автореферат диссертации по строительству, 05.23.08, диссертация на тему:Технология ячеистых бетонов с использованием барханных песков и отходов обогащения флюоритовых руд с учетом факторов жаркого климата

од

На правах рукописи

С '0 1гЛ'1

БИСЕНОВ Кылышбай Алдабергенович

ТЕХНОЛОГИЯ ЯЧЕИСТЫХ БЕТОНОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ БАРХАННЫХ ПЕСКОВ

И ОТХОДОВ ОБОГАЩЕНИЯ ФЛЮОРИТОВЫХ РУД С УЧЕТОМ ФАКТОРОВ ЖАРКОГО КЛИМАТА

05.23.08 — Технология и организация промышленного и гражданского строительства

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Томск — 1995

Работа выполнена в Научно-исследовательском институте бетона и железобетона (НИИЖБ) Минстроя РФ и в Кызыл-ординском институте инженеров агропромышленного производства Министерства образования Республики Казахстан.

Научный консультант:

Академик РИА и МИА, доктор технических наук, профессор Серых Р. Л.

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Г. И. Овчаренко, доктор технических наук, профессор В. Я. Гегерь, доктор технических наук, профессор А. И. Гныря.

Ведущая организация: Акционерное общество закрытого типа «Центральный научно-исследовательский и проектно-экспериментальный институт организации, механизации и технической помощи строительству».

Защита состоится « ЛО. » октября 1995 г. в 14.00 на заседании диссертационного Совета Д 064.41.01 по защите диссертаций на соискание ученой степени доктора технических наук при Томской Государственной архитектурно-строительной академии по адресу: 634003, г. Томск, пл. Соляная, 2, корп. 5, ауд. 307.

С диссертацией можно ознакомиться е библиотеке академ ии.

Автореферат разослан « У-2. » сентября 1995 г.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные гербовой печатью, просим направлять на имя ученого секретаря диссертационного Совета.

Ученый секретарь диссертационного Совета,

кандидат технических наук

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность проблему. Ячеистому бетону принадлежит ведущая роль: а решении науадо технической; задачи по дальнейшему снижению , массы конструкций, а также экономии энергоресурсов (при отоплении) еозводимых зданий.' Применение в' строительстве различных конструкций и изделий. ,, изготовленных из ячеистого бетона, позволяет ускорить йонтаяные работа й свести к минимуму трудозатраты. ; Сырьевая базадля производства ячеистого бетона имеется практически во.всех регионах России и стран СНГ. поскольку используют. ся смеси из вяжущего и молотого песка, а также различные попутные отходы прокьшенности. ; Развитое производства ячеистых бетонов оправдано не только наличием сырьевой базы, но и тем. что в условиях жаркого климата конструкция из ячеистого бетона весьма эффективны, как экономически. . так И ; с. точки зрения обеспечения хорошего санитарного микроклимата 'внутри жилых. промышленных и.сельскохозяйственных зданий и сооружений. ■

Крокеэтого, в условиях все возрастающей ограниченности невоспроизводимых топливно-энергетических ресурсов и удорожания их добычи, развитие капитального.строительства, в частности в Республике Казахстан, тесно связано с последЬвательным усилением режима экономии катериальньи ресурсов при обеспечении высокого качества продукции и реализации экологически чистых технологических процес-. сов; При этон предусмотрено превратить ресурсосбережение-в решающий источник удовлетворения растущих потребностей промышленности, для чего необходимо комплексно использовать природные и материальные ресурсы,;шире применять воспроизводимые источники энергии, к который относится солнечная энергия. Поэтому проблема комплексного использования материальных (в том числе отходов промышленности), природных и климатических условий жарких районов а производстве ячеяс-

тых бетонов является весьма' актуальной.

Анализ отечественного ., и "зарубежного опыта'.производства и применения ячеистых бетонов показал их высокую технико-экономическую эффективность.

Увеличение объема производства и применения ячеистобетонных конструкций в странах СНГ в течение последних 30 лет происходило при непрерывном . совершенствовании технологии ячеистого бетона и конструкций из него с использованием вяжущих из' местного сырья и вторичных продуктов.производства,' ; позволяющих получать разные виды ячеистых бетонов различной плотности. ; При применении автоклавного' ячеистого бетона*для крупноразмерных конструкций на первый план были поставлены вопросы коренного совершенствования' технологии ячеистого бетона, основы которой были заложены еще в 30-е годы.

Технология ячеистых бетонов хотя и отличается от технологии плотных тяжелых бетойов, однако, в вопросе формирования прочности, цементного камня имеется иного общего.

Автором обобщен многолетний опыт исследований ученых России и стран членов СНГ на этой.основе выдвигаются практические решения повышения эффективности производства и качества ячеистобетонных изделий и конструкций.'

Всесторонний анализ исследований, выполненный автором, позволил выявить главное направление технологий ячеистых бетонов. Таким направлением является комплексное использование сырьевых материалов техногенного и природного, происхождения, а также климатических условий районов с жарким климатом в производстве ячеистых бетонов.

Настоящая работа выполнялась в соответствии с заданиями целевой комплексной научно-технической программы О.Ц.ОЭ1, ГНТП "Стройп-рогресс" Миннауки России и комплексной республиканской научно-технической программы Южно-Казахстанского отделения Национальной Ака-

демии наук республики Казахстан.

Целью диссертационной работа является разработка научно-обоснованной ресурсосберегающей экологически чистой технологии ячеистых ■бетонов с комплексным использованием сырьевых материалов техногенного и природного происхохсдешш. а также благоприятных климатических условий.районов с жарким климатом.

.Для достижения этой цели потребовалось решить следующие задачи: ' " : -

, \ - произвести анализ различных, Физико-химических процессов, происходящих'При производстве бесцементных ячеистых бетонов в зависимости; от. различна? технологических параметров;

. .'-.изыскать эффективные, активизаторы твердения тонкодисперсных .флотохвостов; :-.'•. л/ •'...- установить особенности Формирования макропористой структуры бесцементкых ячеистых бетонов на основе комплексного использования жидких и ТоНкоДйсперскьк твердых отходов обогащения флюоритових руд;.'" .• . : {' •

- разработать теологические параметры производства бесце-кенткого ячеистого бетона на основе барханных песков и .кремнеземис-. тых отходов. . обеспечивающие необходимую прочность и эксплуатациои-яые свойств: . ... . .

- установить . технико-экономическую эффективность применения газобетока:естественного твердения на барханном песке при строи-' т ;льстве малоэтажных домов;

-.Исследовать, особенности технологии получения газобетона в условиях сухого жаркого 'климата при твердении в естественных условиях н в гелнокаяерах;

- разработать рекомендации и организовать внедрение в производство рез^льта"-;в исследования.

Совокупность установленных закономерностей, теоретических обобщений технологических принципов и решений, положенных в основу рационального использования техногенных отходов и барханных песков с целью минимизации расхода товарно производимого шсущего при обеспечении требуемых эксплуатационных свойств газобетона, различного назначения. ' . ■-■■''

Научная новизна: ■/•■'

- установлено, что вследствие частичного разрушения структуры частиц кремнезема флотохвостов в процессе обогащения флюоритовых/ руд их помол до требуемой дисперсности осуществляется сб значительно меньшие энергозатратами и . риводит к сокращению до 2-х раз продолжительности доавтоклавноЯ обработки- газобетона прикаксимуие прочности на сжатие; > '' - V

- выявлено,. что при флотации в процессе обогащении флюоритовых ■ руд происходит аморфизация поверхностного слоя зерен кристаллического кварца, способствущая более полному, взаимодействию вяжущего с кремнеземистым компонентом и обеспечивавшая повышенную прочность Й долговечность газобетону; ■ •/ "". 'Г

- установлено, что совместное использование в технологическом процессе тонкомолотого шлака, щелочного стока и флотохвостов обогащения флюоритовых руд в технологии бесцементнцх ячеистых .бетонов с заданными физйко-механическими свойствами повышает коэффициент ис-,пользования порообразователя на 10 ...20 % ;

- установленные технологические принципы получения .бесцементного неавтоклавного ячеистого бетона с предельной минимизацией его усадки в процессе образования затвердевшей структуры, вследствии . использования эффекта полимеризации кремниевой кислоты на поверхности частиц кремнеземистого компонента при избыточном давлении

- г -

0Д5. 0,20 НПа. температуре 300.., 320 °С и продолжительности изотермической выдержи, в несколько раз меньшей по сравнению с существующий технологиями автоклавных материалов;

- установлешше основные закономерности формирования макропористой структуры ячеистых бетонов на основе барханных песков при гэйютермообработке в условиях , сухого юркого климата.

