автореферат диссертации по химической технологии, 05.17.11, диссертация на тему:Твердение бетона в условиях сухого прогрева

РГб од

/ О ИИ¡1 '{-ЛЬВОВСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ / О 1'Л«У

На правах рукописи

УДК 666.972.16:624.012.35; . 666.982.2

АЛЬ-ХАБУБИ ФАРИС ТВЕРДЕНИЕ БЕТОНА В УСЛОВИЯХ СУХОГО ПРОГРЕВА

Специальность 05Л7.11 - Технология силикатных и тугоплавких неметаллических материалов

Специальность 05.23.05 - Строительные материалы и

изделия

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой- .степени кандидата технических наук

Львов - 1993

Работа выполнена во Львовском политехническом институте

Научный руководитель - кандидат технических наук,

доцент Бобык И.С.

Официальные оппоненты: доктор технических наук,

профессор Сергеев A.M.

кандидат технических наук •Паламар З.С.

Ведущая организация - Львовский домостроительный

• комбинат № 2

Защита состоится "_" апреля 1993 года в_, часов на

заседании специализированного совета К 068.36.03 при Львовском политехническом институте по адресу: 290646, г.Львов-13, ул. С.Бандеры,12, учебный корпус 9.

С диссертацией моино ознакомиться в библиотеке Львовского политехнического института

Автореферат разослан "_" марта 1993 г.

Ученый секретарь специализированного совета кандидат технических наук,доцент

Я.И.Вахула

ОБЩАЯ ХАРАКШЖТИКА РАШШ

Актуальность теми.

Технический прогресс современного строительства потребовал серьезного пересмотра основных вопросов технологии бетона. Особенно это относится к способам ускоренного твердения бетонных, и -железобетонных изделий. Дальнейшее совершенствование способов ускоренного твердения бетонов должно базироваться на исследованиях физико-химических процессов с тру кту ро о б раз о в зя ия и формировании свойств этого конгломерата. .' •

Важнейпмм вопросом на всех без исключения заводах железобетонных изделий является тепловая обработка, осуществляемая в ямнкх или тунельных камерах пропарявания. Ускоренное изготовление бетонных изделий предусматривает интенсификацию процессов твердения бетона при одновременном получения материала с заданными физико-механическими и другими показателями, что требует $чэта всех технологических характеристик бетонной смеси.

Применение любого из способов тепловой обработки должно бази-' роваться на получении изделий требуемой рас палубочной, отпускной и проектной прочности изделий при нормативных расходах цемента и теплознергозатратах. •

В последнее время в производстве бетонных и железобетонных изделий находит широкое применение тепловой обработки бетона в высокотемпературной сухой среде:

Так, например, тепловая обработка бетона горячими газами, является более экономичной и менее энергоемкой. Применение такого способа ускоренного твердения бетона уменьшает затраты на тепловую обработку и обеспечивает получение изделий с заданной остаточной влажностью, что особенно важно для изделий из конструкционно-теплоизоляционных бетонов. "

Структурные изменения возникают в бетоне в период его нагрева и практически является причиной дефектной структуры бетона, подвергнутого тепловой обработке. Чем больше водосодержание и пористость бетона, тем чувствительнее он к режимам тепловой- обработки.

При тепловой обработке бетона в сухой среде имеет место различное направление температурного и аяажностного градиентов, что снижает деструктурные изменения в твердетадеи бетоне.

В отличие от гяхелого бетона формирование свойств легкого бетона происходит в условиях взаимодействия двух капиллярно-пористых систем цементного теста, постепенно в цементный камень, и пористых заполнителей.

Целью работы является усовершенствование технологии производства изделий крупнопанельного домостроения, повышение их качества и заводской готовности путем замены пропарки тепловой обработкой изделий в сухой среде.

Научная новизна работы состоит в следующем:

- определены оптимальные параметры тепловой обработки легких и обычных бетонов продуктами сгорания природного газа;

- найден способ защиты открытых поверхностей бетонных изделий для уменьшения потерь влаги в процессе сухого прогрева;

- научно обоснованы режимы влачдаостного твердения легких бетонов на пористых заполнителях в сухой среде и роль золы в формировании структуры бетона.

