автореферат диссертации по строительству, 05.23.05, диссертация на тему:Теплоизоляционный пеногипс для промышленных и гражданских зданий Иордании

ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ

На правах рукописи

АЛЬ-НАВАЙСЕХ МОХАММЕД АВАД РГ5 ОД УДК 691:699.86(043.3)

3

ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫЙ ПЕНОГИПС ДЛЯ ПРОМЫШЛЕННЫХ И ГРАЖДАНСКИХ ЗДАНИЙ ИОРДАНИИ

Специальность 05.23.05—Строительные материалы

и изделия

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ 1994

Работа выполнена в Петербургском государственном университете путей сообщения.

Научный руководитель —

доктор технических наук, профессор Олег Васильевич КУНЦЕВИЧ

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Игорь Александрович ЛОБАНОВ;

кандидат технических наук, старший научный сотрудник Игорь Сергеевич ДУБИНИН

Ведущее предприятие — ЛенЗНИЭП, г. С.-Петербург.

Защита состоится » мая 1994 г. в 13.30 на засе-

дании специализированного совета Д 114.03.04 Петербургского государственного университета путей сообщения (19003!, С.-Петербург, Московский пр., д. 9, ауд. 3-237).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ПГУПС.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью, просим направлять в совет Университета.

Автореферат разослан « М . » мая 1994 г.

Ученый секретарь специализированного совета, кандидат технических наук,

доцент И. М. ЧЕРНЕВА

СЩДЯ МРАКГЕРКСТША РЛЕСГШ

Актуальность п р о б л е л ы. Иорданское Ха-симитское Королевство - государство на Ближнем Востоке о сухим зорким климатом. В Иордании в качестве теплоизоляционных материалов используют порлит, полистирол и ячеистый бетон. В качестве основного вяжущего используется портландцемент. В то же вреия в Иордании имеется целкЯ ряд местороядений гипса, общие запасы которого оцениваются в количестве 100 млн.тонн. Однвко, несмотря на доступность, гипс в производстве строительных материалов и конструкций в Иордании на используется. Воокохность применения гипса в качестве теплоизоляционного материала в Иордании не изучалось.

Известные исследования и опит применения гипса в качестве иэтериала для теплоизоляционных конструкций показали его достаточно высокуа объективность. Одним из перспективных спо-' собоБ пр::::зкен1-т гипса является получение из его основе пэно-пшеоп.

Таким образом получения о}4ектишшх теплоизоляционных псногипсоп для продатешшх и гражданских'одзниЯ Иордании является актуальной задачей.

Цель р а б'о т н. Е:;бор наиболее эКелтисних ДАВ, являющихся больней чзстьо пепутпннл продуятекп исфтепор-зрабати-паюг;еП про'»чгле1п1ости, дгл прснззодстпз теплоизоляционного пеногипса.

Ос нов н и о задачи работ:

I) 0пти!.-1зац;и технологических параметров приготовления пеногипса п лабораторном скоростном сгеснтслс.

2) Исследование основных физических и механических свойств пеногипсов с индивидуальными и комплексными добавками ПАВ.

3) Исследование структуры порового пространства пеногипсов с добавками ПАВ.

4) Рассмотрение возыокности повышения строигельно-техничес-ких свойств пеногипса путем его гидрофобизации.

Научная новизна:

1) Получены количественные зависимости плотности и прочности пеногипса от технологических параметров приготовления пено-гипсовой смеси. По результата« исследований предложены оптимальные технологические параметры.

2) Исследовано влияние различных добавок ПАВ и их комплексов на плотность, прочность и теплопроводность пеногипса.

3) Установлено, что добавка Б-1, являющаяся наилучшей добавкой из числа исследовашшх ПАВ, позволяет получать пеногипсы низкой плотности и требуемой прочности и теплопроводности.'

4) Установлено, что применение оцудьсии крешийорганической • жидкости 136-41 в качестве гидрофобизатора, позволяет значительно улучшить строительно-технические свойства пеногипса.

Практическая ценность работы.

Усовершенствована конструкция лабораторного смесителя и определены оптимальные технологические параметры получения пеногипса.

Рекомендована добавка Б-1, являющаяся попутным продуктом нефтеперерабатывающей прошаленности, позволяющая получать пеногипсы низкой плотности п требуемой прочности и теплопроводности.

Предложена гидрофобизация пеногипса с целью улучшения его строительно-технических свойств.

Расчетный экономический эффект от использования составляет

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 6'разделов, обгдох выводов, списка использованных источников и приложения. Она содержит .... стр.ыэпинописного текста, рисунков, . таблиц и списка использованных источников из ■ • наименований.

