автореферат диссертации по строительству, 05.23.05, диссертация на тему:Повышение эффективности керамзитобетона путем управления процессом водопоглощения пористого заполнителя

г*-.

сг. аг.

На правах рукописи

сэ

со

СХ1

__Г1 * И4Ч ^

МАКАРЕЦ Ольга Николаевна

ПОШПЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ КЕРАЫЗИГ0ШТ0НА ПУТЕМ УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ ВОДОПОГЯОЩЕНШ ПОРИСТОГО ЗА1ЮЛНИГЕЛЯ

Специальность 05.23.05 "Строительные материалы и изделия"

с

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Ростов-на-Дбну-1997

Работа выполнена в Кубанском государственном технологическом университете.

Научный руководитель - кандидат технических наук, профессор

Черных Виктор Федорович.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Невский Владимир Александрович,

3

кандидат технических наук Чернов Арсений Владимирович.

Ведущая организация - Проектно-технологический трест

"Оргтехстрой", г.Краснодар.

Защита состоится " </У " С1сг7?1Л^рЛ 1997 г. на заседании диссертационного совета Д 063.64.6l в Ростовском государственном строительном университете по адресу: 344022, г.Ростов-на-Дону, ул. Социалистическая, 162.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Ростовского государственного строительного университета.

Автореферат разослан 997 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета, _

кандидат технических наук ~ Данченко А.К.

прЦАЯ. ХАРАК1ЕРИСТШ РАБСШ

Актуальность темы. Пути дальнейшего совершенствования производства легкобетонных изделий заключаются в-разработке и использовании прогрессивных технологических решений, обеспечивающих повышение качества, снижение трудо-, материало-, энергоемкости. Одним из путей решения этой проблемы является применение химических добавок, которые позволяют управлять процессами,происходящими в бетонной смеси, в твердеющем бетоне, и-на этой основе формировать структуру, обеспечивающую более высокие эксплуатационные свойства материала. Добавки различных классов, а также комплексные добавки сравнительно широко применяются при производстве керамзитобетонных изделий. Однако их потенциальные возможности используются не в полной мере. При выборе добавок, а особенно при разработке комплексных добавок, не всегда учитываются такие особенности, как поглощение' керамзитом жидкой фазы из растворной составляющей смеси, а также способность некоторых добавок влиять на это свойство. Поэтоцу проведение исследований в этом направлении является актуальной задачей, решение которой имеет научное и практическое значение.

Цель и задачи работы. Целью работы является-разработка комплексных химических добавок и технологических режимов, улучшающих качество и повышающих эффективность производства изделий из керамзитобето-на.

Поставленная цель и состояние вопроса определили следующие задачи исследования:

- изучить влияние концентрации химических добавок различных классов, комплексных добавок, некоторых отходов промышленности на , поверхностное натяжение на границе раздела жидкой и газообразной фаз, краевой угол смачивания керамзита и цементного камня, а также на кинетику водопоглощения керамзита различных фракций в растворах добавок и в бетонной смеси; °

- разработать новую комплексную добавку, обеспечивающую торможение процесса водопоглощения керамзита в период приготовления и укладки смеси), а также его увеличение после уплотнения смеси;

- установить влияние новой добавки на водопоглощение керамзита, свойства смеси и бетона, на состав новообразований*-качество зоны контакта заполнителя с цементным камнем, капиллярно-пористую структуру керамзитобетона;

- установить аналитические зависимости свойств бетонной смеси

и керамзитобетона от количественного соотношения компонентов в комп-

- г -

лексной добавке и от водосодержания смеси;

- провести сравнительную опенку влияния добавок на водосодер-жание смесей, прочность бетонов на плотном и пористои заполнителях и оценить влияние добавок на процесс влагообмена между пористым заполнителем и -растворной составляющей бетонной смеси, а также роль этого процесса в формировании свойств смеси и бетона;

- выявить рациональные технологические режимы, обеспечивающие оптимальные условия формования и твердения изделий путем регулирования процесса водопоглощения керамзита;

- подготовить исходные требования на разработку оборудования для производства керамзитобетонных изделий с новой комплексной добавкой;

- провести производственную проверку и выявить технико-экономическую эффективность предлагаем« комплексной добавки и технологических режимов.

Научная новизна.

1. Получены новые данные о влиянии концентрации в водном растворе различных химических добавок (пенообразующих, пластифицирующих, ускорителей твердения бетона и др., некоторых отходов промышленности, а также комплексных добавок) на поверхностное натяжение на границе раздела жидкой и газообразной фаз, на краевой угол смачивания, а также на интегральные показатели - кинетику водопоглощения керамзита в водных растворах добавок и в бетонной смеси.

2. Установлено, что такие поверхностно-активные добавки, как ОП-Ю, СДО, сульфонол, С-3, ЛСТ и др. уменьшает водопоглощение керамзита и замедляют этот процесс в начальной стадии, причем тем больше, чем сильнее добавки снижают поверхностное натяжение на границе раздела жидкой и газообразной фаз.