Автор звщщает:

- параметры тепловой обработки изделий из тяжелых бетонов продуктами сгорания природного газа;

- использование золы Бурштынской ГЭС в качестве микронаполнителя тяжелых бетонов;

- использование побочных продуктов в качестве пластифицирующих добавок тяжелых бетонов;

- условия тепловой обработки изделий из легких бетонов на пористых заполнителях.

Практическая значимость и реализация работы.

Достигнуто повышение производительности щелевых камер путем сокращения общего цикла тепловой обработки бетонных изделий. Обеспечена экономия цемента и керамзита за счет применения золы ТЭС, а также улучшено качество и заводская готовность изделий КПД.

Экономический эффект от внедрения работы на Львовском ДСК составил 3,5 млн.руб. в 1991 году.

Результаты работы использованы при разработке "Инструкции по тепловой обработке изделий из легких бетонов в сухой среде".

Апробация работы.

Основные положения и результаты работы докладывались на научно-технических конференциях профессорско-преподавательского соста-

ва Львовского политехнического института, г.Львов, 1989-1992 г.г.

По теме диссертации опубликованы тезисы двух докладов и две статьи.

Структура и объем диссертации.

Диссертация состоит из введения, шести разделов, быводов, списка литературы и приложения.

Работа изложена на •/•/¿страницах машинописного текста, подержит таблиц, // рисунков. Список литературы включает /¿¿> наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОЙ

Состояние вопроса.- - - —

Одним из наиболее прогрессивных способов ускоренного твердения бетона считается электропрогрев, который позволяет быстро нагреть бетонные изделия любой толщины без внутренних перепадов температуры. Несмотря на положительные результаты исследований, область применения злектропрогрева э производстве сборного железобетона пока весьма ограничена из-за невозможности применения в гус-тоармированных конструкциях и нерешенной проблемы изоляции арматуры, закладных деталей и узлов металлических форл. Поэтому более распространенной является тепловая обработка бетонных изделий и конструкций.

Вопросу выбора наиболее пкономных и эффективных режимов тепловой обработки, а таюке выявлению особенностей процессов твердения бетонов на цементах различного минералогического состава посвящены работы С.А.Миронова, И.Б.Кравченко, Н.Г.Власовой, В.И.Сороке-ра, В. Е.Бойко и др. При выборе режимов термообработки следует стремиться не'только к обеспечению полноты гидратации цемента, но и не допустить 'значительных перепадов температуры и влаги в изделиях, приводящих к образованию дефектной структуры бетона. Исследовании теплофизических процессов, протекающих при тепловой рбработке бетонов, а именно продуктами сгорания природного газа, посвящено весьма ограниченное количество работ. Поэтому возникает необходимость более полного изучения процессов структурообразовпния и кинетики, режимов тепловой обработки изделий в сухой среде.

Исследования проьодили на ереднеалюминатном цемрнте Николаевского ЦГК. В качестве пластифициругацкх добавок применяли супер-пластифихатор С-о и пластификатор формиатный ПФ.

Физико-механические испытания цементов, заполнителей и бетонов проводили в соответствии с ГОСТом и действующими техническими условиями.

Для проведения исследований по твердению бетонов в условиях сухого прогрева была сконструирована лабораторная установка с автоматическим регулированием температуры и влажности среды, а такте измерением температура бетона в процессе тепловой обработки.

Исследование кинетики нагрева и влагоотдачи бетона при сухом прогреве проводили в металлических формах размером 300x400x100 км, 450x600x150 ш и 600x600x200 т, а также формовали образцы-кубы размером 10x10x10 см, 15x15x15 см и 20x20x20 см.

Температуру среды и бетона замеряли хромель-копелевыми термопарами.

Распределение влаги по толщине бетонных образцов определяли путем отбора проб бетона из различных зон образцов в процессе тепловой обработки.