Содержание работы. Приведенный в диссертации анализ литературных данных показал, что основным фактором, влияющим нэ прочность и плотность ячеистых уатерналов, являются параметра их порового пространства. Для получения ячеистых материалов высокой прочности необходимо стремиться к уменьшения диаметра «икропор и повышенна однородности их распределения, а также уменьшения капиллярной пористости меяпоровых перегородок. Одним из способов получения пеногипсов является введение в гипсовуо смесь добавок 1МБ с' последующие пэрзкеетвшпгем в скоростном смесителе.

Известные исследования пеногипса', проведенное в МИСИ, Белгородском политехническом институте, Рижском политехническом институте показали его высокуя объективность, которая может быть повьиена путай оптимизации его структуру.

В диссертационной работе предлагается .для получения пено-. гипса использование ряда добавок ПАВ и их коьзиексов. Приготовление пеногипсовоА скоси производилось в скоростном смеси- . теле с рабочим органом собственной конструкции.

В исследованиях в качестве вякус;его использовался псяувод-1шП гипс ¡.-арок Г-б И Г-7, в качество добавок ПАВ применялись суперпласти^икотор С-3, СШ, крекниАоргоническол гпдкость 13641, СДО, ПАП, ПП5, Б-1, Б-П, 1ШМ, 1Г.СК-И.

3

В первую очередь бши определены оптимальные технологические приемы и гюрз ус три приготовления пеноитсовой смеси.

Рассматривались два способа перемешивания сыеси: одностадийный и двухстадийный. Критерием оценки слунил показатель кратности пенообраэования Кр.

Результаты исследования, приведенные в табл.1, показали, что при двухстадийном методе приготовления пеногипса, пена появляется только при увеличении В/Г до 0,9 и увеличении содержания добавки в 5 раз. В связи с этим, о также учитывая сложность и длительность приготовления пеногипса в две стадии, в дальнейших исследованиях применялся одностадийный метод.

На следующем этапе работы производился вибор оптимальных, технологических параметров приготовления пеногипсовых смесей: скорости переманивания, времени перемешивания и В/Г.

Критерием оценки слугами показатель кратности пенообраэования, плотность и прочность пеногипса.

Исследования производились методом математического планирования эксперимента. Исследовались пеногипсовые смеси, приготовленное на основе гипса Г-7 и добавкой С-3 + СНВ.

Для построения математической модели применялся план типа Бокса-Бенкина.

Уровни исследуемых факторов и интерволи их варьирования представлены в табл.2.

В результате статистической обработки данных были получены уравнения регрессии, анализ которых показал, что наибольшее, влияние на Кп пены, плотность и прочность пеногипса оказывает '

г

В/Г и скорость перемешивания.

Влияние способа приготовления, водогипсозого отнесения и добавок на кратность пени

Таблица I

№ п/п Способ приготовления В/1" Добавки, Ч, /о КР

I 0,60 С-3 - 1,5% СНВ - 0,22 пены нет

2 0,70 С-3 - 1,555 СНВ - 0,255 пени нет

3 ' Двух- 0,80 С-3 - 1,5% СНВ - 0,23 пени нот

4 стодийнкЯ 0,80 • С-3 - 1,5% СНВ - 2,0% пени нет

5 0,90 С-3 - 1,55?. СНВ - 1,055 1,57 1

6 Одно- 0,60 С-3 - 1,5% СНВ - 0,2% 1,45

7 стоцнПныЯ 0,70 С-3 - 1,5% СНВ - 0,2% 1,75

0 0,ВО С-3 - 1,5% СНВ - 0,2% 1,96

Уровни факторов и интервалы варьирования

Таблица 2

Наименование .факторов Условное обозначение Уровни факторов Интервал варьирования

-I 0 +1

В/Г 0,6 0,7 0,Ь 0,1

Скорость вращения скоростного смесителя, об/сек Х2 30 40 50 10

Вреш перевешивания, с Х3 90 120 150 30

Получениш уравнения регрессии бшш использованы для решения задачи оптимизации технологического процесса получения пеногипса.

Для регулирования технологических парацетров процесса получения пеногипса использовался днссоциативно-саговый метод п графической интерпритации.

Получешше диаграыш приведены на рис.1, 2, 3. На диаграы-иах представлены зависимости плотности и прочности пеногипса от технологических параметров приготовления пеногипса: времена переыеыивания и водогипсозого отношения при фиксированной скорости переыепиваиия на трех уровнях V » 30 об/сек; 40 об/сек н 50 об/сек.