3. Изучено влияние поверхностно-активных и других добавок на водопоглощение керамзита различных фракций и установлено, что чем меньше крупность зерен и чем меньше концентрация ПАВ, тек больше величина водопоглощения, что характерно не только для керамзита, но и для азерита, баротелита, перлита.

4. Разработана новая комплексная добавка, состоящая из лено-образувщег.о ПАВ - оксиэтилированного полиэтиленгликоля и отходов промышленности - пластифицирующего ПАВ - спиртовой бражки и электролита - уксуснокислого натрия или сульфата натрия, которая уменьшает и замедляет водопоглощение керамзита, за счет этого уменьшается водосодержание керамзитобетонной смеси и усиливается эффект са-

мовакуумирования в ухе уплотненной снеси при быстром ее приготовлении и укладке.

5. Получены зависимости свойств бетонной смеси и керамзитобе-тона от соотношения компонентов в предложенной комплексной добавке и от водосодержания смеси. .

6. Выявлены особенности влияния комплексной добавки и других основных технологических факторов на состав новообразований, качество зоны контакта пористого заполнителя с цементным камнем в ке-рамзитобетоне, капиллярно-пористую структуру.

Практическое значение работы.

1. Выявлено влияние химических добавок различных классов на кинетику водопоглощения керамзита, что позволяет производить их выбор с учетом конкретных условий производства керамзитобетонных изделий.

2. Выявлены технологические режимы и условия, позволяющие уплотнить бетонную смесь при меньшем водосодержании, а затем усилить эффект самовакуумирования в уплотненной смеси я улучшить за счет этого свойства керамзитобетона.

3. Разработаны пустотелые пазогребневые блоки (решение ВНШГПЭ от 20.02.96 г. о выдаче патента по заявке » 94016631/33

С016574) от 10.05.94 г. "Строительный блок"). Блоки формуется методом вибротрамбования с немедленной распалубкой на установке новой конструкции (решение ВНШГПЭ от 07.02.97 г. о выдаче патента по заявке № 96103244/03(003350) от 01.02.96 г. "Устройство для формования изделий из бетонных смесей'}. Разработаны и утверждены технические условия, организовано производство оборудования,керамзито-бетонных блоков с комплексной добавкой.

4. Эффективность применения новой добавки (авт.сввд.Р 1567545) обусловлена экономией цемента до 20 % или увеличением подвижности бетонной смеси с I см до 12 см.

О

На зеддату выносятся.

1. Теоретические положения о механизме формирования структуры керамзитобетона с разработанной комплексной добавкой.

2. Результаты исследований влияния добавок различных классов

и комплексных добавок на поверхностное натяжение, на. границе раздела жидкой и газообразной фаз, на краевой угол омачивания,-.'на кинетиву водопоглощения керамзита различных фракций в водных растворах добавок и в бетонной смеси.

3. Результаты исследований влияния комплексной добавки на структуру, состав новообразований"и основные свойства керамзитобетона.

4. Закономерности влияния компонентов, входящих в состав разработанной кошлексной добавки, а также других технологических Факторов на свойства бетонной смеси и прочность керамзитобетона.

5. Результаты сравнительных исследований влияния химических добавок на вощосодержание смесей и прочность бетонов на плотном и пористом заполнителях и обоснование их большей эффективности в бетоне на пористом, чем в бетоне на плотном заполнителе благодаря влиянию добавок на процесс влагообмена между пористым заполнителем и растворной составляющей бетонной смеси. -

Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались на заседаниях кафедры производства строительных изделий и конструкций Кубанского государственного технологического университета в 1988-1996г.г.; на XXIX студенческой научно-технической конференции вузов республик Прибалтики, Белоруссии и Молдавии "Студенческие научные достижения - народноцу хозяйству" (г.Каунас, 1965 г.); на ХХХП студенческой конференции вузов Прибалтийских республик, Белорусской ССР и Молдавской ССР,"тезисы докладов, часть ПГ (г.Рига, 1963г.).

Публикации. Основное содержание диссертации изложено в шести печатных работах и тезисах докладов, представленных на конференциях, а также в трех депонированных рукописях.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка литературы и трех приложений, содержит 226 страниц машинописного текста, включающего 63 рисунка, 17 таблиц, список литературы из 139 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

По данным Аракеляна А .А., Абрамова ВД., Бужевича ГЛ., Бурлакова Г.С., Виноградова Б.Н., Ваганова А.И., Горчакова Г.И., Довжика В.Г., Иванова ИЛ., Курасовой Л.П., Карпиковой Л .И., Симонова М.З., Савина В.И., Хохрина Н.К. и др., пористый заполнитель, благодаря его способности к капиллярной контракции, вызывает в бетонной смеси эффект самовакуумирования, который оказывает весьма существенное влияние на формовочные свойства смеси, структуру и свойства бетона. Вызванное эффектом самовакуумирования повышение плотности зоны контакта и цементного камня в межзерновом пространстве позволяет получать легкий бетон, который по своим свойствам не уступает тяжёлому бетону при одинаковых расходах цемента. Однако эффект самовакуумирования определяется как способностью пористого заполнителя поглощать жкзкуа фазу из растворной со-

