «Комплексная добавка» № 2254304.

17. Патент «Строительный раствор» № 2283819.

18. ТУ 5743-018-51556791-2006 «Золь добавка».

АВТОРЕФЕРАТ ПОЛУЧЕНИЕ НЕАВТОКЛАВНОГО ПЕНОБЕТОНА ПОВЫШЕННОГО КАЧЕСТВА С УЧЕТОМ ПРИРОДЫ ВВОДИМЫХ ДОБАВОК Попова Елена Андреевна Подписано к печати 26.10.06 г. Печ. л.1,5

Печать офсетная. Бумага для множит, апп. Формат 60x84 1/16 Тираж 100 экз. Заказ 110%.

Тип. ПГУПС 190031, Санкт-Петербург, Московский пр., д.9.

24

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА I

СОВРЕМЕННЫЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ О ПРОИЗВОДСТВЕ ПЕНОБЕТОНОВ В РОССИИ И ЗАРУБЕЖОМ. ПОСТАНОВКА ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ РАБОТЫ. МЕТОДЫ И ОБЪЕКТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ. СТАТИСТИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА

ДАННЫХ.

1.1. Современные представления о производстве пенобетона в России и зарубежом.

1.1.1. История развития производства ячеистых бетонов.

1.1.2. Пенобетон - материал будущего.

1.1.3. Выбор технологии производства пенобетона.

1.1.4. Получение неавтоклавного пенобетона по резательной технологии.

1.1.5. Некоторые вопросы, возникающие в процессе производства неавтоклавного пенобетона по резательной технологии.

1.1.5.1. Выдержка массива до резки.

1.1.6. Исследование влажностных деформаций неавтоклавного пенобетона, возникающих в процессе эксплуатации.

1.1.7. Паропроницаемость пенобетона.

1.1.8. Исследование влияния эксплуатационных факторов на теплопроводящие свойства пенобетона.

1.1.9. Некоторые способы управления свойствами пенобетона.

1.1.9.1. Использование золь-гель процессов, позволяющих улучшить качества строительного материала.

1.1.9.2. Опыт применения труднорастворимых оксидов

-металлов и некоторых органических добавок для повышения трещиностойкости строительных материалов.

1.2. Некоторые выводы, обобщения, постановка задачи.

1.3. Методы и объекты исследований.

1.4. Статистическая обработка данных.

1.4.1. Прочность бетона в партии Ят, МПа.

1.4.2. Среднее квадратическое отклонение прочности бетона в партии, Бт, МПа.

1.4.3. Среднее значение коэффициента вариации прочности бетона, Ут, за анализируемый период, %.

1.4.4.Среднее значение партионного коэффициента вариации прочности бетона за анализируемый период, %.

1.4.5.Расчет статистических характеристик результатов эксперимента.

ГЛАВА II

КЛАССИФИКАЦИИ ДОБАВОК ДЛЯ АКТИВИРОВАННОГО ТВЕРДЕНИЯ

ПЕНОБЕТОНА.

2.1. Классификационный признак размера твердых дисперсий для пеноматериала.

2.2. Классификационный признак строения углеводной цепи.

2.3. Введение добавок в неавтоклавный пенобетон средней плотности Б 500 - 800 кг/м3.

ГЛАВА III

КРЕМНЕЗОЛЬ В АКТИВИРОВАННОМ ТВЕРДЕНИИ ПЕНОБЕТОНА.

ГЛАВА IV

АКТИВИРОВАННОЕ ТВЕРДЕНИЕ ПЕНОБЕТОНА ДИСПЕРСИЯМИ С ПОЛИСАХАРИДАМИ.

ГЛАВА V

АКТИВИРОВАННОЕ ТВЕРДЕНИЕ ПЕНОБЕТОНА

ДИСПЕРСИЯМИ ТРУДНОРАСТВОРИМЫХ

ВЕЩЕСТВ И ИХ КОМПЛЕКСАМИ.

