автореферат диссертации по строительству, 05.23.05, диссертация на тему:Теплоизоляционный перлитобетон объемного прессования

На правах рукописи

РГБ ОД

2 2 ДЕК т

ПОДПОРИНОВА АННА ВИКТОРОВНА ^

с

ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫЙ ПЕРЛИТОБЕТОН ОБЪЕМНОГО ПРЕССОВАНИЯ

05.23.05 - Строительные материалы и изделия

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва-2000

Работа выполнена в Московском государственном строительном университете

Научный руководитель - доктор технических наук,

профессор Соков В.Н.

Официальные оппоненты - доктор технических наук

профессор Бобров Ю.Л., кандидат технических наук Овчаренко Е.Г.

Ведущая организация 11ИИЖБ

Защита состоится « 5 » 2000 г. в ^ . 3 С-* часо

На заседании диссертационного совета К.053.11.02 в Московском гос> дарственном строительном университете по адресу: 113114, г. Москв; Шлюзовая наб., 8, ауд. ^О-/

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета.

Автореферат разослан « Y » 2000

г.

Ученый секретарь диссертационного совета

кандидат технических наук

Ефимов Б.А.

К626 .236.SZ , о

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы.

Актуальной задачей современного строительства является разработка и применение новых эффективных теплоизоляционных материалов. Одним из перспективных направлений является создание новых технологий легких и особо легких бетонов на основе вспученного перлита, В строительстве пер-литобетон применяется в основном для изготовления теплоизоляционных и конструкционно-теплоизоляционных материалов плотностью 300-800 кг/м3 и прочностью при сжатии 0,3-5 МПа. При одинаковых плотностях с керамзи-тобетоном и автоклавным ячеистым бетоном (300-500 кг/м3) теплопроводность перлиггобетона ниже на 25-27%. Однако производство подобного материала не получило широкого развития из-за неэффективных технологий.

Цель работы - разработка энергосберегающей технологии эффективного перлитобетона методом форсированного электропрогрева активных литых масс, находящихся в замкнутом объеме.

Научная новизна работы:

• исследован механизм тепло - массопереноса, определяющий закономерности теплосилового воздействия на формуемые массы и лежащий в основе процессов формирования макроструктуры материала;

• изучены физико-химические закономерности формирования микроструктуры бетона при комплексном воздействии на формуемые массы энергией гидротеплосилового поля;

• на основе системного анализа построена математическая модель технологии. Разработана методика подбора состава, прогнозирования свойств и выбора технологических параметров. Решена задача оптимизации основных технологических переделов.

Практическая значимость работы:

Разработана поточно-конвейерная технология, ее параметры опробованы в производственных условиях завода «Стройперлит» (г. Мытищи Моск. обл.). Применение предлагаемой технологии позволит наладить массовое производство теплоизоляционных перлитобетонных изделий.

Получен материал средней плотностью 200-400 кг/м3, прочностью на сжатие 0,22-0,8 МПа и теплопроводностью 0,048-0,07 Вт/м°С, не уступающий по физико-техническим показателям, а по теплофизическим свойствам превосходящий известные аналоги.

Достоверность полученных результатов обеспечена испытанием достаточного количества образцов-близнецов, комплексным характером проведенных исследований, выполненных с применением современных методов ЭВМ, результатами физико-химических и термомеханических испытаний, проверкой результатов лабораторных данных в производственных условиях.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работа доложены на второй научно-практической конференции молодых ученых, аспирантов и докторантов «Строительство - формирование среды жизнедеятельности» в 1999 г. и на пятой научно-технической конференции «Проблемы строительной физики систем обеспечения микроклимата и энергосбережения в зданиях» в 2000 г. в МГСУ.

Публикации. Основные положения работы отражены в трех печатных трудах. Работы выполнялись в соответствии с координациотгым планом научно-исследовательских работ по межвузовой НТП «Архитектура и строительство», по фундаментальным исследованиям в области архитектуры и строительных наук «Грант» и планам НИР МГСУ.

Внедрение результатов работы. Результаты исследований реализованы при изготовлении опытной партии перлитобетонных блоков на Мытищинском заводе «Стройперлит».