ставляющей бетонной смеси, так и отдавать её обратно. Поэтому, с целью повышения эффективности кераызитобетона, представляется перспективным предложить поверхностно-активные добавки и другие технологические приёмы, позволяющие изменять в нужном направлении в определённое время процесс влагообмена между керамзитом и растворной составляющей смеси и тем самым управлять эффектом самовакуумирова-ния.

Основываясь на известных закономерностях поверхностных явлений на границах раздела фаз, массообмена между жидкостями и капиллярно-пористыми телами,сформулирована рабочая гипотеза о том, что некоторые ПАВ и комплексные химические добавки, состоящие из взятых в оптимальном количестве воздухововлекапщих и пластифицирующих ПАВ в сочетании с электролитом, способны существенно изменять поверхностные силы на границах раздела фаз : поверхность пор керамзита - вода с растворенными в ней добавками - газообразная фаза, за счет этого снижается водопоглощение керамзита и замедляется этот процесс в начальной стадии, что улучшает структуру и свойства керамзитобетона за счет уменьшения водосодержания бетонной смеси и усиления эффекта самовакуумирования в уплотненной смеси при оптимальных сроках её приготовления и укладки.

При проведении исследований применяли: Новороссийский портландцемент активностью 43 Ша; Афинский и Энемский керамзитовые гравий и песок разных фракций; гранитный гравий фр. 5...10 мм и 10...20 мм; кварцевый песок с Мкр. 1,25; химические добавки различных классов и некоторые отходы промышленности.

Исследовано влияние химических реагентов различных классов на водопоглощение керамзита. Установлено, что воздухововлекепцие добавки 0П-10 или ОП-7, сульфонол (С), СДО, СНВ уменьшают водопоглощение (W, в % от объема зёрен), особенно при повышении концентрации ПАВ в водном растворе до 0,05 %, что показано на примере 0П-Ю (рис. I). Несколько меньше уменьшают водопоглощение пластификатор ЛСТ, суперпластификатор С-3, пластифицирующе-воздухововлекапцая добавка ЩСПК,.причем особенно значительно при повышении концентрации до 0,17 %}

Высокомолекулярные ПАВ - костный клей (КК), клеи' КМЦ й ША занимают промежуточное положение между С-3 и ЛСТ, примем они наиболее эЗфективны при концентрации 0,05...0,15 %. Электролиты уксуснокислый натрий (УН), сульфат натрия (СН), хлористый натрий (ХН), каль-

цинированная сода (КС) в диапазоне концентраций до 1,5 % несущественно влияют на водопоглощение. Исследованы некоторые отходы мыловаренного, сахарного, дрожжевого, спиртового производства. Наибольшее влияние на водопоглощение оказывает спиртовая бражка (СБ), которая по рассматриваемому эффекту мало отличается от С-3, особенно в диапазоне концентраций 0,17...О,5

При увеличении крупности зёрен керамзита водопоглощение в водных растворах добавок, как и в чистой воде, уменьшается.

Установлено, что 0П-10, С, С-3, ЛОТ, СБ, СДО и некоторые другие добавки могут замедлять водопоглощение в начальной стадии насыщения, например, за 15 мин, а в дальнейшем, в период от 15 до 90...120 мин, прирост водопоглощения в растворах добавок больше, чем в воде, причем прирост тем значительнее, чем меньше крупность зёрен керамзита и чем меньше концентрация ПАЗ в растворе.

Разработана новая комплексная добавка, включающая ОП-Ю (или ОП-7), СБ и УН (или СН). Эта добавка более существенно уменьшает и замедляет водопоглощение, чем не только отдельные вышеуказанные добавки, но и известные комплексные (рис. 2). Например, через 15 мин водопоглощение фр. 10...20 мм в растворе новой добавки на 5,4 % меньше, чем в воде, а последующий прирост за время от 15 до 120 шн больше, чем в воде на 1,6 $ от объёма зёрен керамзита. Если учесть, что добавка используется в бетонной смеси на керамзитовых гравии и песке, в которой общий объём зёрен керамзита составляет в среднем 700 л, причем смесь приготавливается и укладывается в форцу за 15 мин, то за счет уменьшения водопоглощения на 5,4 % водосодержание смеси должно уменьшиться на 38 л/м3 без изменения её удобоукладываемости, а последующий прирост водопоглощения на 1,6 ^ будет происходить в уже уплотненной смеси, при этом керамзит отсосёт из уплотненной смеси на II л больше жидкости, чем в смеси без добавки. Таким образом, в смеси с добавкой в большей степени будет проявляться эффект капиллярной контракции, положительное влияние которого на структуру и свойства керамзитобетона известны.