ГЛАВА VI

КИНЕТИКА И АКТИВИРОВАНИЕ

ПЕНОБЕТОНА РАЗНЫХ ПЛОТНОСТЕЙ.

ГЛАВА VII

ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ПРЕВРАЩЕНИЯ ПЕНОБЕТОННОЙ СМЕСИ НА СТАДИИ НАЧАЛА ПРИОБРЕТЕНИЯ РЕЗАТЕЛЬНОЙ СТРУКТУРЫ.

ГЛАВА VIII

ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ СРАВНЕНИЕ ПРОИЗВОДСТВА АВТОКЛАВНОГО ПЕНОБЕТОНА И НЕАВТОКЛАВНОГО ПЕНОБЕТОНА, ПОВЫШЕННОГО КАЧЕСТВА.

АКТУАЛЬНОСТЬ РАБОТЫ.

В связи с растущей потребностью строительной индустрии в материалах с улучшенными физико-механическими свойствами для решения национальных программ России, пенобетон становится все более востребованным материалом. Улучшить качество неавтоклавных пенобетонов возможно, в том числе, и использованием добавок различной природы, особенности поведения которых недостаточно исследованы. Предлагаемая работа относится именно к этой области знаний - влияние природы вводимых добавок для улучшения свойств пенобетона

ЦЕЛЬ РАБОТЫ.

Цель работы заключалась в получении неавтоклавного пенобетона повышенного качества с учетом природы вводимых добавок.

Для реализации поставленной цели решались задачи: выбор добавок в пенобетон, позволяющих повысить качество неавтоклавного пенобетона; исследование свойств пенобетона и пенобетонной смеси в присутствии выбранных добавок разной природы; опробование пенобетонов повышенного качества в опытно-промышленном варианте. г

НАУЧНАЯ НОВИЗНА РАБОТЫ СОСТОИТ В СЛЕДУЮЩЕМ:

1. Предложены добавки для повышения качества неавтоклавного пенобетона - волокна отходов древесины, зольсодержащие, комбинированные и полисахаридные добавки, основной механизм действия которых состоит в повышении гидратационной активности силикатов и базируется на особенностях природы вводимых веществ -строении катиона, углеродной цепи и размере частиц. При этом для катиона важную роль играет его орбитальная электроотрицательность, для размера определяющим является нано величина (1.100 нм) и для группы органических веществ - определенное строение цепи.

2. Показано, что введение кремнезольсодержащих добавок, имеющих наноразмер, способствует ускорению гидратационных процессов и прочности материала при сжатии, при изгибе и снижению теплопроводности, причем уровень свойств неавтоклавного пенобетона становится аналогичным нижней границе автоклавного.

3. Обнаружено, что введение комплексных минерально-органических добавок с полисахаридоподобным строением углеродной цепи приводит к увеличению количества химически связанной воды, в том числе и в гелеобразных гидратах, общего количества выделившейся теплоты и образованию низкоосновных гидросиликатов кальция, что сопровождается ростом прочности пеноматериала при изгибе и сжатии, а также понижению теплопроводности.

4. Показано, что добавка на основе отходов целлюлозно-бумажной промышленности - древесная фибра - при введении в пенобетон играет не только роль армирующего каркаса, но и ускоряет гидратацию цемента за счет сдвига кислотно-основного равновесия в сторону образования гидросиликатов, что приводит к повышению физикомеханических характеристик пенобетона. Обнаружено также, что распределение пор в материале происходит в сторону меньших размеров.

5. Показано, что введение в пенобетон комплексной минерально-органической добавки приводит к ускорению сроков схватывания пенобетонного массива и к повышению вязкости пенобетонной смеси, что связано с присутствием катиона алюминия, обладающего сильной акцепторной способностью, способствующей более быстрому структурированию системы.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ РАБОТЫ СОСТОИТ В СЛЕДУЮЩЕМ:

1. Получен неавтоклавный пенобетон с кремнезольсодержащей добавкой средних плотностей Э 500.800 кг/м3 с физико-механическими характеристиками, превышающими значения контрольных образцов, по проектной прочности - на 50%, прочности при изгибе - на 60%, коэффициенту паропроницаемости - на 28%, по морозостойкости - на 60%, при этом коэффициент теплопроводности снижается на 30%, а сорбционная влажность - на 40%. Показано также, что при введении кремнезоля в неавтоклавный пенобетон для средних плотностей Э 500.800 кг/м3 уровень приобретенных свойств превышает нижнюю границу свойств автоклавного пенобетона по ГОСТ 25485-89. Разработаны ТУ 5743-018-51556791-2006 «Золь добавка».