На защиту выносятся:

• теоретические предпосылки и результаты экспериментальных исследований возможности получения теплоизоляционного лерлитобетона из подвижных масс, обладающих способностью создания избыточного давления в замкнутых объемах;

• представление о механизме фильтрационного массопереноса в системе, имеющей в своем составе пористый компонент;

• особенности действия объемного прессования на структурообразова-ние перлитобетона;

• результаты исследования и разработки принципов энергосберегающей технологии объемного прессования для производства перлитобетона;

• результаты исследования по выбору оптимальных режимов тепловой обработки для изделий различной плотности;

• результаты исследования свойств перлитобетона;

• технико-экономическое обоснование производства перлитобетона по разработанной технологии.

Объем работы: Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка использованной литературы и приложений; содержит 140 страниц машинописного текста, 17 таблиц, 41 рисунок.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Идея использования вспученных вулканических стекол в легких бетонах принадлежала советским ученым во главе с П.П. Будниковым. В даль-

нейшем исследования В.П. Петрова, В.В. Наседкина, И.Н. Кальянова, A.B. Жукова, М.З. Симонова, В.Г. Довжика, А.Г. Бужевича, М.Т. Седаковой, Н.М. Тимофеевой, Р.Р. Саркисян, A.C. Тимофеевой, Л.П. Орентлихер, И.Л. Майзеля, Е.Г. Овчаренко, A.A. Крупы, О.П. Никифоровой выявили уникальные свойства перлитовых пород, разработали оптимальные режимы вспучивания перлита, технологии получения новых высококачественных материалов, описали свойства перлита как пористого заполнителя.

В мировой практике перлитобетон применяется в основном для изготовления теплоизоляционных и конструкционно-теплоизоляционных материалов плотностью 300-800 кг/м3 и прочностью при сжатии 0.3-5 МПа. Перлитобетон по сравнению с другими видами особо легких бетонов имеет лучшш теплофизические свойства. Как преимущества, так и недостатки перлитобе-тонов являются следствием ярко выраженных специфических особенносте! заполнителя. В бывшем СССР в 50-70 годы многие организации активно за нимались исследованием свойств перлита и разработкой новых строительны} материалов на его основе. Однако производство подобного материала не по лучило широкого развития из-за неэффективных технологий, в том числе из за применения асбеста в качестве армирующего компошлгта. Для эффекгив ного использования положительных свойств перлита и снижения его недос татков, необходимы новые технологические подходы и приемы.

Одним из путей решения этих проблем является применение для произ водства теплоизоляционного перлитобетона метода объемного прессования суть которого заключается в следующем. Перлитобетонная смесь с влажно стью 260-280% заливается в замкнутый перфорированный объем. Через 5Л минут после подключения смеси в цепь переменного тока в форме развивает ся температура более 80 °С и за счет введенного в массу ограниченного ко личества бисерного полистирола (2-3%) в замкнутом объеме развивается из быточное давление 0,1-0,2 МПа. Начинается равномерное объемное уплот нение композиции с отжатием избыточной влаги. В подобных системах оп

ределяющей становится не начальная, а конечная влажность, оставшаяся после отжатая на этапе формования. По окончании электропрогрева и выдержки свежеотформованный перлитобетон подсушивается на поддоне в течение 4-6 часов вместо 12-16 по известным технологиям.

При проведении исследований использовались следующие материалы: вспученный перлит завода «Стройперлит» (г. Мытищи, Московская обл.); цемент марки 400, 500 Воскресенского цементного завода; полистирол фирмы «BASF» (ФРГ).

Закономерности поведения перлитобетона зависят от свойств основных структурных элементов: вспученного перлитового песка, уплотняющей добавки (бисерного или подвспененного полистирола), вяжущего и характера взаимосвязи между этими структурными элементами, проявляющейся на фазовом, макро- и на молекулярном уровнях.

В исходной формовочной смеси происходит миграция влаги из растворной части в зерна заполнителя, а через некоторое время из зерен в окружающую оболочку. В дальнейшем эта миграция периодически меняет направление, пока в системе не установится равновесное влажностное состояние. Таким образом, бетонная смесь ведет себя как саморегулирующаяся система, а процесс становления равновесной влажности в рассматриваемой системе подчиняется закону маятника.