Дяя уменьшения потерь влаги открытую поверхность бетонных образцов покрывали эмульсолом.

Основные- результаты исследований

Экспериментальными исследованиями на бетонах марок 200. и 300 было установлено, что традиционный способ тепловой обработки - ■ пропарка при -С = 85°С по речиму 2+-6+2 часа, обеспечивает получение бетонных изделий с 45-50 % прочностью сразу после пропарки и 85-90 % прочность?) в 28-дневном возрасте после пропарки.

Твердение бетона в сухой среде отличается от твердения бетона при пропарке. Кинетика нагрева-бетона уменьшается за счет снижения коэффициента теплопередачи от теплогазового носителя к бетону. На кинетику нагрева бетона значительное влияние оказывает модуль поверхности изделий и площадь поверхности изделий.

В процессе нагрева батона при тепловой обработке изделий продуктами сгорания природного газа имеет место значительная потеря влаги открытой поверхностью бетонных изделий, что в значительной степени снижает скорость нагрева бетонных изделий.

Как показали исследования, короткие режимы тепловой обработки 5+4+2 часа в сухой среде при теыпературе газового потока 85°С не позволяют получить даже 45 % марочной прочности. Увеличение' длительности тепловой обработки до 9 часов при температуре газового потока 85°С не оказывает существенного влияния"на прочность

сразу после тепловой обработки и марочную прочность бетона.

Более рациональным является повышение температуры газовой среды до 95° и применение добавки.С-3 для снижения водопотребнос-ти бетонной смеси. Положительное влияние на кинетику твердения бетона в условиях сухого прогрева оказывает предварительный разогрев бетонной смеси до температуры 40°С, что легко достигается применением горячей воды затворения._ '• •

Дальнейшими .-экспериментальными исследованиями установлено влияние режимов сухого прогрева продуктами сгорания природного газа на кинетику структуросбразования и прочность бетона. Для получения изделий с 70 % прочность« после тепловой обработки и минимальным недобором марочной прочности необходимо применять режим 3+14+2 часа при температуре газового потока 85-90°С. Кроме этого, открытую поверхность изделий необходимо покрывать змульсолом, а в бетонную смесь вводить суперпластифккатор С-3 в количестве 0,50,6 % от веса цемента.

Потеря влаги твердеющим бетоном оказывает существенное влияние на его структурно-механические свойства. В то*е время величина потерь влаги твердеющим бетоном в условиях сухого прогрева зависит от водоцементного отношения в бетонной смеси.

Интенсивное испарение влаги из твердеющего бетона приводит к образованию направленной капиллярной пористости и в конечном итоге к ухудшение физико-технических свойств бетонов,- твердеющих в условиях сухого прогрева.

Применение пластифицирующих химических добавок, является наиболее эффективным и простым способом улучшения реологических свойств бетонной смеси и снижения ее водопотребности.

Исследованиями установлено, что для бетонов, твердеющих в условиях сухого прогрева целесообразно применять добавки типа С-3 и I®, т.к. пластифицирующие добавки на основе лигносульфонатов тормозят процессы структурообразования-в начальный период твердения бетона, что отрицательно сказывается на дальнейшем твердении бетона в'условиях сухого прогрева продуктами сгорания природного газа.

Данные исследования проводили на бетонах с расходом цемента от 250 до 600 кг/м^. Подвижность бетонной смеси была принята постоянной и составляла 4 см.

Тепловая обработка осуществлялась в лабораторной камере сухого прогрева по оптимальному режиму 3+14+2 часа при температуре изотермического прогрева 85°С. Относительная влажность среды в ка-

а.

коре прогрева контролировалась и подчеркивалась на уровне 40 Результаты исследований приведены в табл. I.

Установлено, что введение в бетонную смесь пластифицирующих добавок С-3 (! Ш позволяет уменьшить на 25-30 % потерю воды твердеющим бетоном при -тепловой обработке продуктами сгорания природного газа по сравнению с потерей воды бетоном без добавок. ,

Эффективность действия пластифицирующих добавок повышается с увеличением расхода цемента с 250 до 450 кг/м3 бетона. Показано, что добавка С-3 малоэффективна для бетонов с расходом цемента ниже 300 кг на I м3 бетона.