Прирост водопоглощения увеличивается с уменьшением крупности зёрен керамзита, так для фр. 5...10 мм прирост составляет 2,2 %, за счет этого керамзит должен отсосать из уплотненной смеси на 15 л больше жидкости, чем в смеси без добавки.

Установлено, что чем больше концентрация ПАВ, тем меньше аб-солотная величина водопоглощения, но меньше и его прирост за время от 15 до 120 мин (рис. 2). „

Разработанная добавка уменьшает водопоглощение не только керамзита, но и азерита, баротелита, перлита (рис. 3). Особенно его заметно после высушивания предварительно насыщенного в растворе добавки перлита, что объясняется частичной модификацией стенок капилляров молекулами добавок.

Выявлено, что при попеременном насыщении керамзита вначале в воде, а затем в растворе добавки происходит влагоотдача в среднем до 20 % воды (рис. 4). Это происходит потому, что при перемещении керамзита из воды в раствор часть химических реагентов вследствие диффузии проникает в поры, изменяет поверхностное натяжение на границах раздела фаз, в результате уменьшается сила подсоса жидкости капиллярами и часть жидкости выталкивается из капилляров защемленным в керамзите воздухом.

Для выявления роли защемленного воздуха, а также влияния температуры и режима насыщения определяли водопоглощение керамзита в воде и в растворах комплексных добавок. Установлено (рис. 5), что разогрев или охлаждение защемленного в пористом заполнителе воздуха, также как и поглощение жидкости за счет капиллярных сил, оказывает существенное влияние на водопоглощение керамзита. На основании полученных данных рекомендован оптимальный режим технологии "горячего формования", при котором следует быстро уложить и уплотнить разогретую керамзитобетоннуо смесь во время, когда происходит влагоотдача керамзита, а затем целесообразно частичное остывание смеси, причем предпочтительнее "термосное" выдерживание твердеющих изделий, без увеличения тешературы бетона.

Для изучения механизма воздействия добавок на водопоглощение исследовано их влияние на коэффициент поверхностного натяжения на границе жидкость - воздух ( б%г ) методом Кантора - Ребивдера. Исследовали также влияние добавок на краевой угол смачивания поверхности керамзита и цементного камня ( в ) путем нанесения на поверхность капли жидкости, проектирования контура капли на экран при помощи сильного бокового источника света и измерения 6 на экране. Выявлено, что ,чем меньше » тем меньше водопоглощение, а 6жГ уменьшается при повышении (до некоторого предела) концентрации ШВ в водном растворе и температуры. Например, при 25 уменьша-

ет ¿кг при концентрации раствора 0,05 % по сравнение с чистой водой с 72 мН/ы до 44,2 ыН/м (в 1,6 раза), а при концентрации 0,5 % -в 2,1 раза. При 40...50 °С бкг уменьшается соответственно в 1,9...2,3 раза. Высота п поднятия жидкости в капилляре связана с

- 8 -

Здхяиае концентрация добмов ш вздо-поглощение кершзита фр.Ю«».20 ш

Кянвтнм водопоглощенвя керамзита

О

0,16 0,32 С, в

53

50 47

44

41

2 и-- > ?

г* п

2 С I

л 2

Водслоглопгение в I - ОП-Ю, 2 - П 4 - УН.

-за 15 мни,--э* 60 ши

Рис. I

Попеременно« иодопоглощение -

высушивание перлитового щебня

**

90 С,мин

1,2 - в воде, 3...6 - в растворе добавок: 3 - С-3:ЛСТ:СН:вода ■ - 0,2:0,2:1,5:100; 4,5 - ОП-10:СЬ:/11:вода « « 0,С5:0,2:1,5:100; 6 - 0Д-10:СБ:УИ:воца -

0,5:0,25:1.5:100. 1,4 - фр. 5,..10мм, 2,3,5,6 - фр.Ю..,20мм.

Рис. 2

Попеременное воцопоглощение керамзита в воде и в растворе добавок

0 10 1 о^ г

!в воде 1 в р-ре ш воде

Состав раствора: 0П-10:СБ:УН:веда» » 0,05:0,2:1,5:100.

I - фр.5»..Ю мм, 2-$рД0...20 ш.

На каждом этепе насвдение осущест»-' ляггся после высушивания перлита.

Рис, 3

воде, в р-ре;ввэдэ[ в р-ра

Ссст'гг г^'-язра; СЯ-10:Сь:.-п:гол£= » 0,5:0,25:1,5:100. =

1-фр.5.,,10ад, 2-$рЛ0..Л>ш.