Другая особенность легкого бетона - повышенное сцепление пористого заполнителя с растворной частью. При затворении легкобетонной смеси водой зерна пористого заполнителя набухают, а поскольку коэффициент линейного расширения заполнителя больше соответствующего значения для цементного раствора, последний будет обжимать зерно пористого заполнителя, усиливая сцепление с матрицей и повышая прочность контактной зоны.

По мере насыщения вспученного перлита водой, содержащийся в нем воздух, вытесняется к центру зерен. Причем воздух не только защемляется, но и сжимается в порах и капиллярах зерен перлита.

Подключение формуемого объема в цепь переменного тока интенсифицирует все процессы, протекающие в материале. По мере разогрева смеси все большее влияние на процессы, протекающие в прогреваемом объеме, начинает оказывать напряженное состояние и кинетика его изменения. Напряженное состояние в каждой точке уплотняемого объема является суммарным эффектом группы физических воздействий. В их числе: расширение уплотняющего компонента, температурное расширение воздуха и воды. Исследованиями установлено, что до температур 80°С существенный вклад в формирование интегрального внутреннего давления вносит температурное расширение воздушной и паро-воздушной смеси, заключенной в ячейках и капиллярах структуры. Максимальное внутреннее давление, создаваемое при этом может достигать до ЮкПа. Выделение тепла на этом этапе происходит равномерно по всему объему и ведет к насыщению жидкой фазы продуктами гидролиза и к понижению удельного электросопротивления смеси. Температура в центральных областях несколько опережает периферийные из-за потерь тепла через периметр уплотняемого объема. Движение масс незначительно и происходит, в основном, за счет градиента температур. Удаление жидкой фазы из уплотняемого объема и эффективного уплотнения микроструктуры практически не происходит.

Следующий этап (при температурах больших 80°С) характеризуется принудительным и интенсивным снижением влажности смеси. В этом температурном интервале начинает проявлять активность уплотняющий компонент. Происходит быстрое увеличение давления, достигающее своего максимума. Вклад в формирование напряженного состояния от температурного расширения жидкой и твердой фаз незначителен. Для этого периода характерны активное перемещение вещества, отжатое жидкой фазы, релаксационные процессы. Причинами релаксации давления в уплотняемом объеме являются интенсивный массоперенос, выдавливание воздуха из свободных объемов и отжатие жидкой фазы через перфорацию формы наружу. Интен-

сивность массопереноса определяется содержанием и активностью уплотняющего компонента, режимом электропрогрева, характером перфорации стенок формы и их величиной. Величина потоков вещества и влаги определяется градиентами давлений и температур. Распределение температур и давлений имеет ¡параболоидный вид, так как нагрев пограничных областей уплотняемого объёма продолжает отставать от центральных. Общий поток массы можно представить как сумму плотностей частных потоков, которые направлены перпендикулярно поверхностям, образующим уплотняемый объём по направлению от. центра к периферии. Отжатие влаги из уплотняемого объема влечет за собой рост интегральных значений удельного электросопротивления, снижение теплопроводности смеси, что сказывается на характере тепловыделений.

Движение частиц массы и жидкой фазы влечет за собой разрушение экранирующих пленок, что в итоге увеличивает открытую поверхность частиц, создает условия для интенсивного растворения минералов, насыщения жидкой фазы продуктами гидролиза, предопределяя увеличение скорости химических реакций, как на поверхности частиц, так и в жидкой фазе и создает благоприятные условия для формирования микроструктуры материала.

После отжатия влаги, процесс вспенивания полистирола продолжается еще некоторое время, уплотняя матрицу и перекрывая часть капиллярных пор, возникших в процессе фильтрации влаги.

По мере дальнейшего прогрева наступает период стабилизации структуры. Энергия уплотняющего компонента исчерпана, а удельное электросопротивление смеси поднимается настолько, что значительно снижает- тепловыделение. Давление в системе сохраняется до тех пор, пока поддерживается повышенная температура и снижается по мере остывания материала. На этом этапе начинается кристаллизационные процессы, в том числе и на поверхностях частиц вяжущего и капилляров перлита. Твердение происходит при повышенных температурах и давлениях.