Практическое значение работы и'реализация-ее результатов:

- разработаны инженерные методы .определения технологических Параметров производства ячеистых бетонов как в заводских условиях, так и. в "условиях строительной площадки, применительно к сырьевой базе и климату.' характерному для ю;кных регионов СНГ;

- разработана технология - изготовления конструкционно-теплоизоляционного газобетона в районах сухого жаркого климата с гелио-теркобработкой их -в теплоаккумулирующих гелиокамерах однорядной загрузки, позволяющая существенно сократить расход тепловой энергии;

- материалы диссертационной работы используются при подготовке специалистов строительного профиля в Кызылординском институте инженеров агропромышленного.производства;'

- результаты работы использованы для внедрения в научно-иссле-

■ I

довательском, проектно-конструкторском и технологическом институте бетона и железобетона '(НИИЖБ). проектном институте "Кызылордаагроп-ромпроект" Министерства сельского хозяйства Республики Казахстан;

- разработанная технология в ее различных вариантах освоена строительными- организациями Южного Казахстана - Чардаринским комбинатом строительных материалов и Кызылординским ПО "Стройматериалы", ГА0 "Южнефтегаз".

Апробация работы.

Основные научные результаты работы доложены на:

- Республиканской конференции "Проблемы .повышения ' эффективности капитального строительства" (г.Алматы. 1983):

- V Республиканской конференции "Долговечность конструкции из автоклавных бетонов" (г.Таллин. 1984):

- Региональной конференции "Композиционные строительные материалы с использованием отходов промышленности" (г.Пенза, 1984):

- Всесоюзной конференции "Безотходные технологии и использование вторичных продуктов и отходов в промышленности строительных материалов" (п.Красково, 1985);

- Всесовзнсй конференции "Пути эффективности использования промышленных отходов в производстве строительных материалов" (г.И&мкент. 1986): - ; •;

-VI Республиканской конференции "Долговечность строительных конструкций" (г.Ташшн. 1987):

- Республиканской конференции "Научно-технический прогресс в технологии строительных материалов" (г.Алматы. 1,991):

- Республиканской конференции посвященной проблемам развития производительных сил Юадого Казахстана (г.Шымкент. 1993).

' - Международной научно-практической конференции "Экология и природопользование" (г.Москва. 1995).

Основные научные результаты работы опубликованы в зо печатных работах, в т.ч.. в монографии объемом 7.5 п.л., учебном пособии для студентов вузов: в нормативных документах.

Основные исследования по работе выполняли в лаборатории ячеистых бетонов и конструкций, в лаборатории физико-химических исследований бетонов и лаборатории экономических исследований Ордена Трудового Красного Знамени Научно-исследовательского, проектно-конс-трукторского и технологического института бетона и железобетона (НИИЖБ). и в лабораторий строительных материалов и конструкций

Кызылординского института инженеров агропроишленного производства . Министерства образования Республики Казахстан. Об^итесертании,,

Работа состоит из введения. 8-и глав, основных выводов, списка литературы (226 наименований) и приложения. Общий объем диссертации 368 страниц машинописного текста, в том числе 82 таблицы, 84 рисунков. В приложении приведены акты производственного внедрения.

Основной содержание работы.

• Анализ эффективности применения ячеистых бетонов в капитальном строительстве ставит конкретные задачи перед строительной наукой и. практикой по обеспечение строительства высокоэффективными, надежными и долговечными конструкциям» путем разработки ресурсосберегающей технологии производства новых разновидностей ячеистых бетонов с использованием сырьевых материалов природного и техногенного проис-. хождения.

В основу теоретических и зксперинентальных разработок по производству и применению ячеистых бетонов с использованием сырьевых материалов техногенного и природного происхождения. а также условий районов с варким климатом положена рабочая гипотеза: если использовать при определенных условиях тепловой обработки сырьевые материалы техногенного и природного происхождения,, то путем моделирования и оптимизации режимов и:услов:.Я твердения можно изготавливать высо-" коэффективные ячеистые бетоны с заданными свойствами.

Известно., что любой! технологический процесс начинается б выбора и подготовки исходного сырья или полуфабри- чта. Это положение справедливо и для ячеисть» Сетонов.

Никакой технологический; прием не может в такой степени повлиять на свойства бетона1,, какое, оказывает исходное сырье. Поэтому в работе уделено большое- внимание комплексным исследованиям; влияния

основного вяжущего и различного кремнеземистого сырья на, структуру и свойства ячеистого бетона. Комплексные исследования включили определение основных свойств ячеистого бетона- прочность на осевое сжатие и растяжение при изгибе, а также морозо- и тревдностойкость. определение основных физико-механических свойств проводили по методикам ГОСТ-ов.^'Щзледовались свойства различных кремнеземистых компонентов природного и техногенного происхождения, характеризующихся достаточной распространенностью и масштабностью запасов.

Проблема совершенствования технологии ячеистых бетонов р работе рассматривается на примере использования "сырьевых материалов техногенного ' и ' природного происхождения имеющихся в Южно-Казахстанском регионе Республики Казахстан. При этом отмечается, что производство ячеистых бетонов на основе вышеуказанных сырьевых иатери-алов предложено автором в начале 80-х годов.

В работе показано, что технический уровень действующих предприятий по производству ячеистых бетонов не отр^чает требованиям современной строительной индустрии, что ставит под сомнение экономическую целесообразность и конкурентоспособность применения ячеистых -бетонов. • '

Рассматривая основные пути совершенствования'технологии ячеистых бетонов, автор использовал собственные разработки по созданию' и применению ячеистых бетонов на основе различных техногенных продуктов промышленности.

В настоящей работе наряду с традиционными вяжущими использовано вяжущее на основе жидких и твердых отходов обогащения флюорито-вых руд и шлака.

Особого внимания заслуживает перспективность использования твердых тонкодисперсных отходов (флотохвостов) обогащения флюорито-вых руд.

- и -

Кошмексныни физико-химическими исследованиями установлено, . что флотохвосты заметно отличаются по химико-минералогическое и гранулометрическому составу, структуре аналогичных кремнеземистых компонентов, • применяемых в производстве ячеистых бетонов. = В данной работе в качестве кремнеземистого компонента для получения газобетонов были использованы тонкодисперсные кремнеземистые отходы обогащения флюорктовых руд (флотохвосты). Флотохвосты обладают повы-< шенной активность» по сравнению с кварцевым песком в условиях тепловой обработки. Повышенная активность флотохвостов обусловлена на, личием на-их поверхности амортизированных слоев,- образовавшихся в процессе'флотации. /

На основании анализа опубликованных исследований, а также результатов физико-химических свойств отходов была выявлена возможность комплексного использования жидких и твердых- отходов обогащэ-кия флюоритозых руд в технолога! бесцементкых газобетонов.

Для выполнения экспериментальных исследований в качестве сырь- . евих материалов были использованы:, жидкие (щелочные-стоки) и твердые (флотохвосты) отходы обогащения Флворитовых руд, гранулированные доменные и электротермофосфорные шлакй, а-такае портландцемент, • известь, алюминиевая пудра. • ,

Щелочной сток представляет собой искусственный щелочной раствор 3-5Х-ной концентрации, cor ^жащий в своем составе 30 г/л оксида •натрия и около 2 г/л оксида калия; его плотность-при температуре' Ь'С равна 1050 кг/м3. при рН-12.

Флотохвосты имели следующий состав: s,r>2 -76,35%; Fe203 ' -1.05%; А1г03-13,31%; СаО-1Д535; MgO-0,16Й; SÖ3-0",3№. KZ0-2.655S; fta20-4,75%; п. п. п.-0,6555.

По гранулометрическому составу флотохвосты сходны с особо мелкозернисты»! песками -и характеризуются • насыпной плотностью

1380-1500.кг/м3, плотностью 2660-2680 кг/м3 (по ГОСТ 8269). Петрографический анализ флотохвостоз показал, что в их составе имеется кварц, полевой шпат, а также в незначительном количестве присутствует флюорит.

Изготовление ячеистого бетона с использованием отходов обогащения флюоритовых руд выполнялось в соответствии с рекомендациями СН 277. Технологические параметры изготовления.бесцементного газобетона на основе жидких и твердых отходов обогащения флюоритовых руд были определены в настоящей работе.

Высокое содержание диоксида кремния (до 70-80Я) создает предпосылку для применения ¡к в качестве кремнеземистого компонента. Исследования, проведенные в последнее время, показали, что химическое взаимодействие флотохвостов с вяжущим и водой увеличивается по мере возрастания дисперсности флотохвостов. При этом следует отметить. что ври обогащении флюоратовые руды подвергаются дроблению, измельчению в шаровых мельницах и проходят предварительную обработку в щелочной среде. Поэтому флотохвосты теют значительные дефекты в структуре, вызванные процессами флотации. Таким образом Флотохвосты были активизированы в процессе измельчения еще на стадии обогащения флюоритовых руд, в следствие этого они размалываются в 2 раза быстрее кварцевых песков (до требуемой дисперсности). Тем самым повышается производительность помольных агрегатов при измельчении флотохвостов на 25-30%, используется меньшее количество мелющих тел-шаров и снижается расход электроэнергии.

Технологический процесс подбора оптимального соотношения между компонентами сырьевой смеси проводили с применением математических методов планирования экспериментов. При этом одним из переменных технологических факторов было отношение массы флотохвостов к массе вяжущего, а вторым - соотношение между компонентами вяжущего (из-

вестью и цементом).

После статистической обработки результатов экспериментов получены количественные зависимости прочности и плотности от соотношений между компонентами сырьевой смеси. На основания анализа полученных зависимостей определены оптимальные составы, которые приведены в, табл. 1.