2. Получен неавтоклавный пенобетон средней плотности О 600 кг/м3, содержащий твердые добавки с катионами алюминия и железа. Полученный пенобетон обладает проектной прочностью и прочностью при изгибе на 25% большими, чем у контрольного образца, морозостойкость при этом увеличивается на 33%, паропроницаемость на 17%, сорбционная влажность снижается на 35%, а коэффициент теплопроводности - на 15%.

3. Получен неавтоклавный пенобетон средних плотностей Э 500.800 кг/м3 на основе комплексной добавки, включающий катионы алюминия, магния и полисахаридсодержащий продукт. При этом проектная прочность увеличивается на 22%, прочность при изгибе и трещиностойкость более чем в два раза, морозостойкость - на 50%, коэффициент теплопроводности понижается на 17%, а сорбционная влажность - на 42%. При формировании пенобетонный массив обладает повышенной вязкостью, что позволяет сократить время формирования начальной структуры массива на 45 минут, что важно для резательной технологии.

4. Получен пеноматериал средних плотностей О 500.800 кг/м , содержащий добавку на основе древесной фибры. При этом проектная прочность возрастает более чем на 30%, прочность при изгибе до 36%, морозостойкость - на 40%, паропроницаемость - на 15% по сравнению с контрольным образцом; сорбционная влажность снижается на 33%, а коэффициент теплопроводности - на 25%.

5. Исследования кинетики набора прочности неавтоклавного пенобетона средней плотности О 600 кг/м3, активированного кремнезолем, комплексной добавкой и древесной фиброй, показали, что в возрасте 90 суток пенобетон в условиях естественного твердения и пропаривания увеличивает прочность при сжатии более чем на 25% и при изгибе более чем на 30% по сравнению с 28 сутками твердения.

6. Новизну материала диссертации подтверждает 3 патента -№2270823, №2254304 и №2283819, 2 положительных решения на выдачу патента, технические условия ТУ 5743-018-51556791-2006.

Опытно-промышленные внедрения осуществлены при строительстве сельскохозяйственного объекта в пос. Красноозерье Приозерского района Ленинградской области. В строительстве использован неавтоклавный пенобетон средней плотности О 600 кг/м3, активированный кремнезолем, древесной фиброй и комплексной добавкой. Полученные результаты внедрения оформлены актами и протоколами испытаний выполненных опытных партий и соответствуют требованиям ГОСТ. Материалы диссертации иснользованы в учебном практикуме кафедры «Инженерная химия и естествознание» для строительных специальностей.

НА ЗАЩИТУ ВЫНОСИТСЯ:

• теоретическое обоснование выбора добавок, позволяющих повысить качество неавтоклавного пенобетона;

• результаты исследования свойств неавтоклавного пенобетона и пенобетонной смеси в присутствии выбранных добавок с учетом их природы;

• результаты опробования составов неавтоклавных пенобетонов повышенного качества в опытно-промышленном варианте.

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ

Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на научно-технических конференциях: «Неделя науки 2004, 2005, 2006» Петербургского Государственного Университета Путей Сообщения; «Новые технологии рециклинга отходов производства и потребления» г. Минск - 2004; Procedings of the International conference organised by the Concret and Masonary research Group and held at Kingston University, London - 2004; XVII международной интернет-конференции молодых ученых и студентов по проблемам машиностроения, г. Москва, МИКМУС - 2005; «Города России: проблемы строительства, инженерного обеспечения, благоустройства и экологии» - Пенза: РИО ПГСХА - 2006; XVI International Baustofftagung Bauhaus University. Weimar, Bundesreppublik Deutschland, 2006.