Установлено, что оптимальные условия структурообразования должны быть такими, при которых отжатие воды осуществлялось бы из смеси, обладающей подвижностью, а прекращалось в период потери ею этого свойства и приобретения начальной структурной прочности. Таким образом, выжимание воды должно происходить на завершающей стадии формования, когда свою роль регулятора подвижности смеси она выполнила.

По окончании формования сырец необходимо выдерживать некоторое время в форме, т.к. распалубку необходимо производить с учетом объемно-напряженного состояния бетона. Если несвоевременно ее открыть, то произойдет разуплотнение структуры, а в некоторых случаях и разрушение бетона. Выяснено, что окончательное вспенивание полистирола происходит через 20-30 минут, а длительность выдержки в закрытой форме составляет 12 часа. Причем при кратковременной выдержки в течение 15 минут недобор прочности составляет около 30%.

На основании рентгеноструктурных, термических и микроскопических исследований микроструктуры перлитобетона установлено, что перлитобе-тон объемного прессования в отличие от литьевого активно вовлекает в процесс новообразования стеклофазу перлита. Рентгенофазовый анализ соотношений кристаллической и аморфной фаз бетонов, полученных по обеим технологиям, показывает, что в образцах перлитобетона объемного прессования наблюдается повышение степени кристалличности от 0,3 до 2%.

Для проверки гипотезы вовлечения перлита в процесс химического обмена и увеличения количества кристаллических фаз, были проведены электронно-микроскопические исследования бетонов обеих технологий и образцов вспученного перлита, т.е. было проведено сравнение морфологий образцов. Установлено, что основным отличительным признаком бетона объемного прессования является хорошо сформированный контакт между частицами перлита и цемента. В бетоне хорошо наблюдаются контактные зоны минеральных ингредиентов и легко анализируются их морфологические осо-

бенности (рис. 1 а,б,в). В образце же бетона, полученного по традиционной технологии, связь цементной матрицы с зернами перлита значительно слабее. Анализ макро и микропористости образцов выявил, что макропористость изделий традиционной технологии приблизительно на 7% выше, чем у перли-тобетона объемного прессования. Микропористость же цементного камня предлагаемого бетона почти на 17% ниже, чем у изготовленного по традиционной технологии. Установлено, что опытные изделия, в отличие от традиционных (рис. 1 г), имеют равномерно распределенную мелкопористую структуру (размер пор 40 - 300 мкм), что сказалось на улучшении теплофи-зических и прочностных показателей.

Метод объемного прессования позволил получить изделия плотностью 200 кг/м3, чего невозможно достичь при литьевой технологии. При этом прочностные показатели исследуемого материала не уступают своим аналогам. Прочность при изгибе может быть повышена применением армирующих слоев, которые пршггамповываются к блокам во время формования.

Для снижения водопотребности смеси часть образцов изготавливалась с добавками жидкого стекла и силиконатов натрия - ГКЖ-10 и ГКЖ-11. Установлено, что добавки пластифицирующего и гидрофобизирующего действия являются также электролитами, снижи расход электроэнергии.

Технология перлитобетона объемного прессования включает в себя приготовление смеси, формование и две стадии тепловой обработки. Смесь, состоящая из вспученного перлита, цемента, воды, уплотняющего компонента и добавок, приготавливается в смесителе принудительного действия и помещается в замкнутые перфорированные формы. Формование совмещается с первой стадией тепловой обработки - электропрогревом. Затем после термосного выдерживания и распалубки изделия досушиваются горячим воздухом в установках непрерывного или периодического действия.

в) х 700 г) х 400

Рис. 1 Микрофотографии перлитобетона объемного прессования плотностью 300 кг/м3 (а,б,в) и контрольного образца, изготовленного по традиционной литьевой технологии (г)

Оптимизация составов и технологических параметров базируется на системном анализе технологии. Каждый отдельный элемент системы; адекватен основному технологическому переделу. На первом этапе устанавливают все факторы, оказывающие влияние на результат; далее выделяют группы факторов, имеющих наибольшее влияние, и определяют характер взаимосвязи между ними и функциями отклика - выходными параметрами данного технологического передела. Численно выраженная функциональная взаимосвязь между факторами и результатом называется моделью данного процесса.