Ркс,4

радиусом капилляра г , мерой смачивания cos искривленного слоя, разделяющего жидкую и газовую фазы в капилляре, плотностью жидкостир и ускорением силы тяжести ^ формулой Жарена :

h ** ^fjpy3^ * влияниеи незначительно изменяется ß ,

остаются неизменными г и А , djur существенно уменьвается, а COS в уменьшается или незначительно увеличивается (в зависимости от вида и концентрации добавок). При этом, если cos в возрастает под влиянием ПАВ, то в меньшей степени, чем убывает djcr , в результате уменьшается h , а следовательно и водопоглощение керамзита.

Исследовали водопоглощение керамзита в бетонной смеси методом отсева керамзита от растворной составляющей смеси и его высушиванием (рис. 6). Установлено, что ПАВ и комплексные добавки содержащие ПАЗ уменьшают и замедляют водопоглощение как в водном растворе, так и в бетонной смеси. Причем в смеси сильнее, чем в водном растворе проявляется эффект замедления водопоглощения в начальной стадии и последующего его прироста.

Замедление водопоглощения, вероятно, связано с тем, что сразу после затворения жидкостью твердых кошонентов смеси, при участии ПАВ в крупных порах керамзита образуются устойчивые пузырьки воздуха, препятствующие на первой стадии проникновению жидкой фазы из крупных пор в капилляры. В дальнейшем, часть пузырьков разрушается, особенно при виброуплотнении смеси. Установлено, что ПАВ увеличивают меру смачивания цементного камня, поэтому в бетонной смеси часть ПАВ, вероятно, диффундирует к накапливающимся продуктам гидролиза и гидратации и адсорбируется на них, при этом концентрация ПАВ в крупных и мелких порах керамзита уменьшается, разрушается часть пузырьков в крупных порах и возрастают капиллярные силы, повышающие эффект сановакууыирования в уплотненной смеси.

При исследовании влияния добавок на свойства бетонных смесей и бетонов класса BI5 на пористых и плотных заполнителях установлено, что добавки, способные уменьшать и замедлять водопоглощение керамзита гораздо более эффективны в керамзитобетоне, чем в тяжелом бетоне. V

Разработанная комплексная добавка, при малом.,роДержаяии в ней поризувщего компонента (не более 0,04 % от массы цемента), уменьшает водосодержание малоподвижной смеси на плотных заполнителях в среднем на 15 я/и3, при этом конечная прочность бетона класса BI5 увеличивается на 10...12 а водосодержание кврамзатобетонноЯ смеси уменьшается на 50 л/м3, в основном за счет снижения всдепоглсщ©-

- 10 -

Кинетика водопоглощения керамзита 5>р.Ю...20 мм в воде и в растворе С:ЛСТ:СН:вода = 0,5:0,25:1,5:100 •

16

Iö

14

12 10

8 6

Кинетика водопоглощения керамзита в бетонной смеси

ff?

(м is*

/ р ьМ

f 1 от----

1 .и f......^г

ъ I

i 14

13 12

II 10

у //

* / 1/ Ы IfjTJ I^J? j

vi tr5^ " С >—£

вД !/1

90

180

С ,мин

30'

60

,мин

1 керамзита перед насыщением и t жидкости на первой стадии (от 0 до 90 мин ) - 20 °С для опытов I...4.

t жидкости на второй стадии (от 90 мин по 180 мин.): I - 20 об; 2 - 40 °С; 3 - 60 °С; 4-80 °С.

t жидкости на третьей стадии насыщения ;от 180 мин до 270 мин )-20 °С для опытов I...4.

-в растворе,—--в воде

Рис. 5

1...4 - в смеси с добавкой: 0,04 % 0П-Ю + 0,12 % СБ + 1,5 , УН ( % от Ц).

5...8 - в смеси без добавок. 1,5 - 0К смеси I см. 2,4,6,8 - 0К смеси 4 см.

3.7 - 0К смеси 8 см. 1,2,3,5,6,7 - фр. 10...20 мм.

4.8 - фр. 5...10 мм.

Рис. 6

ния керамзита под влиянием ПАЗ. Однако после уплотнения смеси с добавкой, за время с 15 до 120 мин керамзит отсасывает из растворной составляющей смеси на 15...30 л/м3 больше жидкости, чем в смеси без добавки, причем эффект усиливается при увеличении удобоукладыва-емости и времени вибрации смеси, уменьшении крупности зёрен керамзита. При этом прочность керамзитобетона увеличивается на 40...42

Разработанная добавка позволила получить на имеющихся заполнителях керамзитобетон прочностью 30 МПа при расходе цемента марки 400 не более 353 кг/ы3, а равнопрочный эталонный состав без добавки был получен только при переходе на цемент марки 500 и увеличении его расхода на 140 кг.

Добавка, по сравнению с эталонным соохсес^' гласса 315 позволяет без изменения расхода цемента повысить прочность керамзитобетона из смеси подвижностью I см на 42 %, или увеличить подвижность смеси

с I сы до 12 см при сокращении времени уплотнения смеси в 3 раза, при этом ускоряется твердение бетона и несколько повышается его прочность (табл. ).