Как видно из диаграии наилучшей областью совместной оптимальности показателей плотности ¡Г* и прочности ^ является

Диаграмма д/?я рег&лироёакия технологических параметров процесса полг/уе.ни<1 пеногипса при скорости пе.реме. иллЗания 2/"= ЗОо£>/с

Рис Л

Диагрцмпа "д/tp р сг и/шро£ания технологических параметров процесса получения пеногипса при скорости пер&мешибс/ния 2/- обр с

Диаграмма для регулирования Технологических пар&м&троб процесса получения пеногипса при скорости /7 ер erre г- и и óa/f и :г сГ= SOa5/h

Рпс.З

область ограниченная изолиниями ^ » 580 кг/мэ и R =0,65 Ша полученнтш при гг ts. 40 об/сек j vx 90—120 сек и В/Р * » 0,75-0,00.

Таким образом, для дальнейших исследований бши приняты следугнцие технологические параметры приготовления пеногипсовой смеси: V <= 40 об/сек; t « 120 сек; В/Т = 0,80.

Учитывая, что гипс является быстротвердеющим вяжущим важ-iiotl задачей является поиск рациональных путей замедления схватывания пеногипсовой смеси. С отой целью исследовалось влияние примененных в данной работе добавок ПАВ на сроки схватывания гипса, результаты которых приведены в табл.3.

Как видно из таблицы, наилучший эффект был получен при . использовании комплексных добавок на основе С-3 и добавки Б-1.

Определив оптимальные технологические параметры приготов-лошш пеногипса, далее в работе исследовались пеногипсы с различными добавками ПАВ: одиночными и комплексными.

Исследования показали четкув зависимость плотности пеногипса tf от кратности пснообразования Кп. Кок- видно из рис.4

Г '

о увеличением кратности новообразования плотность полученного пеногипса уменьшается. Причем характер данной зависимости но зависит от вида применяемой,добавки.

Таким образо?4 зав'.хиуость плотности пеногипса от показателя кратности пенообразованет позволяет прогнозировать плотность и прочность пспогипса из стеднп приготовления смоси н соответственно управлять процоссои получения пеногипса 'трзбуеыс!! плотности и прочности.

Результаты кс&кс.цованйЛ-пагсгкпсоз-с одиночным*.! добавками ПАВ предегаплокы с таСл.4, Как видно из таблицы лучше по-

Влияние добавок ПАВ на сроки схватывания гипса

Таблица 3

Добавка ПАВ Нормальная пустота, % Сроки схватывания

Наименование Количество, в % от массы гипса Начзло, мш Конец, 1ЛЯ1

- - 50 5 8

С-3 1,5 48 5 8

снв 0,2 '50 9 14

СДБ 2 48 6 8

Б-1 0,1 51 15 18

С-3 + С;!В 1,5 + 0,2 45 23 30

Б-1 + С-3 ' 0,1 + 1,0 4! 61- ' 66

П р и » е ч а и и о: Способ перенеиивонил - ручной;

температура воды затворения - 18°С.

казатели плотности и прочности били получены при использовании добавок на основе нефти (Б-I, Б-Н, ШЭК-I, ГИЭК-И), причем наиболее эффективной является добавка Б-1.

Была произведена оптимизация составов пеногипса с добавкой Б-I. Оптимизировались расход добавки и В/Г. Результаты приведены в табл.5 и на рис.5, из которых видаю, что показатель Кр леносбразовсния имеет экстремальное значение при расходе добавки 0,1%, при этом наибольшая величина Кр пенообразования имеет место при В/Г = U,B0-C,G5. Учитывая все исслодуемые фок-торы наилучшим является состав с добавкой Б-I в качестве 0,li при В/Т = О,ВО, который имг>от tf - -КН кг/ы3 п прочность С,62 МПа.

Зависимость плотности пеногипсе? от показателя кратное г и пеноо5разо -баная

кг/к. *

то ¡20 800 ■700

сэр

ч

V*4 2 / ч

ч/ \ V

: Ч

V . Г,2, 1,3 Г,У

Да$а&ки Л Л В :

1 - с/,-в .