Структурная блок-схема технологии представлена на рис.2. Анализ предварительной информации позволил установить группу факторо в, в наибольшей степени влияющих на результат, изучение взаимосвязи между которыми, в том числе и поиск оп тимума, осуществляется по отдельным технологическим переделам.

Полученные аналитические зависимости, описывающие взаимосвязь между факторами, могут быть использованы при первичной оценке оптимальных технологических параметров режима или прог нозировании свойств изделий.

Полученные полиномы и их графические интерпретации систематизированы в номограммы, описывающие электропрогрев перлитобетонной смеси с последующим выдерживанием сырца в формах и сушку издели й на поддоне (рис. 3,4).

Рис.2 Структурная блок-схема технологии перлитобетона

Расход перлитового песка XI Электрическое напряжение Х15

Расход вяжущего Х2 Расстояние между электродами Хи>

Расход уплотняющего компонента Х3 Время тепловой обработки Хп

Расход воды Х4 Время выдержки хц

Средняя плотность перлитового песка Х5 Объем отжимаемой влаги Х19

Активность вяжущего Хб Прочность сырца Хзд

Активность уплотняющего компонента X? Влажность сырца Х21

Вид смесительного устройства X» Средняя плотность сырца Х22

Частота вращения рабочего органа Х9 Способ сушки Х23

Время перемешивания Хю Температура теплоносителя

Влажность смеси (абсолютная) Хц Время сушки *25

Средняя плотность смеси *и Влажность изделий после сушки Хгб

Однородность смеси Хц Прочность изделий после сушки Х27

Способ тепловой обработки Х14 Средняя плотность изделий Х28

Теплопроводность изделий Хи

Производственная проверка разработанной технологии осуществлялась па заводе «Стройперлит». Результаты испытаний представлены в табл.1

Таблица 1

Физико-технические показатели перлитобетона объемного прессования

Плотность Коэффициент теп- Сорбционная Водопоглоше

кг/м3 Прочность, МПа лопроводности, влажность, % ние,%

Лсж Я изг Вт/м°С 1 суг 3 сут по М по V

200 0,16-0,22 0,1 0,048-0,052 2,3 2,7 179 51

250 0,26-0,44 0,19 0,05-0,06 2,3 3 146 49,8

300 0,34-0,58 0,26 0,062-0,068 2,3 3,2 102 37,9

350 0,55-0,65 0,35 0,065-0,069 2,2 2,8 95,6 37,3

400 0,7-0,8 0,59 0,07-0,072 2,4 2,8 85,7 37

Отличительная особенность новой технологии заключается:

• в улучшении физико-механических и теплоизоляционных свойств;

• в возможности использования автоматизации и механизации процесса производства;

а

<а о Е 3

2 к Н о

е °

I §

& и л-«

о ю

¡1 2 2

&3 м

1 з

1600

14001

1200 1000

800

600 10

8

6 4

£

■е- 5

(ПК А ¡2 £ 2

00 у 1г> \ < £ N %

' л %

к А чЧ

\ кЧ %

1

1,5 1,75 2,0 2,25 2 Время выдержки, час

г

/ —V ф

90 100 110 120 130

Электрическое напряжение, В

Рис. 3. Номограмма выбора параметров электропрогрева и времени термосного выдерживания

300 500 700 900 1100 1300 Средняя плотность сыр ид, кг/мЗ

Рис. 4.. Номограмма выбора режима сутки перлмгобетонньтх изделкй

• в отказе от использования асбеста при изготовлении изделий с подобными или улучшенными механическими показателями;

• в возможности изготовления на одной технологической линии, используя минимальное количество сменных рам, фасонных изделий и блоков различной конфигурации и размеров;

• в уменьшении расходов топлива и электроэнергии, значительного сокращения времени на сушку изделий (с 12-16 до 4-6 часов);

• в значительном сокращении парка металлических форм.