Влияние технологических факторов на свойства керамзитобетона

Г ' Г ' ""Т Г" Т~* Т"Свойства ке'рашито-"

пп

Добавки

Расход добавок, % от Ц

¡4

3 &

! § I бетона _ _ _____,_

-К-.« -Ф-рл-1

см! | §1" «,!

!В8! !§§' !■

ь ! Iй®! .____ - —^

N ! е§-

ос

.С

]ОНО

«_ {с.

-Я !о -«611

(эталон) ОП-Ю+СБ+УН ОП-Ю+СБ+УН То же То же То же То же

0П-1С+СБ+УН+ + Ш I

С-3+.1СТ+СН

232

0,02^,04+1,5 232 0,04+0,12+1,5 181 То же 217

То же 224

То же 211

То же 207

10 То же

0,04+0,12+1 +¿,04

0,12+0,12+1

То же

,5+

182 ,5 180

I 15 15,3 100 21,1 100 1282 19

8 7 17,7 116 25,1 119 1308 19

I 15 24,7 161 30,0 142 1368 15

8 7 18,1 118 25,8 122 1296 18

12 5 15,7 103 22,4 106 1261 19

8 7 17,2 112 28,7 136 1335 16

8 7 23,7 155 30,1 142 1370 15

I 15 29,8 195 34,2 162 1332 13

I 15 27,5 180 29,5 140 1363 14

8 7 17,1 112 21,3 101 1276 17

Примечание.

1. Дозировки твердых компонентов во всех составах одинаковы: цемента марки 400 - 353 кг/и3, керамзитового гравия - 446 кг/м3, керамзитового песка - 407 кг/м3.

2. Составы 1...7,9,Ю твердели в открытых формах, состав 8 - в закрытых формах, под притрузом 0,5 кгс/бм?

3. Температура смесей составов 1...5,8...Ю - 20 °С, режим тверде-нля(1 + 3 + 10+2)ч при температуре изотермического прогрева

73 °С.

4. Составы б,{7 изготовлены из двухстадийной технологии "горячего формования": приготовление смеси с температурой 20 °с - за

7 мин; электроразогрев смеси (состав б - до 40";ОС»-'состав 7 -до 60 °С) - за 3 мин; укладка смеси за 5 мин; твердение образцов без дополнительного подогрева, в условиях "термосного" задерживания в течение 20 ч.

Комплексная добавка уменьшает плотность цементного камня из-за воздухововлечения. Однако при введении в цементное тесто керамзита плотность керамзитобетона из смеси с подвижностью 1...8 см с добавкой больше, чем у эталона (даже при равном водосодержании смесей с добавкой и без неё). Это объясняется усилением эффекта са-ыовакуумирования в уплотненной смеси под влиянием добавки. Только при подвижности смеси 10...12 см преобладающим фактором становится воздухововлечение и плотность керамзитобетона уменьшается, однако поровая структура улучшается и прочность бетона с добавкой превышает прочность бетона без добавки из смеси подвижностью I см при равных расходах цемента.

Любой технологический прием, позволяющий усилить водопоглоще-ние после укладки и уплотнения смеси, может улучшить структуру и свойства керамзитобетона. Это предположение подтверждено исследованиями по технологии "горячего формования" (оптимальный режим которой позволяет повысить прочность бетона с добавкой с 26 до 29...30 Ша), а также исследованиями по твердению керамзитобетона с газообразователем в закрытых формах (что позволяет повысить прочность бетона с добавкой с 30 до 34 Ша, табл. ).

Методом математического планирования эксперимента получены математические модели, связывающие параметры оптимизации (0К - удо-боукладываемость керамзитобетонной смеси через 15 мин после затво-рения сухих компонентов водой с добавками, см: - прочность

бетона после тепловой обработки, Ша; - прочность бето-

сд*

на через 28 сут. после тепловой обработки, Ша) с влияющими на них факторами ( Хг - количество ОП-Ю, £ от массы цемента; Хг - количество СБ, % от массы цемента; Хз - водосодержение бетонной смеси, л/м3). Расходы заполнителей, цемента и УН приняты постоянными.

Математические модели имеют следующий вид: 0К - 4,2+0,9X1+2X2+4,1Хз+0,5Х1^+1,9ХгХз-|0,8Х?40,бХз

« 22,2 - 0,7X1 - З.ЗХз - 0,8X1 - 2Х22 + 1,5х|

^сж!*28 а 27.4-0.2X1 -0.8*2 -2,6X3 -0,ЗХхХз- 0,ЗХ2Хз - 1,2х|+0,4Хз

Полученные математические модели и построенные по ним графики позволили описать изменения исследуемых свойств при одновременном действии на них нескольких взаимодействующих между собой факторов, оптимизировать исследуемые факторы, управлять свойствами смеси и бетона. Установлено, что оптимальное кол;г:естчо добавок несколько изменяется для смесей с разной подвижностью, причем добавки т.ем

существеннее уменьшает водосодержание смеси, чем больше её подвижность, т.е. чем больше свободной вода, которая оказывает влияние на водопоглощение керамзита в бетонной смеси.