г - с&о

Р.!0,<1

Влияние индивидуальных добавок ПАВ па кратность пенообраэования, плотность и прочность пеногипса

Таблица 4

Добавка, ;Т от массы гипса Кратность пенообраэования Плотность, пг/и3 Прочность, МПа

I . 2 3 4

СНВ -0,01 1,Ш 913 1,6

0,05 1,16 . 844 1.6

0,10 1,36" 732 0,9

0,20 . 1,44 653 0,0

0,30 1,48 629 0,6

СДО -0,01 не вспенивается 1030 1.5

0,05 ' 1,02 99-4 1.3

0,1 1,10 673 1.1

0,2 1,24 716 0,9

0,3 1,30 662 0,0

1Щ -0,2 но вспепиЕоется 570 0,4

0,8 1,62 453 0,3

1,4 1,60 410 0,25

ПП!) -6,2 но пспсняпзстсл 040 1.6

0,4 1,32 762 1,4

Е-1 -0,С1 1.4 720 1,4

0,С5 1,0 531 0,70

0,1 1,СЗ 480 0,62

Продолкенио табл.4

I 2 3 ' 4

Г-1 -0,15 1,08 516 0,58

0,20 1,05 520 • 0,57

Б-П -0,1 1,88 490 0,47

лм;>к~1 -0,1 1,80 490 0,47

ПЫЖ-11-0,1 1,88 477 0,37

Влияние расхода добавки Б-1 и В/Г но кратность ценообразования, плотность к прочность пеногипса

Таблица б

Добавка, % от массы гипса В/Г Кратность ценообразования Плотность, вг/м3 Прочность, Ша

Г-1 -0,01 1,08 853 1,9

0,05 1,66 ■ 540 0,58

0,10 0,75 1,77 535 0,5

0,15 1,77 530 0,46

0,20 1,75 535 0,47

Г-1 -0,01 1,40 728 0,98

0,05 "1,80 531 . 0,7

0,10 0,80 1,98 488 0,62

0,15 1,88 516 0,58

0,20 1,85 520 0,57

Г-1 -0,01 1,40 758 1,2

С,Об Г, 90 540 С,55

0,10 0,85 2,00 490 0,47

0,15 1,90 530 С, 5

Г, 20 1,00 54С Г ,5!)

Зависимость показателя кратности ланооБразобанил Кр от расхоЭа да S'a 6ни Б -£

Г - при В/Г "0.7S Я- при Б/Г аО.З 3" При Bf Г ° 0.85

Результаты исследований поиогипсоп с коьтлексными добавками ПАВ приведет в табл.б. Как ви-,но по таблицы наилучшие результаты были получены при использовании комплексной добавки СШ + С-3 в количестве (С-3) - 0,1Й и СИВ - 1а. Однако, эти результаты хуже, чем у состава с одиночной добавкой Б-1.

Таким образом в результате исследований добавок ПАВ и их комплексов на пенообразовашш, гаотность и прочность пеногипса, можно заключить, что наилучшей является добавка Б-1, введение которой позволит получить пеногипс с плотностью if » 4Ш кг/ы3 и прочностью = 0,62 МПа.

Теплопроводность полученных пеиогипсов определялась на образцах кубах размером 15x15x15 при noiiosyi прибора 1*1-1. Образцы пеногипса с добавкой СШ + С-3 показали X' » 0,09 Вг/и°С, что нияе, чем у аналогичных материалов по литератур:ши донным.

Исследования структура поросого пространства пеногипсов производились с помощью олоктрошюго 1Л1кроскопо и ыотодаш во-допоглощенил.

Результат иошшахориого анализа даталс, подученных но составах пеногипса с добаштш СНЗ, СШ + С-3 и Б-1 показали, что наибольшую относительную плоердь пор (49,5^) иггеот состав с добавкой С-3 + CHS, У состава о добавкой Б-1 относительная плоцадь пор составляет 47,1%, однако сродпий размер пор пко, причем данный состов пиал наиболдазо полпчзстпо келких пор разно рои 40-80 мкм.

Очевидно, вшеуказгшой является причиной того, что пено-гипсы с добавкой Б-1 покпайли вельщтэ плотность при относительно высокой прочности.

Влияние комплексных добавок ПАВ на кратность пенообразо-синяя, плотность и прочность пеногипса

Таблица б

1аимено- ; ванне добавок % по ыассе сухого вещества В/Г Кратность пено-эбрааования - Плотность, кг/м3 Прочность, МПа

0,2 + 0,5 1,68 456 0,45

0,2 + 1,0 1,86 425 0,40

СНВ + С-3 . 0,2 + 1,5 0,8 1,86 410 0,40

0,2 + 2,0 1,86 430 0,35

0,1 + 1,0 1,80 359 • 0,30

0,1 + 1,5 1,02 359 0,30

СДО + С-3 0,2 + 0,5 1,12 726 0,26

0,2 + 1,5 0,8 1,12 820 0,55

ПАЩ + С-3 0,0 + 0,5 1,12 750 0,25

0,8 + 1,5 0,8 1,12 830 0,50

Б-1 + С-3 0,1 + 1,0 0,8 1,70 420 0,20

Анализ данных полученных в результата исслодозания перового состава пгноглпеоз ызтодаии водопоглощешш показал, что' наименьшую кагаилярнуп пористость из исследованных составов имеют пеногипсы с добавкоЯ Б-1 и С-3 + СИВ.