Таблица 1.

Оптимальные составы газобетона плотностью 700 кг/и3 на основе флотохвостов

' м Исходные данные Расход материалов в кг на 1 н3

сос для расчета бетона

та-

ва С П. В/Т це- изве хвое вода алюминие- К*.

мент сть ты вая пудра МПа

1 0.75 0.05 0.45 342 13 270 284 0.415 6.0

2 1,00 0,05 0,45 300 15 315 234 0.415 7,0

3 1,25 0,05 0,45 266 14 350. 284 0,415 6.5

<1 • 1,50 0,05 0.45 240 12 380 284 0,415 5.8

5 ".75 0,05 0;45 220 12 406 284 0.415 5.5

Для получения газобетона на цементе плотностью 700 кг/м3 и. точностью на сжатии 5.0 МПа, оптимальными следует считать'составы с соотношением ФЛотохвосты: цемент, равным соответственно 1.5 и 1,75 но массе при удельной поверхности .флотохвостов. равной 2500 «мг/г. Более высокое соотношение флотохвостов и вяжущим (С) по сравнению с соотношением песка и вяжущего обьясняется тем.что фло-тохвэсты обладаю? более высокой активностью. Одной из причин актив-

ности флотохвостов является наличие аморфизирозанного слоя на поверхности кристаллического кварца, образовавшегося в' процессе флотации. В условиях гидротермальной обработки, ' благодаря наличию аморфизированного слоя на поверхности кварца, видимо, происходит более полное взаимодействие продуктов гидратации цемента с кремнеземистым компонентом, вследствие чего.образуются низкоосковныз гидросиликаты кальция типа СБН (В) и тоберморит.

В работе приведены результаты исследований физйко-иехакических свойств газобетона на основе традиционных вяжущих с использованием флотохвостов. Газобетон на.основе Флотохвостов, по физико-механическим свойствам не отличается от традиционных газобетонов., а по некоторым даже превосходит их что дает основание применять их в несуда и ограздаандах конструкциях.

Следующей задачей диссертационной работы являлось г.олучение бесценеитного газобетона на- основе . эддких и тверда отходов обогащения флюоритовых руд- с применением эффективных актизиааторэв твердения.

При этом в качестве кремнеземистого когигонента били использованы флотохвосты. В качестве компонента вянущего была предпринята попытка использовать жидкие отходы обогащения флюоритовых руд: ,

На первом этапе технологические исследования проводились на плотных образцах, которые готовились из растворной смеси на основе Флотохвостов-и щелочного стока с низким стокотвердым отношением С/Т (0.20-0.25). Твердение образцов производилось в автоклаве пб реаиму 2+8+3 ч. изотермическая выдержка проводилась при 0.8 МПа и тешера-туре 174°С. •

Исследования показали, что прочность автоклавного композиционного материала можно значительно повысить за счет введения в с»став бетона тонкомолотого гранулированного шлака-

Наибольшая прочность материала (100-150 МПа) достигается с применением электротермофосфорного шлака при соотношении между шлаком и кремнеземистым компонентом от 1 до 1,5.

Подбор рациональной композиции исходных компонентов, обеспечивающих получение раствора необходимой прочности на основе флотох-востов, щелочного стока и шлака, создает основу для получения межпустотного материала бесцементного газобетона. Основным условием Технологического процесса формирования пористой структуры газобетона является согласованность газообразования и нарастания пластической прочности смеси.

Реологические характеристики газобетонной смеси были определены в зависимости от ее температуры, а такта от расхода и температуры, щелочного стока. Среди этих технологических факторов Еажкое значение имеет количество щелочного стока, от которого зависит с одной стороны, пластическая прочность, а с другой, устойчивость газобетонной смеси. Количество щелочного стока (3-5%-ной концентрации), обеспечивающее необходимую пластическую прочность и устойчивость газобетонной смеси, составила 37-45% от массы сухих компонентов, а температура смеси 40*5 °С.

■ Бесцементный газобетон, приготовленный на основе жидких и твердых отводов с применением шлака, является новой разновидности ' ячеистого бетона, для которого значения коэффициента использован-■ порообразователя до сих пор еще не определялось. Поэтому в наст: щ;й работе получены значения коэффициента использования порообра;-вателя в зависимости от технологических факторов. От этого коздс,: • циента использования порообразователя зависит качество макропористой структуры ячеистого бетона, которая оказывает влияние на ко-механические свойства, и, в первую очередь, на прочность я-::: того бетона. Наибольшие значения прочности газобетона (более

4,0 ЬШ, при плотности 700 кг/м3) были получены, когда коэффициент использования порообразователя был более 0,8, что согласуется с аналогичной зависимостью для цементных ячеистых бетонов.

Таким образом, на основании экспериментальных исследований определены технологические параметры (текучесть, расход к температура щелочного стока, коэффициент использования порообразователя), обеспечивающие возможность получения бесцементного газобетона, характеризующегося достаточно высокой прочностью и заданной плотностью. Было установлено, что наибольшее влияние на прочность и плотность бесцементного газобетона оказывает содержание извести и щелочного стока. • :

На рис. 1 приведена обобщс .ная графическая зависимость прочности и плотности бесцементного газобетона от содержания извести и щелочного стока.

Q g / * -1 | 1 -Ss3

'о, 32 0,37 0,42 0,48 0,53 0,69 0,64

Рис. 1. Зависимость прочности и плотности бесцементного газобетона от содержания извести и щелочного стока (шлак шымкентский).

Анализируя полученную картину, и ото отметить, что максимальное значение прочности при плотности 800 кг/м3 составляет 7,0 КПа, Такое значение прочности достигнуто при С/Т=0.64 и содержании СаО 0.8%. В ходе исследований, выполненных ранее, было установлено содержание щелочного стока и извести из условия обеспечения качественной макропористой структуры газобетона и рациональной, продолжительности выдержки газобетонной смеси перед тепловой обработкой.

При С/Т=0.59-0.64 и содержании СаО 0,8% ячеистые бетоны требуют- длительной выдержки перед тепловой обработкой, что существенно удлиняет технологический процесс и приводит к увеличению количества требуемых форм и производственных площадей. В связи с этим сокращение продолжительности выдержки газобетонов до запаривания имеет существенное значение.

В результате проведенных исследований были определены опти-. мальные составы бесцементного газобетона, . изготовленного на основе жидких и твердых отходов обогащения Флюоритовых руд с использозани-ем доменного (М0>1) й эгзктротермофосфорного шлака.

Состава конструкционно-теплоизоляционного бесцементного газобетона приведени е табл.2. ' . •

Наиболее технологически оправданное содержание щелочного стока И извести о точки зрения обеспечения необходимой прочности (5,0 МПа при плотности 800КГ/М3) находится в пределах С/Т*0,45 и 1,5+2,5% СаО. В этом случае достигается, сокращения продолжительности доав-' тиклавной выдержки в 2-3 раза.

Для каадого приведенного в табл. 2. состав-, были определены показатели плотности, пористости, прочности, усадки при высыхании. Кроме того, для оптимальных составов были определены показатели стойкости (морозостойкость, стойкость при циклическом увлажне-нии-высушив-нии, при карбонизации).

Таблица 2.

Оптимальные составы бесцементного газобетона.

н/и

сос та-вов

Расчетная плотность бетона

Расход материалов в кг на 1 м3 бетона

флотохвосты

шлак

известь

х) щелочной сток

алюминиевая пудра

700 800 900

255 275 320

367 450 500

12.5 14.5 16.5

290 305 343

0,400 0,370 0,340

х)-щелочной сток с плотностью 1050 кг/м3. Из результатов приведенных в табл.3. видно, что показатели плотности, величины усадочных деформаций газобетона, изготовленного с применением флотохвостов, шлаков и щелочного с"жа удовлетворяют требованиям, предъявляемым ГОСТ 25485 к ячеистым бетонам.

Таблица з.

• Физико-механические свойства бесцементного газобетона.

Плотность кг/м3 Прочность(МПа)при Призыен-ная проч ность, МПа Усадка т/и Пористость % Начальный модуль упругости мпа'

сжатий растяжении и изгибе

700 4.50 1.13 3.2 0,44 70,3 ., 2630

800 6.00 1,64 4.3 0.52 68,5 2925

900 ______ 7,50 ■ 1.86 5,1 . 0,60 65,2 3240

По показателям прочности бесцекентный газобетон находится на уровне ячеистых бетонов на традиционных вяжущих, выпускаемых в настоящее время заводами ячеистых бетонов в странах СНГ.

Призмешш прочность бесцементного газобетона колеблется в пределах 0.7-0.8 от прочности на сжатие. Подбор технологических параметров позволил получить бесцементный газобетон на основе жидких, твердых отходов обогащения флюоритовых руд и шлака с усадочными деформациями, удовлетворяющими требованиям нормативных документов.

. Наиболее высокие коэффициенты стойкости газобетона на основе щелочного стока, флотохвостов и шлака показали, что этот материал обладает достаточной стойкостью при попеременном замораживании-оттаивании и вполне удовлетворяют требованиям нормативных документов для применения его в ограждающих конструкциях. Коэффициент морозостойкости после 35 циклов попеременного замораживания-оттаивания равнялся 0,86.