ПУБЛИКАЦИИ

По материалам диссертации опубликовано 18 научных работ, в том числе одна работа в журнале по списку ВАК, 3 патента - № 2270823, №2254304 и №2283819, разработаны технические условия ТУ 5743-01851556791-2006.

1. Верещагин О.Н. К истории развития строительства из ячеистых бетонов и пенобетона как разновидности // Строительная альтернатива. Вып.1. - 2002. - 6с.

2. Зейфман М.И. Изготовление силикатного кирпича и силикатных ячеистых материалов. М.: Стройздат, 1990. - 144с.

3. Гильвич А.Силикатный кирпич и силикатные изделия Инженер, 1899.

4. Автоклавный ячеистый бетон: Пер. с англ. / Ред. Совет: Г. Бовс (пред.) и др. -М.: Стройиздат. 1981.-88 с.

5. Воробьев Х.С. Производство стеновых блоков из ячеистого бетона // ВНИИЭСМ. Промышленность строительных материалов. Сер. 8. Промышленность автоклавных материалов и местных вяжущих. Аналитический обзор. Вып.1. 1990. - 78 с.

6. Домбровский A.B., Шурань Р., Вавржина Ф. Производство ячеистых бетонов // ВНИИЭСМ. Промышленность строительных материалов. Сер. 8. Промышленность автоклавных материалов и местных вяжущих. Обзорная информация. Вып. 2. 1983. - 78 с.

7. Шеляхин И.В., Филатов А.Н. Зарубежный опыт производства ячеистобетонных изделий. К.: УкрНИИНТИ, 1990. - 16с.

8. Большаков В.И., Мартыненко В.О., Ястребцов В.В. Производство изделий из ячеистого бетона по резательной технологии. -Днепропетровск: Пороги, 2003. 141с.

9. Кауфман Б.Н. Теплопроводность строительных материалов. М.: Строийздат.- 1955.- 160с.

10. Боженов П.И. Технология автоклавных материалов. Л.: Стройиздат, Ленинградское отделение, 1978. - 367 с.М.Кудряшов И.Т. Технология автоклавного армопенобетона для покрытий промзданий. Л.: Строийздат, 1940. - 108с.

11. Кивисельг Ф.ГТ. Исследования технологии и свойства сланцезольного пенобетона. Автореф. дисс. канд. техн. Наук. -Таллин: ТПИ, 1958.- 16с.

12. Боженов П.И., Сатин М.С. Автоклавный пенобетон на основе отходов промышленности.- М.: Госстройиздат, 1963. 102с.

13. Баранов А.Т., Бужевич Г.А. Золобетон.- М.: Строийздат, 1960. -224с.

14. Горяйнов К.Э. Некоторые вопросы физики гидротермального твердения ячеистых бетонов // Исследования влияния режимов гидротермальной обработки на свойства силикатных материалов,-Таллинн: РДНТП, 1966. С.3-48.

15. Иванов И.А, Кузнецов Ю.А. Использование побочных продуктов медицинской промышленности в технологии ячеистых бетонов // Тезисы докл. V республ. конф. «Долговечность конструкций из автоклавных бетонов». Ч. 1. Таллинн: Госстрой ЭССР. - 1984. -С.115-117.

16. Иванов И.А., Федынин Н.И. Производство и применение Газозолобетонных панелей из шлакопортландцемента и зол электростанций Кузбасса // Материалы 2-й научно-технической конф. по вопросам химии и технологии ячеистых бетонов. -Саратов, 1965. С.136-149.

17. Розенфельд Л.М. Автоклавный пеношлакобетон. М.: Госстройиздат, 1958.-96с.

18. Кудряшов И.Т. Автоклавные ячеистые бетоны и их применение в строительстве. М.: Строийздат, 1949.-182с.

19. Розенфельд JI.M., Нейман А.Г. Автоклавный бесцементный газошлакобетон.-М.: Строийздат, 1968.-185с.