Предлагаемая технология теплоизоляционного перлитобетона может быть внедрена на подобных предприятиях без значительных капитальных затрат.

Перлитобетошше изделия могут примешггься:

• в ¡виде теплоизоляционного слоя в трехслойных панелях (аналоги - полистиролбетон, ячеистый бетон);

• в виде блоков для заполнения колодцевой или модифицированной колодцевой кладки (аналог - ячеистый бетон);

• в качестве утеплителя для кровель.

Технико-экономическое расчеты показали, что себестоимость 1м3 перлитобетона объемного прессования составляет 1790 рублей, что на 12% ниже по сравнению с аналогичными перлитоцементными изделиями, выпускаемыми Апрслевским опытным заводом теплоизоляционных изделий.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Экспериментально подтверждена научная гипотеза о возможности получения теплоизоляционного перлитобетона с улучшенными свойствами

методом комплексного гидротеплосилового воздействия на литые активные массы.

2. Анализ структуры бетона свидетельствует, что элекгротермосиловое поле способствует увеличению реагирующих поверхностей, повышает интенсивность химических реакций, модифицирует их природу, вовлекая в создание новообразований активную стеклофазу перлита.

3. Разработана методика подбора оптимального состава перлитобетона объемного прессования. При этом определяющим становится не начальная, а конечная влажность системы, оставшаяся после отжатая на этапе электропрогрева.

4. Изучаемые смеси имеют верхний предел содержания воды затворе-гшя 260-280% при достаточной подвижности и сохранении связности. Снижение водосодержания смеси за счет отжатая воды должно происходить на завершающей стадии формования, когда вода свою роль регулятора подвижности смеси выполнила.

5. Длительность электропрогрева смеси до полного уплотнения составляет 20-25 минут, активное водоотделение начинается через 10-12 минут по-;ле начала электропрогрева. По окончании формования перлитобетон необходимо выдержать в форме 1,5-2 часа.

6. Применение математического аппарата позволило аналитически эписать процессы, протекающие при электропрогреве активных масс, вы-зрать технологические параметры и прогнозировать свойства изделий.

7. Полученный материал по теплофизическим свойствам превосходит известные аналоги. Установлено, что макропористость бетона объемного фессования на 7%, а микропористость цементного камня на 17% ниже по-эистости традиционных изделий. Бетон имеет равномерно распределенную лелкопористуго структуру (размер пор 40 - 300 мкм), что сказалось на улуч-пении теплофизических и прочностных показателей.

•-:; 8. Экономический эффект новой технологии складывается из следующих статей: сокращения времени сушки изделий (с 12-16 до 4-6 часов), уменьшения парка металлических форм, ликвидации асбеста и линии по его подготовке, возможность механизации и автоматизации линии.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:

1. Подпоринова A.B. Эффективные легкие бетоны. В кн. Материалы Второй научно-практической конференции молодых ученых, аспирантов и докторантов «Строительство - формирование среды жизнедеятельности». МГСУ, М., 1999

2. Жуков А.Д., Подпоринова A.B. Эффективная теплоизоляция. Стройка. Еженедельное приложение к справочнику Строитель. - М.: Норма, № 13, 1999

3. Соков В.Н., Жуков А.Д., Подпоринова A.B., Чернова Г.Р. Некоторые аспекты создания строительных материалов в условиях гидротеплосилового поля. В кн. Проблемы строительной физики систем обеспечения микроклимата и энергосбережения в зданиях. Материалы Пятой научно-практической конференции, МГСУ, М., 2000

Введение

Глава 1. Анализ состояния производства теплоизоляционного перлито- 8 бетона в стране и за рубежом

1.1. Область применения легких бетонов на пористых заполнителях

1.2. Теплоизоляционные перлитобетоны и перлитоцементные изделия.