■ За счет применения.автоклавной обработки изделий и наличия ¡иогообразного местного сырья,' были созданы предпосылки для разработки. и применения новой номенклатуры ячеистых бетонов. Поэтому быстрый рост производства ячеистобетонных'изделий за последние годы-обусловлен использованием недефицитиого сырья природного и техногенного происхождения, надежностью и относительной простотой технологии. позволяющей из одного •» того же сырья за счет изменения степени поризаади бетона получать ячеистый бетон плотностью в диапазона 300+1200 кг/к3 и прочностью на сжатие 1.0+20 КПа при высоком качестве и низкой стоимости.

Для решения поставленных задач необходимо создание на базе последних достижений науки и техники новых эффективных ячеистых бетонов из сырья природного и техногенного происхождения на основе ресурсосберзгающ« технологий.

С этой точки зрения серьезного внимания заслуживает возможность использования кремнеземистого сырья природного и техногенного' происхождения (барханные пески и флатохвосты), а также различных щелочных компонентов в технологии бесцементных ячеистых бетонов.

В соответствии с поставленной целью, в работе были решены следующие задачи:

- установлены составы газобетонных смесей, обеспечивающих необходимую прочность меяпоровых перегородок бесцементного газобетона неавтоклавного твердения на основе кремнеземистого сырья;

- определены условия, способствующие улучшению качества Сссца-ментного газобетона в зависимости от основных технологический параметров;

- разработаны режимы термообработки, обеспечивающие получение газобетона высокого качества;

- установлены основные технологические параметры бэсцементного газобетона неавтоклавного твердения на основе кремнеземистого сырья естественного и техногенного происхоадения. -

Для выполнения экспериментальная исследований были использованы: пески (кварцевые и барханные), флотохвосты. В качестве щелочного актнвизатора использовались натриевое жидкое стекло по ГОСТ 13078-6? и натрий едкий технический по ГОСТ 11078-78. В качестве порообразователя применялся ферросицилий марок ФС-65 и ФС-75.

При исследовании были .прикати во внимание следующие технологические факторы, управляя которыш можно воздействовать на кинетику роста пластической прочности газобетонной смеси: водотвердое отношение. величина удельной поверхности составляющих, кинетика газообразования и расход щелочного компонента.

Исследования проводили со смесями для получения конструкционно-теплоизоляционного газобетона плотностью 800 кг/м3. Было уста-

иовлено, что увеличение водотвердого отношения по сравнен!!" с рациональным приводит к снижению прочности бетона из-за увеличения пористости образцов. Снижение из водотвердого отношения вследствие того, что недостаток гадкой фазы при изготовления газобетонной смеси сказывается на равномерности распределения пор, также уменьшает его прочность. 1

Были установлены допустимые пределы Б/Т, при которых обеспечивается оптимальный процесс структурообразования и требуемая прочность.

Одной из характерных особенностей технологии ячеистого бетона является использование исходных составляющих в тонкодисперсном состоянии.. Это необходимо для обеспечения устойчивости ячеистобетонной смеси на ранней стадии, а также ускорения взаимодействия кремнеземистого компонента с вяжущим в процессе тепловой обработки.

Было установлено, что прочность бесцементных ячеистых бетонов с увеличением' удельной поверхности кремнеземистых компонентов повышается. Наиболее высок?! прочность ячеистого бетона получается при использовании кремнеземистых компонентов с удельной поверхность» 2500-3000 СМг/Г. , ' , ' "

Выбор вида газообразователя явился самым принципиальным вопросом в технологии получения бесцементного газобетона так как традиционный газообразователь - алгминиевая пудра в растворе щелочи реагирует с очень большой скоростью. Применение замедлителей газообра-' зования положительного результата не дало.

Поэтому в предлагаемой технологии в качестве газообразователя использовали ферросилиций-раскислитель, применяемый в металлургической промышленности.

При использовании данного, газообразователя процесс газообразования протекает в очень медленном-темпе, начало газовыделения сме-

щено от момента смешивания компонентов на 35-40 мин., что обеспечивает нормальный технологический ре&им приготовления газобетона.

Бесцементный газобетон, приготовленный на основе кремнеземистого сырья и щелочного активизатора, поризованный ферросилицием, является новой разновидностью ячеистого бетона.

Технологический процесс подбора оптимального соотношения гнезду компонентами сырьевой смеси проводили с применением математических методов планирования экспериментов. После статистической обработки результатов экспериментов получены количественные зависимости прочности и платности от соотношений мезду компонентами сырьевой снеси. На основании- анализа полученных зависимостей определены составы, которые приведены в табл.4.

Таблица 4.

Оптимальные составы конструкционно-теплоизоляционного бесцементного газобетона плотностью 800 кг/м3.

N Вид кремнеземис Расход иа1 гериалов, %

сос- того компонента кремнеземистый- щелочная ферро- В/Т

тава компонент* добавка силиций

1. Кварцевый песок 89 6 5 0,29

2. Флотохвосты 92 3 ■ 5 0,29

3. Барханный песок 81 14 5 0,27

«-Удельная поверхность кремнеземистых компонентов 2500-3000 см2/г

Таким образом, на основании экспериментальных исследований определены технологические параметры (В/Т, расход основных составляющих и их дисперсность, вид и количество газообразователя), обеспе-

чивающке возможность получеЕШя бесцемеятного газобетона, характеризующегося достаточно высокой прочностью к заданной плотность».

Тепловая обработка - наиболее отзетственкш этап в ' технолога* изготовления сесцекенткнх ячеастах бетоксз. она. формирует требуемкз сзсйстза ячеистого бетона и его качество.

В результате проведенных исследований была доказала воэпоз-ность твердения беенемэятгшх ячеистых бетонов & яеавтоклааншс условиях. Прячем в условиях автоклавной обработка наследуемые скстеку обладает значительно низкими физкко-иехашческики характеристиками, чек при безазтоклавнок твердении.

Таким образом, к числу важнейших зспросов технологии изготовления бесце&ентных ячеистых бетонов по безавтоклавной технологии следует отнести установление рациональных ренинов твердения, характеризующие как технико-эконокаческув эффективность производства бесцементных ячеистых бетонов, так и их надежность и долговечность.

Было установлено, что з условиях тепловой обработки при высоких температурах и низких давлениях, в присутствии щелочного акта-Ейзатора. кремнеземистые сестеки образует структуры за счет полимеризации хрейнеш¡слота с переходом ее в кварц. Щелочной .компонент необразует щелочных гидросцлакагов, а является акткзизатором поверхности частиц коллоидной дисперсности и катализатором реакций полимеризации. Изменяя количество щелочного компонента и температуру тепловой обработки кодао в широких пределах управлять физико-изха-шческими свойствами бетонов на основе кремнеземистого сырья. Врз-т изотермической выдержки не оказывает существенного влияния на прочность бетона, а увеличение давления свыае о'педеленных пределов сказывается отрицательно.

Физико-механические свойства ячеистых бесцементных бетонов зависят от ряда технологических факторов, основными из которых явяя-

ютеа: оптимальный по прочности состав бетона, при которой достигается наибольшая прочность материалов меяпоровых перегородок; равномерно распределенная и малодефектная пористая структура материала с плотной упаковкой пор различных диаметров и обеспечения оптимальных размеров межпоровых перегородок, исключающих концентрацию напряжений; оптимальная тепловая обработка изделий, обеспечивающая полноту протекания химических реакций между компонентами ячеистого бетона и исключающая деструктивные процессы в период твердения материала.

Прочностные показатели бесцементных ячеистых бетоне© изучали на составах из различных видов кремнеземистого сырья; пески кварцевые молотые в барханные, флотохвоста. Установлено, что наибольшей прочностью при прочих равных у повиях обладает гааобето» на базе чистого кварцевого молотого песка. При это» относияельаый показатель. прочности на изгиб к прочности на сжатие- беещрмшгных неавтоклавных батонов в раза превышает этот показатель дая традацаон-ных ячеистых бетонов. ' ' ~

Исследования морозостойкости Весцемштногс газобетона показали. чяго> этот материал обладает достаточной стойкостью при переменной замораадашга-оттаивакий и впоже удовлетворяет требованиям нормативных документов. -

Ори? исследованиях на шелотеетгайкооть бесцементный газобетон подвергался! воздействию 10%-ной и концентрировашой серкой кислоты. За) критерий стойкости была принята потеря прочности при сжатии после' пребывания образцов в агрессивной среде в течение 28 сут. Установлено',. что бесцементный газобетон! на молотом песке при обработке кислотой теряет около 20% прочности.