20. Кривицкий М.Я., Волосов Н.С. Заводское изготовление изделий из пенобетона и пеносиликата. М.: Строийздат, 1958.-160с.

21. Крашенинников А.Н. Автоклавный термоизоляционный пенобетон,- М.: Госэнергоиздат, 1959.-236 с.

22. Крашенинников А.Н. Монолитная теплоизоляция из ячеистых бетонов и пластмасс. JT.: Строийздат, 1971.- 184 с.

23. Жодзинский И.Л., Макаричев В.В. Крупнопанельные покрытия из ячеистых бетонов. М.: Строийздат, 1967. -144с.

24. Силаенков Е.С. Долговечность изделий из ячеистых бетонов. -М.: Строийздат, 1986. 176 с.

25. Фокин К.Ф. Строительная теплотехника ограждающих частей зданий. -М.: Стройиздат, 1953. -320 с.

26. Кауфман Б.Н. Теплопроводность строительных материалов. М.: Стройиздат. - 1955. - 160 с.

27. Чудновский А.Ф. Теплотехнические характеристики дисперсных материалов. М.: Стройиздат, 1962. -456 с.

28. Вейц Р.И. Предупреждение аварий при строительстве зданий. -Д.: Стройиздат, 1984. -144с.

29. Воробьев Г.К., Фадеев A.B. Армопенобетонные плиты покрытий промзданий после длительной эксплуатации // Бетон и железобетон. 1985. -№2. - С.27.

30. Москвин В.М. и др. О некоторых недостатках в применении крупнопанельных изделий из ячеистого бетона // Бетон и железобетон. 1965.- №11.

31. Кевеш П.Д., Эршлер Э.Я. Газобетон на пергидроле. М.: Госстройиздат, 1961. - 116 с.

32. Филатов А.Н. Производство ячеистого бетона в Украине // Строительные материалы и изделия. 2003. - №2.

33. Ахундов А.А., Гудков Ю.В. Состояние и перспективы развития производства пенобетона // Вестник БГТУ им. В.Г. Шухова. -2003. №4.

34. Эльсабе П. Керсли. Развитие использования пенобетона в строительной индустрии // Сб. докладов Международная научно-практическая конференция «Поробетон 2005».6-8 апреля г.Белгород.

35. Kearsley Е.Р. The use of foamcreat for affordable development in third countries. International Congress, Concrete in service of mankind. Dundee. Scotland. June 1996. pp. 233-243.

36. Kearsley Е.Р/ The effect of high volumes of ungraded fly ash on the properties of foamed concrete, PhD (Engineering) august 1999, University of Leeds, UK.

37. Ил Ли, Алекс Лью. Использование пенобетона в Малайзии. // Сб. докладов Международная научно-практическая конференция «Поробетон 2005».6-8 апреля г.Белгород

38. Ахундов А.А., Удачкин В.И. // Строительные материалы. 2002. -№3.

39. Ахундов А.А. Состояние и перспективы развития ячеистых бетонов / Ахундов А.А., Панкеев В.В. // Стройиндустрия. 2001 -№2

40. Ахундов А.А. Пенобетон эффективный стеновой и теплоизоляционный материал / Ахундов А.А., Гудков Ю.В., Иваницкий В.В. // Строительные материалы. - 1998. - №1.45.Пат. РФ №21281544У

41. Васильев В.Д., Лундышев И.А. Опыт использования монолитного пенобетона в строительстве // Вестник БГТУ им. В.Г. Шухова. -2003. №4.

42. Взгляд на энергосбережение сквозь стены. Лобов О.И., Ананьев А.И., Кувшинов Ю.Я. и др / Строительный эксперт. 2004. - №5.