Область применения и свойства

1.3. Технологические приемы, направленные на улучшение свойств перлитобетона ^

Глава 2. Цель, задачи и общая методика исследований

2.1. Цель и задачи исследования

2.2. Методика проведения экспериментов

2.2.1. Изучение свойств исходных компонентов

2.2.2. Исследование физико-механических и теплоизоляционных свойств перлитобетона

2.2.3. Изучение структурообразования и реологических характеристик формовочной массы ^ *

2.2.4. Исследование процессов тепло- и массопереноса и формирования напряженного состояния при электропрогреве

2.2.5. Исследование микроструктуры материала

2.3. Использование аппарата математического планирования эксперимента

Глава 3. Теоретические основы получения перлитобетона в электротермосиловом поле

3.1 Закономерности формирования структуры перлитобетонных смесей 39 3.2. Тепло-массоперенос и формирование структуры материала в уело- 50 виях гидротеплосилового воздействия

3.2.1. Закономерности формирования напряженного состояния

3.2.2. Массоперенос и условия релаксации напряженного состояния

3.3. Закономерности гидратации и формирования микроструктуры материала

3.3.1. Исследование влияния совокупного воздействия температур и давлении на гидратацию вяжущего

3.3.2. Формирование микроструктуры перлитобетона на стадиях активного прогрева и выдерживания

3.4. Особенности структурообразования перлитобетона при сушке

Глава 4. Результаты исследования микроструктуры и физико- 74 технических свойств перлитобетона

4.1. Исследование свойств микроструктуры перлитобетона

4.2. Изучение механических и теплофизических свойств перлитобетона

4.3. Изучение возможности применения химических добавок в техноло- 91 гии объемного прессования

Глава 5. Разработка технологии перлитобетона объемного прессования.

Результаты производственных испытаний и технико-экономическое ол обоснование предложенной технологии

5.1 Системный анализ технологии перлитобетона и математическое моделирование процессов его изготовления

5.2. Методика выбора основных технологических параметров и прогно- 114 зирования свойств перлитобетона

5.3. Методика проектирования состава перлитобетона

5.4. Производственная проверка исследований

5.5. Разработка технологической линии по производству перлитобетона объемного прессования

5.6. Технико-экономическое обоснование предложенной технологии теплоизоляционного перлитобетона

5.7. Рекомендации по применению 123 Общие выводы 124 Литература 125 Приложения

Борьба за сохранение тепла ведется человечеством с давних пор. За всю историю было разработано множество строительных конструкций с использованием разных теплоизоляционных материалов. В нашей стране на отопление 1м2 площади зданий расходуется топлива в два раза больше, чем в Германии и в три раза больше, чем в Швеции и Финляндии. Такие страны как Дания и США находились 20 лет назад на том же уровне энергопотребления, что и бывший Советский Союз. За эти годы развитые зарубежные страны достигли 20-25% энергосберегающего эффекта в жилищно-коммунальной сфере благодаря комплексному подходу к этой проблеме, когда были решены законодательные, нормативные, административные, экономические и технические вопросы энергосбережения. Для решения этих проблем в нашей стране были приняты постановления Минстроя РФ № 18-81 от 11.08.1995 г. и № 18-8 от 19.01.1998 г., которые ввели в действие изменения № 3 и 4 в СниП II-3 «Строительная теплотехника», обеспечивающие впервые в России существенное увеличение уровня теплозащиты новых и конструируемых зданий. Основное влияние новых норм заключается в стимулировании рынка новых энергосберегающих технологий. Переход на повышенную теплозащиту зданий возможен либо за счет использования эффективных теплоизоляционных материалов, либо за счет применения новых технологий создания ограждающих конструкций или за счет того и другого.

Легкий бетон как материал широких возможностей наиболее полно отвечает задачам технического прогресса в строительстве. Он имеет большую моро-зо- и трещиностойкость, меньшую эксплуатационную влажность и ползучесть по сравнению с ячеистыми бетонами [49]. В общем объеме выпуска легкого бетона доля конструкционно-теплоизоляционного бетона составляет около 30%, а остальная часть - утеплители низких марок. Актуальной задачей на сегодняшний день является повышение качества теплоизоляционного бетона [57]. Одним из перспективных направлений является разработка новых особо легких бетонов на основе вспученного перлита. Благодаря ряду положительных свойств: высоким теплоизоляционным и акустическим показателям, огне- и хладостойкости, долговечности и экономичности, перлитобетон мог бы более активно использоваться в качестве теплоизоляционного и теплоизоляционно-конструкционного материала. Ограничивающими факторами более широкого его применения являются такие недостатки, как большое водопоглощение и повышенные расходы перлита вследствии разрушения зерен в процессе изготовления изделий.