С цель» улучпения строительно-технических свсПств пеногипса била исследована воэиояюсть гидро$обнзацни пеногипса.

Гидро$обизэцил производилось подниц раствором омульсии креишЯоргакической кидкостьа 135-41 концентрации 0,2%, V?,, 1С'Х..

Исследовались образцы пеногипса с добавками Б-I при В/Г » 0,8. Гидрофобизация проиоводи-ась двумя способами: поверхностная обработка и объемная пропитка.

Результаты исследования капиллярного всасывания и объемного водопоглощения образцов пеногипса после гидрофобизация при-ведеш на рис.б. Как видно из рисунка, наилучшим способом является объемная пропитка 10% раствором эмульсии кремнийорганичес-кой жидкости 136-41. При отом образцы пеногипса Не разрушались в течение трех месяцев, после чего испытания были прекращены.

Капиллярное осось/ёоние о ёоЭол оглашение оорящами пеногипса после гидросрооизации при ооъемши пропитке 6 течение 2 ал-ок

ч%

ПО с5гЕк$ fr

30

го

ю

Капиллярное ' 0 о

всась-Запье I Водопосяощение

1 / i

ьУ ■ч,

( -н— 1 1

1 ! i

t (сутки)

1 г з 4 5 б 7 a s to // ¡г /з fi is Концентрациз растбора эммьсиа кремнеорганичеснок жадности f / -0,2 % ; 2.-Ю %; 3 - / %.

ОЕЗДИЕ ВЫВОДИ

1. Анализ литературных данных показал, что пеногипс является хорошим теплоизоляционным материалом, эффективность которого пожат быть повышена путем оптимизации его структуры с помощью различных технологических приемов приготовления и введения эффективных добавок ПАВ.

2. В результате оптимизации технологических параметров приготовления пеногипса на лабораторной смаситоле определено, что оптимальными являются следующие:

- одностадийный способ перемешивании пешогипсовой смеси;

- водогипсовое отношение 0,7-0,6;

- скорость перемешивания 2400 об/мин;

- время перемешивания 90-120 сек.

3. Исследования сроков схватывания пеногнпсовой смеси показали, что введение добавок ПАВ СНВ + С-3 позволяет увеличить сроки схватывания в-3-4 раза, введете добавок Б-1 + С-3 увеличивает срок схватывания в 12 раз.

4. Полученные зависимости плотности поногипсов от показателей кратности пенообразования Кр позволяют прогнозировать плотность и прочность пеногипса на стадии приготовления смеси и, соответственно, управлять процессом получения пеногипса требуемой плотности, прочности и теплопроводности.

5. В результате исследований индивидуальных добавок ПАВ и их комплексов на кратность пенообразования, плотность и прочность пеногипса, определено, что наилучпей является ин-дикидуалыия добавка Б-1 в количеств? С Г от массы гипса,

ввсдениа которой позволило получить пеногипс плотностью 4Б5 кг/о3 и прочностью 0,62 МПа.

Среди коштлоксних добавок лучшие показатели били достигнуты при применении добавки СШЗ + С-3 в количестве 1% + 0,1%.

6. Результаты исследований перовой структуры пеногипсо1) подтвердили, что добавки Б-1 и СНВ +■ С-3 является лучшими среди исследованных и позволяют получить пеногипс с наименьшим количеством капиллярных пор, сохраняя при этом высокую общую пористость и, соответственно, низкую плотность материала.

7. Исследования гидрофобнзации пеногипса различный способами показали, что гидрофобизация раствором оцульсни крем-нийорганической жидкости 136-41 является эффективным способом улучшения его строительно-технических свойств, позволявшим предотвратить разрупеннз материала при его взаимодействии

с водой. Наилучшим методом является объешая пропитка 10!5 раствором эцульсии крешийоргэнической жидкости 136-41.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Легкие бето!ш на природных пуццолановых заполнителях

в условиях Иордании. -Тбилиси.: Институт строительной механики а сейсмостойкости, 1990, С.64-65.

2. Пеногипс - получение.» использование. -Л.: ПИИТ, Неделя науки-92, 1992, С.82-63. .

Подписано к пвчата 23.04.94 г. Бесплатно Усл.п.л. 1,3. Печать ойсетная Буыага для икоим. апп. вориах 60x84 1Д6 Тирах 100 экз. Заказ й ^

Теп.ПГУПС 190031 С-Патербург, ^ооновский