43. Сахаров Г.П. Эффективные материалы с повышенными теплозащитными и строительно-эксплуатационными свойствами // Сб. докладов. Международная научно-практическая конференция «Поробетон 2005».6-8 апреля г. Белгород

44. Удачкин И.Б., Удачкин В.И., Смирнов В.М., Гаряева А.Ш., Павлов С.А. Новые технологии пенобетона // Сб. докладов. Международная научно-практическая конференция «Поробетон -2005».6-8 апреля г. Белгород

45. Чистов Ю.Д. Неавтоклавный ячеистый бетон проблемы и задачи. // Сб. докладов. Международная научно-практическая конференция «Поробетон - 2005».6-8 апреля г. Белгород

46. Сахаров Г.П. Поробетон и технология его производства в XXI веке. // Строительные материалы, оборудование, технологии XXI века. 2000. - №6.

47. Технико-экономические показатели предприятий по производству изделий из ячеистых и плотных автоклавных бетонов за 1900-1991 гг.Ин-т НИПИСИЛИКАТОБЕТОН, Таллин 1991.

48. Соломатов В.И., Коренькова С.Ф., Чумаченко Н.Г. Новый подход к проблеме утилизации отходов в стройиндустрии // Строительные материалы, оборудование, технологии XXI века. 2000. №1

49. Бортников Е.В. Основные тенденции и перспективы развития промышленных строительных материалов // Строительные материалы, оборудование, технологии XXI века. 2000. №2

50. Лобов О.И. В защиту отечественного строительства и промышленности строительных материалов / Лобов О.И., Ананьев А.И. // Строительный эксперт. №10. - 2001.56.0вчаренко Е. производство утеплителей в России // Стройинформ. -2001.-№11, 13.

51. Румянцев Б. М. Пенобетон, проблемы развития / Румянцев Б. М., Критарасов Д.С. // Строительные материалы, оборудование, технологии XXI века. 2002. - №1.

52. Чистов Ю.Д. дома из неавтоклавного газобетона // Сельское строительство. 1984. - №10.

53. Сахаров Г.П. Новая эффективная технология неавтоклавного поробетона / Сахаров Г.П., Стрельбицкий В.П., Воронин В.А. // Строительные материалы, оборудование, технология XXI века. -2002. №6.

54. Трескина Г.Е. Неавтоклавный газобетон с использованием пылевидных отходов сушки песка: Дис. канд. техн. наук. М., 2001

55. Ухова Т.А. Воздушный бетон / Ухова Т.А., Тарасова Л.А., Семенов Д.Н. // Строительный эксперт. 1999. - №23,24.

56. Коляда C.B., Песцов В.И., Гудков Ю.В., Гиндин М.Н. Выбор технологии производства изделий из ячеистого бетона. Часть 2 // Строительные материалы, оборудование, технология XXI века. -2000. №4.

57. В.П. Кирилин. Линия резки ячеистого бетона ленточными пилами // Строительные материалы. 2005.- №12.

58. М.Н. Гиндин, A.C. Сорокин, P.E. Ковалев. Технологическая линия по производству мелких стеновых блоков из неавтоклавного пенобетона // Строительные материалы. 2005.- №12.

59. Запорожец И.Д., Окороков С.Д., Парийский A.A. тепловыделение бетона. Изд. литературы по строительству. J1.-M., 1966.

60. Сватовская Л.Б., Сычев М.М. Активированное твердение цементов. Л., Стройиздат, 1983.

61. Шангина H.H., Сватовская Л.Б., Комохов П.Г. и др. природа поверхности наполнителей в пенобетонах: Инженерно-химические проблемы пенобетонов 3-го тысячелетия в СПб., 1999.

62. Прошин А.П., Береговой В.А., Краснощеков A.A., Береговой A.M. Пенобетон (состав, свойства, применение). Пенза: ПГУАС. 2003.162 с.

63. Прошин А.П., Береговой A.M., Соломатов В.И., Береговой В.А. Теплотехническая эффективность использования высоконаполненных композитов в ограждающих конструкциях // Промышленное и гражданское строительство. 1996. - №11. -С.42-43.

64. Прошин А.П., Береговой A.M., Еремкин А.И., Береговой В.А., Королев Е.В., Краснощеков A.A. Ячеистый бетон для теплоизоляции ограждающих конструкций зданий и инженерных коммуникаций // Строительные материалы. 2002. - №7. - С. 2426.