Значения- показателей! теплопроводности' ¡г паропрояицаеиостк определяли' для: бесцеменгашГО' газобетона- плотностью 800-1000 кг/м3. Теплопроводность, и/ паропроницаемость бесцементного ячеистого бетона

удовлетворяет требованиям, предъявляемым нормтквнймя документами к ячеистому бетону на традиционных вяяущих. По основным физй«»-меха-ничесхим характеристикам босцэментнне ячеистые бегошы. отвечают ■требованиям ГОСТ 254.85-89 "Бетоны ячеистые. Технический условия", а по некоторым характеристикам (усадка, кислотостойкость, относительный показатель прочности ка изгиб к прочности на скатив) даже превосходят. ■ ' < ■

Известен большой обьем отечественных и зарубежных исследований, посвященных определению возможности производства высококачественных плотных и ячеистых бетонов на основе полиминеральных песков и кварцевых песков с различным содержанием одного, или нескольких минералов. В большинстве работ указывается на низкие эксплуатационные свойства бетонов на барханных песках и сложность получения вы-сокачественного ячеистого бетона существующими технологическими способа!.®..

Развитие науки о ячеистом бетоне позволяет наметить новые технологические пути решения проблемы изготовления газобетона на барханных песках. Эти пути базируются на экспериментальные данные о механизме твердения газобетона на барханном песке в .естественных, условиях .сухого тарного климата и внявленнув зависимость прочности и плотно ст.. газобетона от продолжительности твердения.

На протяжении ряда лет многими исследователями ведется поиск новых ресурсосберегающих технологии производства ячеистых бетонов, преследующих цель повышения их эффективности, снижения энергозатрат и затрат сырья на их производство.

Вместе с тем вопросы применения барханных' песков для производства газобетона естественного твердения, а такяз возможности применения его непосредственно в монолитных наружных и внутренних стевдх малоэтажных домов в условиях строительной площадки не изуче-

ны и требуют обстоятельного исследования.

В качестве кремнеземистого компонента использован" барханный песок двух месторождений Кызылордшской области. Барханные пески этих месторождений отличаются от кварцевых большим содержанием СаО. MgO, A.1Z03 и Fe203. Кроме того, в составе барханных песков около 3% На20, который входит в состав полевых шпатов. Минералогический состав использованных в работе барханных песков, представлен, в основном кварцем - 50-70%, полевым шпатом - 15-18% и карбонатом кальция - 4-1855. Запасы таких барханных песков в этом регионе неограннчены, а месторождение выгодно для строительства малоэтажных зданий из монолитного газобетона.

Подбор составов монолитно з газобетона на.барханном песке естественного твердения осуществляли с применением математических методов планирования экспериментов и ЭВМ по специальным программам. При подборе составов ставили целью получить монолитный газобетон с плотностью ' 1200 кг'/н3 и классом ■ (маркой) по прочности В1,5(М25)..,В3.5(М50). В качестве критерия оптимизации принимали величину стоимости 1м2 стены из монолитного газобетона при обеспечении требуемой прочности.

В результате были выбраны оптимальные составы монолитного газобетона D1200, которые представлены в табл. 5.

Экспериментально установлено, что зависимость предела прочности монолитного газобетона при сжатии в интервале времени от 7 до 365 суток естественного твердения в условиях строительной площадки описывается зависимость»: '

R - 1,646 - Lnt - 0,7 . Ша

Данная зависимость позволяет определять прочность монолитного газобетона в различные сроки твердения. Результаты изучения морозостойкости газобетона на барханном песке показали, что газобетон

Таблица 5.

Оптимальные составы монолитного газобетона

Класс по Расход компонентов в кг на 1 м?- газобетона

прочности цемент барханный алюминиевая вода

песок пудра (ВЛ)'

В1.5 250 850 0,45 280(0.2?)

В2,5 300 300 0,46 . ■ 300(0,28)

В3,5 390 700 0,41 330(0.29)

различных классов по прочности от В1.5 до 33,5 выдерживает 35 циклов попеременного замораживания и оттаивания с коэффициентом морозостойкости. равным 1.

Усадочные деформации газобетона пт высыхании исследовали в лабораторных условиях на образцах размером 10x10x40 см и в условиях строительной площадки яа монолитных стенах опытного дома, на которых в период исследований не было установлено перекрытие. На наружные и внутренние поверхности стен с различной ориентацией их по

, сторонам • света бит установлены реперы на расстоянии друг от друга «

50 см на глубину 5 си. Деформацию усадки замеряли переносным дефор-мометром, снабженным индикатором часового типа е.деной делений 0,01 км.

Установлено, что усадка в значительной степени зависит от масштабного фактора. В стенах из газобетона усадочные деформации оказались значительно (в 4,5 раза) меньшими, чем а лабораторных образцах. Так. в возрасте 60 сут естественного твердения при влажности 8%- усадка газобетона в стенах на наружных поверхностях составила в среднем 0.49 мм/м, тогда как в лабораторных образцах - 2.2 мм/м.

Следуег отметить, что наибольшую усадку 0,55 мм/м имеет газобетон на южной стене, несколько меньшую' - 0,49 мм/м на западной стене и наименьшую - 0.43 мм/м на северной стене. Это можно объяснить более продолжительным действием солнечной радиации на валу» стену, при которой температура ее наружной поверхности в период измерения была наибольшей.

Также следует отметить, что величина усадки на внутренних поверхностях •стен была меньше, чем на наружных. Так на южной стене на ее внутренней поверхности усадка составила только 0,19 мм/м, что в 2.8 раза меньше, чем на наружной поверхности. Это также можно объяснить меньшей температурой внутренней поверхности стены и меньшим ветровым воздействием, что предопределяет меньшую скорость сушки газобетона. .

Объектом экспериментального строительства был выбран одноэтажный .2-квартирный дом с 3-комнатаыш квартир-^ми по проекту 181-25-11:87, разработанный проектным институтом "Кызылордаагроп-ромпроект".'• ■'.

В процессе экспериментального строительства отрабатывалась технология приготовления и укладки газобетонной смеси в опалубку с помощь» имеющихся на стройплощадке .механизмов, которые используют •при возведении монолитных стен из керамзитобетона.

Возведение монолитных наружных и внутренних стен осуществлялось путем заливки.газобетоннйй смеси в сборно-разборную крупнопг-товую опалубку из водостойкой фанеры..

Газобетонную с^есь приготавливали на стройплощадке непосредственно около возводимого дома путем,. перемешивания в смесителе принудительного действия цемента, барханного песка, воды и алюминиевой пудры.

Состав газобетонной смеси был назначен ь учетом требования

проекта 181-25-75-М:'87 к стеновому материалу, обеспечивающему класс по прочности бетона ВЗ,5(М50). Использовали портландцемент ■ К400 шшкентского це;,¡завода и барханный песок Тас-Бугетского месторождения с М*048. Был применен следующий технологический прием: вначале в работающий смесительный механизм подавали часть барханного песка,' часть води и весь цемент; смесь перемешвали в течение 3-5 кин; затем лодава/м оставшуюся часть барханного песка и оставшуюся часть воды, и смесь еще перемешивали в течение 2-3 мин.

Укладку смеси в опалубку осуществляли послойно по периметру дома с высотой слоя 0,3-0,5 м. Последующий слой стоп укладывали на предыдущий после ее вспучивания и набора необходимой пластической прочности. .Средняя температура газсбзтониой смеси после ее приготовления составляла 30-35°С при средней температура окружающего воздуха 40-42®С, В этих условиях продолжительность вспучивания. смеси составляла 20-30 мин, •прирост объема смесй-20-25%', продолжительность ввдерживания каждого предыдущего слоя смеси до укладки на нее последующего - 2,5-3 ч.

Распалубку стек произвели через одни сутки после окончания бетонирования. Поверхность стен имела слитную структуру без раковин, околов я трегщш. В течете 7 сут после распалубки осуществляли уход за поверхность» стен.

Одновременно с заливкой смеси в сгшубку из производственных замесов изготавливали образцы-спутники размером 10x10x10 си и испытывали их в различны© сроки естественного твердения. Образца хранили в условиях, шслшающих их интенашую- сушку.

Исшгаяия образцов из производственных замесов подтвердили вывода о той, что газобетон естественного твердения, с течением времени интенсивно набирает прочность. Поме 7, и и 28 суток твердения в естественных условиях предел прочности образцов при сжатии состави-

ло соответствзаяс, ' 52. 4,80 и 6.12 Müs при плотности (после 28 сух твердекая) 1240 кг/м ■

На основании зксць. .'ментальных исследовшай произведен расчет технико-экономической эффективности применения газобетона естественного твердения в ¡-юколитаых стенах одкозтаккых надых донов, доказывающий целесообразность замены керамзитобетона "ка монолитяыЗ газобетон, изготовленный из местных барханных песков.

В связи с уменьшением -запасов невоспроизводимых топливно-энергетических ресурсов, усложнением и удороаанием их добычи, а таказ с критической экологической обстановкой для районов. с сухим . -аарким климатом, "огромное значение приобретает проблема широкомасштабного использования солнечной энергии в различных областях промышленности и строительства, и особенно при производстве бетонных работ.

Из общего расхода энергоресурсов, приходящихся на строительство. фактические расходы топливно-энергетических ресурсов даже в районах с благоприятными условиями применения солнечной энергии для теплового ускорения, твердения бетона составляют 3555 из общего расхода энергоресурсов. Тепловое воздействие на твердеющий бетой в установках- для тепловлажностной обработки бетона ка предприятиях с ^¡индустрии -осуществляется, как правило. при температуре 70-90°С. В области этих температур происходит п пряной нагрев бетона солнечной радиацией. Доступность получения теплоты в гелиоустановках позволяет использовать энергию солнца для тепловой обработк" бетона в районах жаркого климата, особенно богатых солнечной энергией.