Проведены комплексные исследования керамзита, цемента, цементного камня и керамзитобетона методами инфракрасной спектроскопии, рентгенографическим, дифференциально-термическим, методом растровой электронной микроскопии. Установлено, что разработанная добавка незначительно влияет на состав новообразований цементного камня и керамзитобетона. Однако добавка весьма существенно улучшает капиллярно-пористую структуру керамзитобетона: уплотняет зону контакта керамзита с цементным камнем, уменьшает количество и размеры капиллярных пор, повышает плотность межпоровых перегородок цементного камня в межзерновом пространстве, в наружной части зёрен керамзита, вблизи зоны контакта с цементным камнем, имеется большое количество новообразований, которые частично перекрывают крупные поры керамзита и снижают его проницаемость. Выявлено, что применение комплексной добавки позволяет уменьшить условно-открытую капиллярную пористость керамзитобетона, увеличить условно-закрытую пористость, увеличить показатель микропористости более чем в 2 раза, уменьшить показатель среднего размера условно-открытых капиллярных пор в 2-3 раза.

Использование разработанной добавки при производстве блоков фирмой "Елок-93" позволило сократить расход цемента на 40 кг/м3 при сохранении заданных удобоукладываемости смеси 45 с и класса керамзитобетона BI5. Годовая эффективность составляет 76 млн.руб., экономия 13 тыс.руб. на I м3 блоков (в ценах 1996 г.).

Выполнены расчеты и проведена опытно-производственная проверка показавшие, что при использовании комплексной добавки для увеличения подвижности смеси с I до 8 см без уменьшения расхода цемента эффективность повышается до 19 тыс.руб. в год на I м3 плит покрытия за счет сокращения трудо-, энергозатрат, времени тепловой .обработки и сокращения за счет этого количества форм и пара.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОД!

I. Проведенные теоретические и экспериментальные исследования показали, что повышение эффективности керамзитобетона -мозет быть, обеспечено путем торможения процесса поглощения керамзитом воды из растворной составляющей в период приготовления смеси и формования изделия, а также интенсификацией ^одопоглощения после уплотнения

смеси. Предложенный режим поглощения воды керамзитом способствует уменьшению водосодержания и усилении эффекта самовакуумирования, а также повышению плотности контактного слоя и межзернового пространства и, как следствие, формированию более плотной и прочной структуры бетона в целом.

2. Установлено, что процессом водопоглощения керамзита можно управлять путем введения в бетонную смесь химических добавок ОП-Ю, СДО, С, С-3, ЛСТ и др., которые при дозировках в пределах 0,05 % от массы цемента, при условии, что смесь приготавливается на сухом керамзите, а время её укладки и уплотнения не превышает 10...20 мин., не вызывают поризацию, уменьшают и наиболее существенно замедляют водопоглощение в начальной стадии, интенсифицируя этот процесс после виброуплотнения смеси.

3. Установлено, что водопоглощение керамзита наиболее существенно уменьшают воздухововлекающие добавки ОП-Ю, 0П-7, С, СНЗ, СДО, особенно при концентрации до 0,05 %, менее существенно - ЛСТ, С-3, ЩСПК - до 0,17 %, а такие высокомолекулярные ПАВ - НМЦ, ША, костный клей - до 0,05 %, электролиты СН, ХН, КС, УН - до 1,5 % не оказывают значительного влияния.

4. Предложена комплексная добавка, содержащая ОП-Ю С или ОП-7) СБ и УН (или СН), которая уменьшает и замедляет водопоглощение керамзита, азерита, перлита, причем более существенно,чем индивидуальные, а также известные комплексные добавки.

5. Изучен механизм воздействия предложенной комплексной и индивидуальных добавок на смачиваемость цементного камня и кералккта, кинетику поглощения керамзитом водных растворов добавок различной концентрации и интенсивность капиллярного всасывания жидкой фазы из растворной составляющей керамзитобетонной смеси. Установлено, что сила подсоса жидкости капиллярами керамзита убывает с уменьшением коэффициента поверхностного натяжения на границе раздела жидкой и газообразной фаз, что в свою очередь зависит от увеличения (до некоторого предела) концентрации ШВ и температуры, а главным образом определяется химическим строением ПАЗ.

6. Комплексная добавка, при содержании в ней ОП-Ю до 0,04 % от массы цемента, способствует уменьшению водосодержания керамзито-бетонной смеси на 35...45 л/м° при сохранении заданной уд о б оу кладе -ваемости, а после уплотнения керамзит отсасывает из растворной составляющей смеси за 93...105 мин на 15...30 л/м3 больше жидкости, чем в смеси без добавки. Эффект торможения водопоглощения в период формования, а интенсификации - после уплотнения смеси усиливается

увеличением удобоукладываемости и времени виброуплотнения смеси, : уменьшением крупности зёрен керамзита.