65. Прошин А.П., Береговой A.M., Береговой В.А., Волкова Е.А. Ячеистые бетоны для тепловой защиты зданий и сооружений // Строительные материалы, оборудование и технологии XXI века. -2002,-№4.-С. 10-11.

66. Прошин А.П., Береговой A.M., Соломатов В.И., Береговой В.А. Теплотехнические свойства тяжелых композитов для защиты от радиации // известия вузов. Строительство. 1998. - №9. - С. 2932.

67. Прошин А.П., Береговой A.M., Соломатов В.И., Береговой В.А. Расчетная схема теплопроводности высоконаполненных материалов // Известия вузов. Строительство. 2000. - №1. - С.14-16.

68. Наназашвили И.Х. Строительные материалы из древесно-цементной композиции. Л.: Стройиздат, 1990. -415с.

69. Франчук А.У. таблицы теплотехнических показателей строительных материалов. -М.: НИИСФ, 1969. 144с.

70. Бужевич Г.А. Арболит. М.: Изд-во литературы по строительству, 1968.-243с.

71. Комохов П.Г., Грызлов B.C. Структурная механика и теплофизика легкого бетона. Вологодский науч. центр, 1992. - 360с.

72. Шлыков Ю.П., Ганин Е.А. Контактный теплообмен. М.: Госэнергоиздат, 1963.- 144с.

73. Ривкин М.С., Ерухимович И.Л., Пугач В.В. Аналитическое описание теплопроводности наполненных полимеров // Теплофизические свойства веществ и материалов. 1991. -Вып.31. -С188-193.

74. И.В. Степанова. Разработка и применение новых зольсодержащих добавок для повышения качества бетонов разной плотности. Автореф. на соиск. уч. ст. канд. техн. наук, ПГУПС 2004.

75. L.B. Svatovskaya, D.V. Gerchin, V.U. Shangin, A.V. Benin, I.V. Stepanova, A.V. Borodula. "Concrete with high flexural strength". 15. International Baustofftagung, IBAUSIL, Weimar, 2003.

76. Степанова И.В. // Разработка высокопрочного бетона повышенной трещиностойкости. Известия Петербургского университета путей сообщения В.1, СПб., 2004 г. с.31-34.

77. ТУ 5743-005-51556791-2003 «Зольсодержащая добавка «Hardness-М».

78. Патент № 2270823. Строительный раствор.

79. Д.В. Герчин. Особенности получения и свойства композиционныхпокрытий из неорганических вяжущих для строительства и отделки. Автореф. на соиск. уч. ст. канд. техн. наук, ПГУПС 2002.

80. A.A. Фиголь. Управление трещиностойкостью тонкослойных композиционных покрытий на цементной основе добавками и наполнителями различной природы. Автореф. на соиск. уч. ст. канд. техн. наук, ПГУПС 2004.

81. B.IO. Шангин. Управление трещиностойкостыо цементных композиций с учетом процессов, происходящих в твердых фазах. Автореф. на соиск. уч. ст. доктор техн. наук, ПГУПС 2006.

82. В.Ю. Шангин. Управление трещиностойкостыо цементных композиций с учетом процессов, происходящих в твердых фазах. Автореф. на соиск. уч. ст. доктор техн. наук, ПГУПС 2006.f/f

83. Сватовская Л.Б., Шангин В.Ю., Сычева A.M., Попова Е.А. «Некоторые принципы управления свойствами цементной композиции в тонком слое». Вестник Петербургского государственного университета путей сообщения. СПб.: ПГУПС, 2006.-Вып.З.-140с.

84. Сычева A.M., Попова Е.А., Герке С.Г., Панасенкова A.C., Музалева В.В.«Влияние некоторых соединений s-, p-, d-элементов на трещиностойкость пенобетона». Новые исследования в материаловедении и экологии» Вып.5 С-Пб 2005год.