Гелмотермообработка изделий в формах- со светопрозрачныыи теплоизолирующими покрытиями. Хотя в настоящее время и внедрена достаточно широко на предприятиях сборного железобетона в условиях жаркого климата, однако она рекомендована и применяется при изготовле-

нки изделий из тяжелого бетона.

Для ячеистых бетонов в условиях сухого жаркого климата наибо-• лее эффективной была бы такая гелиотермообработка, при которой процессы формирования их макропористой структуры и нарастания пластической прочности сопровождались бы одновременным приобретением бетоном бездефектной структуры, требуемой прочности и плотности.

Изучение зопрссов использования солнечной энергии для тепловой обработки железобетонных изделий, обобщение производственного опыта гелиотермообработки, анализ существующих гелиоформ, гелиокамер и гелиоустановок, рассмотрение особенностей твердения и формирования структуры и свойств конструкционно-теплоизоляционного газобетона позволили предположить, что геднотермсобработку изделий из газобетона, при которой прогреваемые в форме изделия выполняют Функции гелиоприеиника» а твердеащий бетон является поглощающим и аккумулирующим элементом, целесообразно производить в теплоаккумулирующих гелиоканерах однорядной загрузки, которые позволяют уменьшить. теп-лопотеря бетона в окружающую среду, обеспечить дополнительную аккумуляцию тепла солнечной радиации ограждающими конструкциями, 'что долкно привести к эффективному использованию солнечной энергии при изготовлении изделий из газобетона.

исследования проводились 'в естественных условиях сухого жаркого климата в лаборатории кафедры "ТСП" Кызылординского института инзенеров агропромышленного производства Республики Казахстан, а такгз на гелиополигоне лаборатории "Альтернативные источники энергии" института комплексного использования природных ресурсов АН Республики Кыргызстан.(г. ош).

Исследования физических процессов, протекающих в конструкционно-теплоизоляционном газобетоне при твердении в жаркую и сухую погоду проводились на бетонах классов ВЗ,5 и В5 (средняя плотность в

сухом состоянии 800-950 кг/м3). Солнечная, энергия была использована при производстве ячеистобетоиных изделий и конструкций, но технология производства ячеистобетонных,изделий имеет ряд особенностей, существенно отличающих ее от технологий изготовления изделий из тяжелого и легкого керамзитебетоиов, К этим особенностям следует отнести:

- необходимость помола сырьевых материалов с использованием, дробильного и помольного оборудования, обеспечивающего получений сырьевой смеси заданных параметров;

• - формование ячеистобетоиных изделий из пластичных смесей, содержащих 40-60% воды затворения;

- высокая степень поризации ячеистобетоиных смесей (до 80% . по объему); • "

- растворная смесь должна иметь .повышенную температуру до 35-50 °.С для осуществления процесса газообразования и вспучивания.

С указанных позиций., рассмотрим отдельные технологические процессы. Прежде всего о приготовлении ячеистобетонной смеси повышенной температуры. В условиях жаркого ¡шмата в целях возможного отказа от нагрева воды или значительного сокращения топливно-энерге-те эских затрат должны применяться растворные смеси, разогретые до 35-50®С за счет энергии солнца.

Предварительный гелиоразогрев растворной смеси обеспечивается главным образом применением нагретых кремнеземистых компонентов % воды. Специальные способы хранения кремнеземистых компонентов позволяют повысить температуру за счет использования солнечной радиации до 40-50°С и более. 'Температура воды для приготовления ячеистобетонной смеси может достигать 50-70"0 при применении систем, состоящих из солнечных коллекторов и теплоизолированных баков-аккумуляторов.

Применение голиоразогретых растворных смесей является одним из действенных технологических приемов, интенсифщфующих Формирование производственной структуры, процессов газообразования и вспучивания ячеистого бетона в условиях жаркого климата.

В рассматриваемой проблеме особое место занимает возможность испояьзоешгпя-климатических Факторов жарких районов при начальном зыдерзйвшйз свезшотформованных ячеиетобетонных издеяй и конструкций з естестзешшх условиях для набора необходимой пластической прочности. При этом газоудерхйвающая способность ячеистобетопной снеси.. в начальный период выдержки в естественных условиях, под воздействием повышенной температуры окрукащей среды и солнечной радиации повышается, а пористость формируется, распределяясь равномерно» что улучшает структуру и физико-технические свойства ячеистого бетона.

По-видимому предварительное выдерживание свекеотформованного ячеистобетонного сырца в течение некоторого оптимального времени приводит к уплотнения материала межпоровых перегородок ячеистого бетона, что может быть полезным для формирования качественной макропористой структуры.

, Известны различные методы определения структурно-механических свойств дисперсных систем. Газэбетоннуэ смесь можно отнести к пластично-вязким системам, а ее структурно-ггехагшческие свойства целесообразно оценивать величиной пластической прочности.

Результаты измерения пластической прочности и газовыделения с течением времени в газобетонных смесях с нормативной плотность» 800 кг/м3 в условиях сухого и жаркого климата (г.Кызылорда, Республика Казахстан) Приведены на рис.2. Эксперименты проводились в естественных условиях сухого и жаркого климата на образцах-призмах размером 10x10x30 см, ЮхЮхЮ см с Мо равным Ю и 30 (1/м).

Плвстчщсная прочность з/си°- 300

300

250! 200| 150 100' 501

200!

Гаашьщелеиие, в саг_

.Рис. 2. Изменение пластической прочности и газовыделения в газобетонных смесях 1 - газобетон на цементе и барханной песке; 2 - газобетон на цементе к золе.

Характеристика составов . газобетона, на которых проводились эксперименты, представлена в табл; 6. . .

Наиболее интенсивное газовыделение и нарастание прочности наб-здзется в смеси состоящей,из'цемента и золы.

. Через 90 мин после затворёния пластическая прочность (состава 2) достигла 180 г/спг, а пластическая прочность газобетонной смеси (состава 1) на цементе и барханном.песке составила 125 г/сиг, ч^о достаточно для срезки -горбушки.

Высокая пластическая точность и ее интенсивное нарастание при твердении в условиях сухого жаркого .климата благоприятно сказываются на устойчивости газобетонной смеси и уменьшении сроков выдержки отформованных изделий до гелиотермообработки. Существенное влияние, на изменение пластической прочности оказывают температура затворе-

Таблица 6.

Составы газобетона, на которых изучались кинетика ■ нарастания пластической прочности.

н сос та ва .Расход материалов кг/м3 бетона С В/Т Плотность в сухом состоянии кг/м3 Йгз"1 После нор мального твердения МПа

це мент 1 барх. песок зола вода алюм. пудра

^ 1 ; 2 307 332 456 415 351 351 0,53 0,52 1.5 1,25 0,46 0,47 794 781 4.79 4.67

ния'и текучесть газобетонной смеси (рис.3 и рис.4). В зависимости от этого меняется также и плотность газобетона.

В результате изучения процессов вспучивания и нарастания пластической прочности газобетонных смесей, установлено, что условия гхаркого климата интенсифицируют твердение газобетона; который значительно быстрее приобретает необходимую пластическую прочность до начала .гелиотермообработки.

С целью выявления влияния начального выдерживания газобетона в условиях жаркой и сухой погоды на последующее его-твердение и прочность было изготовлено две серии образцов из газобетона одного и того же состава на барханном песке. Одна серия твердела в открытых формах без ухода в течение 22 ч часов в естественных условиях, а другая - в этих же условиях, но в плотно закрытых полиэтиленовой пленкой формах. Распалубленные через сутки образцы обеих серий заворачивали в пленку и-помещали в камеру нормального твердения, где они находились еще 27 сут. Испытания показали, что в месячном воз-

- Зь -

Пластическая прочность, 1

10 ' 90 Ш 70 90 Время, $ наш.

Рис.- з. Изнеиение пластической прочности в газобетонной смеси на цементе и барханном песке при различной температуре затворения смеси-1 - 45°с: 2 - зо°С: з - 15°с.

Рйс. 4. Измененйе пластической Прочности газобетонной смесй на "цементе и барханной песке при различной текучести смеси (по вискозиметру Суттарда) 1-18 см: 2 - 20 см; 3 - 22 см:

расте прочность образцов газобетона, твердевших первые сутки без ухода, составляла 70-75% прочности образцов второй серии и образцов

• нормального твердения. Это дает основание сделать вывод о том, что основной причиной деструкции конструкционно-теплоизоляционного газобетона в условиях сухого жаркого климата является интенсивное протекание процессов внешнего ш внутреннего тепло- и массообмена. способствующих созданию неблагоприятных условий для формирования микро- и макроструктуры газобетона, приводящие к его раннему растрескиванию, ухудшению основных свойств и резкому снижению прочности.