Актуальность проблемы.

Актуальной задачей современного строительства является разработка и применение новых эффективных теплоизоляционных материалов. Одним из перспективных направлений является создание новых технологий легких и особо легких бетонов на основе вспученного перлита. В строительстве перлитобетон применяется в основном для изготовления теплоизоляционных и конструкционно-теплоизоляционных материалов плотностью 300-800 кг/м3 и прочностью при сжатии 0,3-5 МПа. При одинаковых плотностях с керамзитобетоном и автоклавным ячеистым бетоном (300-500 кг/м3) теплопроводность перлитобето-на ниже на 25-27%. Однако производство подобного материала не получило широкого развития из-за неэффективных технологий.

Цель работы:

Целью исследования является разработка энергосберегающей технологии эффективного перлитобетона методом форсированного электропрогрева активных литых масс, находящихся в замкнутом объеме.

Научная новизна работы:

• исследован механизм тепло- массопереноса, определяющий закономерности теплосилового воздействия на формуемые массы и лежащий в основе процессов формирования макроструктуры материала;

• изучены физико-химические закономерности формирования микроструктуры бетона при комплексном воздействии на формуемые массы энергией гидротеплосилового поля;

• на основе системного анализа построена математическая модель технологии. Разработана методика подбора состава, прогнозирования свойств и выбора технологических параметров. Решена задача оптимизации основных технологических переделов.

Практическая значимость работы:

Разработана поточно-конвейерная технология. Параметры технологии опробованы в производственных условиях завода «Стройперлит» (г. Мытищи Моск. обл.). Применение предлагаемой технологии позволит наладить массовое производство теплоизоляционных перлитобетонных изделий.

Получен теплоизоляционный материал, не уступающий по физико-техническим показателям, а по теплофизическим свойствам превосходящий известные аналоги характеризующийся средней плотностью 200-400 кг/м3, прочностью на сжатие 0,22-0,8 МПа, теплопроводностью 0,048-0,07 Вт/м°С.

Достоверность полученных результатов обеспечена испытанием достаточного количества образцов-близнецов, комплексным характером проведенных исследований, выполненных с применением современных методов ЭВМ, результатами физико-химических и термомеханических испытаний, проверкой результатов лабораторных данных в производственных условиях.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены на второй научно-практической конференции молодых ученых, аспирантов и докторантов «Строительство - формирование среды жизнедеятельности» в 1999 г. и на пятой научно-технической конференции «Проблемы строительной физики систем обеспечения микроклимата и энергосбережения в зданиях» в 2000 г. в МГСУ.

Публикации. Основные положения работы отражены в трех печатных трудах. Работы выполнялись в соответствии с координационным планом научно-исследовательских работ по межвузовой НТП «Архитектура и строительство», по фундаментальным исследованиям в области архитектуры и строительных наук «Грант» и планам НИР МГСУ.

Внедрение результатов работы. Результаты исследований реализованы при изготовлении опытной партии перлитобетонных блоков на Мытищинском заводе «Стройперлит».

На защиту выносятся:

• теоретические предпосылки и результаты экспериментальных исследований возможности получения теплоизоляционного перлитобетона из подвижных масс, обладающих способностью создания избыточного давления в замкнутых объемах;

• представление о механизме фильтрационного массопереноса в системе, имеющей в своем составе пористый компонент;

• особенности действия объемного прессования на структурообразование перлитобетона;

• результаты исследования и разработки принципов энергосберегающей технологии объемного прессования для производства перлитобетона;

• результаты исследования по выбору оптимальных режимов тепловой обработки для изделий различной плотности;

• результаты исследования свойств перлитобетона;

• технико-экономическое обоснование производства перлитобетона по разработанной технологии.

Автор выражает благодарность за оказанную помощь профессору, д.т.н. Граневу В.В. и доценту, к.т.н. Жукову А.Д.