7. Методом математического планирования эксперимента получены ¡атематические модели, связывающие подвижность бетонной смеси и [рочность бетона о компонентами комплексной добавки и водоседержа-ием смеси.

8. Установлено, что чем существеннее добавки уменьшают и за-гедляют водопоглощение керамзита, тем эффективнее их использовать I керамзитобетоне, чем в бетоне на плотных заполнителях,

9. Физико-химические исследования позволили установить, что гредложенная добавка не оказывает заметного влияния на состав ново-(бразований цементного камня и керамзитобетона, но весьма сущест-1енно влияет на капиллярно-пористую структуру: уплотняется зона сонтакта керамзита с ¡..^битным камнем, уменьшаются количество и раз-!еры пор в межзерновом пространстве, улучшаются показатели пористости керамзитобетона.

10. Выявлены технологические режимы и условия, позволяющие уп-ютнить керамзитобетонную смесь при меньшем водосодержании, а затем гсилить эффект саковакуумирования в уплотненной смеси. При "горном формовании" следует быстро разогреть смесь до 40...60 °С и уп-ютнить её в течение 1...5 мин , т.к. в это время происходит влагоотдача керамзита, а затем целесообразно частичное остывание смеси

I "термосное" твердение без увеличения тешературы бетона. За счет такого режима прочность бетона увеличена с 26 до 30 НПа.

11. Выявлены оптимальные условия изготовления керамзитобетон-аде изделий в закрытых формах: приготовление смеси с введением га-зообразователя ШШ-1 в количестве до 0,04 % от массы ценента и ук-задка смеси в течение не более 10...15 юн , установка кршки-при-труза, обеспечивающего давление на смесь 0,5 кгс/см2, до момента шчала газообразования. При этом прочность керамзитобетона увеличена до 34 МПа при'расходэ цемента марки 400 350 кг/м3.

12. Проверка эффективности предложенной добавки показала, что три сохранении заданных удобоукладываемости смеси а прочности ке-земзитобетона »обеспечивается экономия цемента до 20 %. При неизменном расходе цемента подвижность смеси может быть узелкиана с I до [2 см.

13. Использование предложенной добавки фирмой "Блбк-23" при зроизводстве блоков и кашей позволило сократить расход цекзита на 40 кг/м3, годоейя эффективность составляв? 76 млн.руб. С13 ткс.руб. ча I м3 изделий в ценах 1995 г.)."

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах.

1. Черных В.Ф., Ыакарец О.Н. Исследование влияния химических добавок на влагопоглощение керамзита/ КПП, ИСФ. Каф. "Производство строительных изделий и конструкций". - М., 1989. - 39 с. - Дел. в ЗНИИЗСМ, I» 1803.

2. Иакареи^О.Н., Ыакарец A.B. Влияние химических добавок на влагологлощение керамзита и свойства керамзитобетона/ ВНИШКИстрой-индустрия. - Ы., 1989. - 35 с. - Дел. в ВНИИЭСЫ, « 1704.

3. Черных В.®., Ыакарец О.Н. Исследование влияния химических добавок на свойства бетона на основе керамзита/ КПИ, ИСФ. Каф. "Производство строительных изделий и конструкций". - Ы., 1989.

- 38 с. - Дел. в ВНИИЭСЫ, № 1802.

4. A.c. 1567545 СССР, ЫКИ С04 В 24/18. Комплексная добавка для бетонной смеси / Черных В.Ф., Ыакарец О.Н., Ыакарец A.B. (СССР) - 9 4389067. Заявлено 07.12.87. Опубл. 30.05.90. Бол. 9 20.

5. Черных 5.$., Ыакарец О.Н., Ыакарец A.B. Влияние комплексной добавки на водопоглощение.керамзита// Изв. СННЦ ВШ. Серия "Технические науки". - Ростов-на-Дону,. 1988. - ? 4. - С. I06-II2.

6. Ыакарец A.B., Азелицкая Р.Д., Ыакарец О.Н. Двухстадийный способ приготовления разогретой керамзитобетонной смеси поризован-ной пеной из комплексных пенообразователей// Ресурсосберегающие технологии и материалы в строительстве : Сб. трудов РИСК. - Ростов-на-Дону, 1988. - С. 3-10.

7. Ыакарец A.B., Азелицкая Р.Д., Ыакарец О.Н. Влияние химических добавок на водопоглощение керамзита и свойства керамзитобетона// Промышленность сборного железобетона : Экспресс-информация /ВНШЭСЫ. - Ы., 1989. - Серия 19, вып. 4. - С. 7-10.

8. Черных В.Ф., Ыакарец A.B., Ыакарец 0.Н. Влияние добавок на структуру и свойства мелкозернистого бетона// Изв. СКНЦ ВШ. Серия " Технические науки". - Ростов-на-Дону, 1986. -3 4.

- С. 67-70.