Изучение кинетики прогрева газобетона классов 83,5'и В5 в теп-лоаккумулирукщих гелиокамерах показало, что бетон' прогревается по

• мягким резинам со скоростью разогрева, не превышающей 10®С/ч, до 60-70® С, а затем происходит медленное .охлаждение его в условиях термосного вздергивания со скоростью 1-1,5°с/ч. При этом температурите реаикы прогрева и зрелость газобетонных изделий и стандартных образцов отличаются незначительно, поэтому судить о прочности изделий из газобетона, твердевших в этих гелиокамерах, можно по результатам испытанных образцов, как это принято при традиционной тепловой обработке 'бетонов в пропарочных, камерах.

. Теплоаккумулярующне гелмокамеры однорядной загрузки не только обеспечивавт благоприятные условия твердения газобетона, но и позволяют повысить эффективность гелиотермообработки изделий за счет их теплоаккумулярующей способности. Проведенные эксперименты показали. что прогрев блоков из газобетона в гелиокамерах значительно эффективнее, чем под СВИШ (рис 5.). Зрелость бетона, подвергнутого тепловой обработке в гелиокамерах, в суточном возрасте в зависит мости от времени начала гелиотермообработки ' на 15-20% превышает зрелость гелиопрогретого под СВИТАП бетона и на 75% выше, чем у бетона, твердевшего в естественных условиях окружающей среды.

Ь,°С 64

53 48 40 32 24 16

■ " v / к 1 ч N

1V ч V •

м) , ч

*т / 4 ч: ч

V-»

0 4 8 12 16 20 24 11 15 19 23 • 3 7 11

продолжил, час;/ в рейв суток, час

Рис: 5. Киенетика прогрева центральных зон газобетонных блоков (размером 40x40x15 см)твердевших в различных условиях: 1 - твердение в гелиокамере; 2 - то же,в гелиофор-;ме под СБИТАП; , 3 - то же, в естественных условиях без ухода; 4 .- температура среды гелиокамеры; 5 - то же, окружающей среды.

Исследования показали, что при тепловой обработке газобетонов в теллоаккумулирущих гелиокамерах. структура газобетона, его морозостойкость и влалшостная усадка аналогичны структуре и свойствам газобетона нормального твердения, а вследствие реализации в гелиокамерах мягких режимов прогрева, прочность гелиотермообработанного бетона выше, чем бетонов,' подвергнутых другим способам тепловой об работки.

Результаты изучения особенностей .структуры и основных фпзи-ко-механических свойств газобетонов, твердевших в различных условиях. свидетельствуют , о высоком качестве газобетона, подвергнутого тепловой обработке в теплоаккумулируквдх гелиокамерах однорядной загрузки.

Брошаленное освоение.» эффективность результатов.

Прошшленноа освоение технологических разработок осуществлен« • на предприятиях стройиндустрий.

В диссертации решены вопросы, выдвинутые практикой производства изделий и конструкций из ячеистого бетона. По мерз углубления исследований п совершенствования технологических процессов изготовления ячеистого бетона- и изделий па его основе производственное внедрение новых предложений все больше приобретало комплексный характер.

Разработанная технология производства высокоэффективного ячеистого бетона на основе щелочного стока и флотохвостов обогащения ' флзооритовых-руд с использованием шышсептскбго электротермофосфорно-го. 'шлака была опробована при изготовлении опытно-промышленной пар. таи изделий, на . саяикатобетоннои заводе Чардаринского комбината строительных материалов треста "Промстройкатериалы". Технико-эконо-гвдаская эффективность производства бесцешгпшх ячеистых бетонов в условиях Чардаринского КСЫ достигается за счет заменой товарно производимого вяяущего и природного кварцевого песка отходами обогащения Флэоритсвых руд . при обеспечении требуемых эксплуатационных свойств газобетона различного назначения.

4

Значительное распространение- в строительстве получили разработка по технологий монолитного газобетона естественного твердения.

Внедрение технологии возведения наружных я внутренних стен из монолитного газобетона естественного, твердения на основе барханного песка -выполнено при 'строительстве яшнх домов по проекту. 181-25-11:8?, разработанному проектный институтом "Кызилордаагропг

рснпроект" в рабочем поселке "Кумкол". силами ПМК-1 ГАО "Шказнеф-

/

тегаз? в 1993 году.

Выполненные исследовательские работы в лабораторных и постро-

ечных условиях позволили разработать техиолгический регламент на возведение монолитных стен из газобетона на основе барханных песков;. . . ' .. ..

Выполненные работы дали основание для предложения о начале широкого внедрения газобетонов на основе барханных песков.при_ строительстве монолитных малоэтажных .сельских"жмых домов в Республике Казахстан, которые были рассмотрены в проектном институте, "Кызылор-даагропроьщроект", Министерства сельского хозяйства Республики Казахстан с-положительным.результатом: .

. Гелиотермообработка изделий из коаструкщюнно-теплоиэоляцион-iioго газобетона в теплоаккумулирующих гелиокамерах однорядной загрузки внедрена в 1994 году - на заводе силикатно-стеновых ыетериа-лов г., Кызылорды Министерства'промышленности строительных материалов Республики Казахстан/ " . .. .,, .

При этом гелйотермообработка изделий.в тегшоак:умулируюида телекамерах ' обеспечила при суточной оборачиваемости форм гарантированное приобретение' газобетоном прочности: составляющей 50-55% R2Bl,r при высоком качестве изделий. ' независимо от времени их изготовления в течении дня.

Применение гелиотермообработки при изготовлении газобетоннцх изделий позволяет в весенне-летне-осешше периоды года в районах с сухим и жарким климатом в течении 6-7 месяцев в году отказаться от традиционного пропаривания. При этом экономится до 70-100 кг условного топлива, примерно 0,5. м3 воды на 1м3 изделий в зависимости от стоимости тепловой'энергии с учетом экологически чистого технологи-, ческого процесса. • .

Результаты диссертационной работы были использованы ,. НИШЕ Минстроя России, проектным институтом ПИ-2 Госстроя России при разработке нормативных документов и при проектирование гелиозаводов и

мобильных гелиополигоиов для стройшдустрии Узбекистана, лрмепии и 1 Казахстана.

ОБЩИЕ ВЬВОДЫ ■

1. Проблемы повышения ¡эффективности производства ячеистобетон- ' ишс изделий, экономии материальных и, прехдз всего, энергетических ресурсов, .определяет необходимость. вовлечения в дело техногенных продуктов про мышлекно ста, имеющих высокуп реакционную способность, которая . не только заменяет природное сырье, но и интенсифицирует-технологические процессы.

• 2. Предложена и экспериментально подтверждена гипотеза о возможности .получения новых разновидностей ячеистых бетонов из сырь-•евых материалов техногенного и природного происхождения, путем моделирования, оптимизация режимов и условий тепловой обработки.

При этом разработаны технологические параметры получения газобетона ив основе цемента и извести с применением флотохвостов средней плотностью 600 и 700 кг/м3 и прочностью соответственно 5.-0 и 7,0 МПа. Повышенные прочностные показатели газобетона достигнуты при поитагенябм расходе цемента и известяовоцементного вяжущего. Флотохвостн.. используемые в качестве кремнеземистого компонента, обладают большей активностью по сравнению с кварцевым песком за счет содер;кащш в их составе до 20% оксидов алвяияия, более 5% щелочей, а также наличия аморфизироваиного слоя на поверхности частиц Флотохвостов, образовавшегося в процессе флотации. Применение флотохвостов способствует интенсификации технологического процесса изготовления газобетона. Газобетон т основе. известково-цементного вяаущего с использованием флотохвостов твердеет болео интенсивно и приобретает значительную пластическую прочность вследствие высокой растворимости и активности флотохвостов. Это позволяет сократить

продолжительность тепловой обработай в 1, 5-2 раза.

3. Разработана технология бесцементных ячеистых бетонов на основе комплексного использования техногенных продуктов прошилешос-ти, имеющих высокую реакционную способность в условиях гидротермальной обработки. На этой основе определены оптимизированные"тех- ' нологические параметры, обеспечивающие получение бесцементного ячеистого бетона с использованием щелочного стока, флотохвостов обогащения флиоритовых руд и гранулированного шлака. При этом установлено. что бесцементный ячеистый батон наибольшей прочности получен при соотношении ишака и флотохвостов от 1 до 1.5, при расходо щет лочного стока от 37 до 45%-.от массы сухих компонентов.

4. Разработан температурный режим тепловой обработки бесцементного газобетона приготовленного на основе тонкоизмельченного кремнеземистого сырья и щелочного активизатора. В условиях тепловой обработки при температурах 300-320°С и низких давлениях (0,15-0,2 МПа). в присутствии щелочи', кремнеземистые системы образуют структуру за счет полимеризации кремнекислоты с переходом ее в кварц. Щелочной компонент является активизатором поверхности частиц колло- .1 идной дисперсности и катализатором реакций полимеризации. При это;.; разработанные, технологические параметры позволяют в'широких пределах управлять физико-иеханическиш свойствами ячеистых бетонов на основе кремнеземистого сырья.