85. Сычева A.M., Попова Е.А., Дробышев Д.И. «Повышение трещиностойкости пенобетона». Тезисы докладов XVII международной интернет-конференции молодых ученых и студентов по проблемам машиностроения. г.Москва, МИКМУС -2005г.

86. Сватовская Л.Б., Сычева A.M., Попова Е.А., и др «Управление свойствами пенобетонов разных технологий изготовления». XXV Российская школа по проблемам науки и технологий, посвященная 60-летию Победы. Краткие сообщения.-Екатеринбург: Уро Ран, 2005.-380с.

87. A.B. Бородуля. Сухие строительные смеси на цементной основе с улучшенными теплозащитными свойствами. Автореф. на соиск. уч. ст. доктор техн. наук, ПГУПС 2004.

88. Патент № 2004106819/03 «Комплексная добавка».

89. Бутт Т.С., Виноградов Б.Н и др. Современные методы исследования строительных материалов. М.: Стройиздат, 1962. -239 с.

90. Ларионова З.М., Виноградов Б.Н. Петрография цементов и бетонов. М., Стройиздат, 1947,347с.

91. Инструкции по изготовлению изделий из ячеистого бетона СН 277-80Ю4.Тейлор Дж. Введение в торию ошибок. Пер. с англ. М.: Мир, 1985.-272 е., ил.

92. Боровкин A.A. Математическая статистика. М.: Наука. Главная редакция физико-математических величин. 1984. 472 с.

93. Таблицы математической статистики. Большев Л.Н., Смирнов H.B. М.: Наука. Главная редакция физико-математической литературы, 1983. 416 с.

94. Сватовская Л.Б., Сычев М.М. Активированное твердение цементов. Л., Стройиздат, 1983.

95. Сватовская Л.Б. Инженерная химия: Учеб. Пособие. Ч. 1.ПГУПС, 1995.

96. Сватовская Л.Б. // Цемент. 1996. №1

97. Ю.Сватовская Л.Б. Модели строения твердого тела и процессы твердения // Цемент. 1990. №5

98. Сватовская Л.Б., Соловьева В.Я., Чернаков В.А. получение монолитного пенобетона с учетом особенностей природы заполнителя. СПб., ПГУПС, 1990.

99. Сватовская Л.Б., Соловьева В.Я., Масленникова Л.Л. и др. Термодинамический и электронные аспекты свойств композиционных материалов для строительства и экозащиты. ОАО Стройиздат, 2004г., 173с.

100. Сватовская Л.Б. Введение в инженерно-химические основы свойств твердых пен // Инженерно-химические проблемы пеноматериалов третьего тысячелетия. СПб, ПГУПС, 1999.

101. Сватовская Л.Б. Развитие инженерно-химических основ получения и свойств связующих материалов в третьем тысячелетии в С.-Пб. // Современные инженерно-химические основы материаловедения. СПб., 1999.

102. Сватовская Л.Б., Шангин В.Ю., H.H. Шангина, Д.В. Герчин, A.B. Бородуля. Особенности получения и свойства композиционных неорганических покрытий на цементной основе. С.-Петербург, 2005.

103. Сватовская Л.Б. Фундаментальные основы свойств материалов на цементной матрице. С.-Петербург, ПГУПС, 2006.

104. Спицын В.И., Мартыненко Л.И. Неорганическая химия, М., МГУ, 1991, с. 454.

105. Габуда С.П. Связанная вода. Факты и гипотезы. Изд-во «Наука», 1982 г., с. 139.

106. Бабак Н.А., Андреева JI.A. .«Микробиологическая деструкция древесины». Новые исследования в материаловедении и экологии. Вып.5 С-Пб 2005год.

107. Древесина (химия, ультраструктура, реакция)/Пер. с англ. -Д.Фенгел, Г. Вегенер; Под. Ред. А,А, Леоновича. -М., 1988.

108. Огарков В.И., Киселев О.М., Быков В.А. Биотехнические направления использования растительного сырья // Биотехнология. 1985. - №3.-/SO