5. Доказана возможность использования природного барханного Песка для производства,монолитного газобетона естественного -твердения. Лри этом исключаются энергозатраты на автоклавную обработку и тепловой паропрогрев без снижения качественных и количественных показателей газобетона. Разработана технология монолитного газобетона с маркой по плотности 131200 и классами (марками) по прочности В1.5 (25): В2.5 (35) и В3.5 (50), удовлетворяющий требованиям действую-

щих нормативных документов.

. 6. Разработана новая' энергосберегающая экологически чистая технология тепловой обработки изделий из конструкционно-теплоизоляционного газобетона в теплоаккумулирующих гелиокамерах однорядной загрузки, в которых твердеющий в формах бетон выполняет функцию ге~ лиоприешшка. а ограждающие конструкции позволяют повысить эффективность гелиотермообработки за счет аккумуляции тепла солнечной радиации, дополнительного подвода его к изделиям, особенно в ночное 'время суток., и сниташя тепл'опотерь Сетона в окружающую среду, обеспечивая-при этом увеличение степени зрелости бетона в суточном возрасте по сравнению с естественным твердением без ухода на 75%. При этом гедиотермообработка позволяет в несение-летний-осенний период отказаться от традиционного паропро'грева, обеспечивая экономию до 70-100 кг условного топлива на 1м3 изделий в зависимости от сто-•имости тепловой энергии и с учетом реализации экологически чистого технологического процесса,

7. Результаты исследований подтверждены в производственных .условиях и внедрены на предприятиях стройиндустрии России, Казахстана, Узбекистана. Экономический эффект получен благодаря вовлечению в' фоизводство техногенных продуктов промышленности взамен традиционного природного сырья, сокращению затрат на производство, а также . созданию эффективных видов тепловой.обработки газобетонных изделий. Использование техногенных продуктов промышленности в производстве ячеистых бетонов позволит решить вопрос охраны окружающей - среды, создания безотходной технологии и получить экологический и экономический эффект. ' ' ,

Основные положения диссертационной работы изложены в следующих публикациях:

1. Бисенов К. А. Ячеистые бетоны на основе отходов промыилен

- и -

ности. - Москва, ВНИИЭСМ. 1994. - 127 с.

2. Бисенов К. А. Использование отходов обогащения флюоритовых руд в производстве ячеистых бетонов. ~ В кн.: Проблемы повышения эффективности капитального строительства, Алма-Ата,. КазЦНТИС Госстроя Каз. ССР,, .1983, т. III, с. 21-23.

3. Бисенов К. А. Исследование стойкости газобетона на основе Флотохвостов обогащения флюоритовых руд и портландцемента. - В кн.: Долговечность конструкций из автоклавных бетонов. Таллин, 1984.. Т. I, с.161-163. . ; V v

. 4. Баранов А.Т.." Ахметов А.Р.; Бисенов К.А., Шульпина Р.В. Автоклавные бетоны повышенной, прочности на основе жидких и твердых отходов обогащения флюоритовых руд. - В кн. ¡ Композиционные строительные материалы с использованием отходов промышленности. Пенза!, Приволжский ДНТП. 1984. с. 12-13.

5. Бисенов К.А. Автоклавный ячеистый бетон на сснове отходов обогащения флюоритовых руд, - В кн.: Совершенствование технологии и расчета железобетонных конструкций. М.. НЙИЖБ.1984.с.14-17.

б-. Ухова т.а.. Бисенов К. А. Технологические параметры изготовления бесцементного ячеистого бетона на основе вторичных продуктов. промышленности: В ян.: Ячеистый бетон и ограждающие конструкции из1 него. К.: НИИЯБ. 1985. с.9-14.

7. Бисенов Йсследование физико-механических, свойств ячеистого бетона1 на основе отходов обогащения флюоритовых руд и шлака, - В кн.: Расчет;, конструирование и технология изготовления бетонных и железобетонных нздг тай. И.: НИИЕБ. 1985. с.16-19.

8. Баранов А.Т.. Ухова Т.А., Бисенов К.А. Использование твердых и жидких отходов промышленности в производстве ячеистых бетонов. - В кн.:; Безотходные технологии и использование вторичных про-

т '45 -

дуктов и отходов в промышленности, строительных материалов. М.: .. ВНИИИстром им. П.П.Будникова. 19В5, с. 44-46..

9. Рекомендации по изготовлению-изделий йз-бесцементного ячеистого бетона на основе отходов обогащения флюоритовых руд и шлака.

■ М. НИИ®. 1986 - 12с.

10. Пособие по . технологии изготовления изделий из ячеистого бетона к СН-277. ИЙЙЖБ, 1987 - 47 с.

.11. Баранов <\.Т.. Ахметов А. Р.. Бисенов К. А.. Ухова Т.А. Бес. цементный ячеисшй бетон на основе комплексного использования отходов обогащения флюоритовых руд и шлака. В кй.: Пути использования , вторичных ресуроов для производства строительных материалов и изделий. . г. Шнмкеит, 1986. с. 444-446.

12. Баранов А. Т. . Ахметов А. Р. . Бисенов К. А.. Ухова Т. А. исследование стойкости бесцементного газобетона на основе отходов промышленности. - В кн.: Долговечность конструкции из автоклавных бетонов. Таллин ., 1987. с. 194-196.

13. Рекомендации по организации производства а применения "неавтоклавного ячеистого бетона в сельском строительстве. М.. • НИИЖБ, 1986 - 16 с.

14. Бисенов К.А.. Баранов А.Т. Бесцементный газобетон на осно-вз отходов промышленности. В кн.: стеновые материалы. N 2.,.ВНИ-ИЭСЙ. Н.. 1995 - II ?., с.9-11.

15. Бисенов К. А. Ресурсосберегающая технология монолитного газобетона на основе барханных песков / Жилищное строительство - М, 1995 - Н 7. с. 16.

16. Бисенов К.А. . Баранов А. Т. К вопросу о технико-экономической эффективности ячеистых бетонов. /Жилищное строительство - Н.. 1995 - Н 8, с. 19-20.

17. Бисенов К.А. Использование солнечной энергии для тепловой

обработки газобетона на барханном песке./ Межвузовский сб.науч.трудов. Ош-Фергаяа. 1994.

18. Ахметов А. Р.. Бисенов К.А. Ячеистые бетоны на основе отходов промышленности для сельского строительства. В кн.: Научно-технический прогресс в технологии строительных материалов. ' Алма-Ата, 1990. ■ -

19. Бисенов К. А. ' Газобетон на основе зол и шлаков. - Информационный листок N 57-92» . Республиканский центр межотраслевой науч-' но-технической информации и пропаганда.•Алма-Ата. 1992. ,

. 20. Бисенов К.А.. Байтасов К.Б.. Комплексное использование зо~ лошлаковых й аидких отходов промышленности в производстве стеновых блоков. , /Промышленность сборного железобетона. И.. ВШШЭСМ, серия 3. ВЫП. 3-4. 1993.. С.20-21.

21. Рекомендации по изготовлению и • применению изделий из неавтоклавного ячеистого бетона. М.. НИИЖБ, 1986- 34;.

22. Бисенов К. А. Технология строительных . Процессов. Учебное пособие для студентов вузов. - Кызылорда: К11ИАП. 1992-С.122.

23. Бисенов К-А.. Байтасов К.Б.Песчаный бетоны на основе мелких песков. В. кн.: Материалы республиканской научно-технической конференции "Наука и технология-93". Шышсент. 1993.

24. Бисенов.К.А.. Байтасов К.Б. 'Безавтоклавный газошлакозоло-бетон на основе золошлаковых отходов Кызылордннской фабрики неткан-' ных материалов./ Промышленность сборного железобетона. !>!. , БНЙИЭСМ. серия 3. вып. 3-4.» 1993. с. 22-23.

20. Бисенов К. А Газобетон из барханного песка, подвергнутого гелиотермообработке./Бюллетень строительной техники - Н., 1995 N 6, у. 36-37. ■•"■

26. Серых Р.Л.. Бисенов К.А. Байтасов К.Б. К вопросу гидратации газозолобетона /Алматы, 1995-12с. -Деп. в КазгосИНГИ. N6265-Ka95.

Г 47."

.-'.>:■■- 21. Шевцов К. А. • ячеистые бетоны на основе отходов промышленности дай сельского строительства. /Промышленность сборного яелезо-«етона. ВШ1ЭСЙ, серия 3. вып.1-2, 1993. с.11-12. " ./ 28. Бясенов К-А. Серых Р.Л.. Байтасов К.Б. Основные Физико-ме-ханическйв: свойства нонолитного газобетона на основе барханного песка. Алматы. 1235 - 16 с. Дел. в КазгосИНТИ. N 6266 - Ка95.

29. ёясенов К.А., Ахнётов А.Р— Баранов А.Т... Ухова Т.А^ изменение прочностных'характеристик V газобетонных блоков испытанных в натурных условиях./В кн. :. Долговечность конструкции из автоклавных Сетонов. Таллин,- 1984 .Т. I. 'с: 205-207.

30. Бисенов К.А. Ухова Т.А. Состав;для ячеистых бетонов./Решение патентной; экспертизы по выдаче '. патента на изобретение 1194043610, ОТ 07.12.94/. /