Следовательно, пластифицирующие добавки в количестве 0,5-0,6% в условиях сухого прогрева да-от возможность получить 70-80 % прочности изделий сразу после ТВО и 100 % марочной прочности в 28-ми дневном возрасте.

Тонкодисперсные золы ТЭС обладают свойством удерживать на своей поверхности значительное количество пленочкой воды, что препятствует водоотделенич в бетонной смеси и придает ей сильно выраженные тиксотропичные свойства.

Исследованиями установлено оптимальное содержание золы в бетонах с различным расходом цемента и подвижностью, а также изучено влияние золы-унос в комплексе с пластифицирующими добавками на процессы структурообразовачия и конечную прочность бетонов, твердеющих в условиях сухого прогрева.

Установлено, что добавка залы-унос! к бетонам с расходом цемента от 250 до 450 кг/м3 положительно влияет на процессы струк-турообразования и их марочную прочность. Во всех случаях прочность бетона сразу после тепловой обработки в 23-ми дневном возрасте увеличивается на 20-30 % по сравнению с прочностью бетонов без добавки.

Показано,что эффективность использования золы-унос в бетонах повышается при одновременном введении в бетонную смесь пластифицирующих- добавок. Вследствии адсорбции их на поверхности частиц золы уменьшаются силы молекулярного взаимодействия и в результате зольные агрегаты распадаются, т.е. практически вся поверхность частиц золы принимает участие в физико-химических процессах струк-турообразования и положительно влияет на влажностное твердение бетона в условиях сухого прогрева.

Установлено /табл.2/, что положительный эффект от введения в бетонную смесь золы-унос с пластифицирующими добавками достигается

сразу после тепловой обработки, т.к. обеспечивает достижение бетоном сразу после сухого прогрева 80-85 % марочной прочности.

Таблица 1

Влияние длительности изотермического прогрева на прочностные свойства бетонов

Режим тепло- : Вид теп: ловой об- Бид плас-: тпфициру-: Потеря влаги бе- Прочность прогретого бетона, Ша

вой обработки 1 работки щей до- ; бавки : тоном, ' кг/и" через 2 часа : через ; 28 суток

3-6-£ пропарива-ние Й _ 14,2 23,5 20,9 34,3

3-6-2 сухой грев про- Й 50 '¿Ь 9,7 11,4 -15,3 -21,'2

3-9-2 сухой грев про- Й Ъ6 2(3 - 9,8 12,5 17,5 24,3

3-12-2 сухой грев про- СЙ 66 37 9,5 13,0 18,5 25,0

3-13-2 сухой грев про- в/л С-3 72 46 12,5 16,7 18,7 26,4

3-14-2 сухой грев про- б/д С-3 73 48 13,6 16,9 21,4 29,7

3-16-2 сухой грев про- б/д С-3 85 61 13.6 16.7 19,8 ' 2,8,2

Примечания: Расход цемента М 400 составляет ЗЬО кг/м3. Подвижность бетонной смеси - 4 см. Выдержка бетона перед прогревом составляет 2 часа. Температура изотермического прогрева 85°С. Относительная влажность воздуха камеры - 40 %.

Кроме того, следует отметить, что менее дефицитная и дешевая добавка Ш при введении в бетонную смесь р комплексе с золой-унос по эффекту действия на подвижность бетонной смеси и прочность бетона не уступает,.а'даие превосходит добавку С-3.

Таким образом, только комплексное использование в тяжелых бетонах золн-унос в сочетании с пластифицирующими добавками Ш и С-3 позволяет получать необходимую марочную прочность бетона и прочность сразу после тепловой обработки в сухой среде продуктами сгорания природного газа.

Таблица 2

Влияние добавки золы ТЭС и пластифицирующей добавки ПФ на прочность бетона

Расход материалов на I м3 бетона, кг Потеря влаги в Прочность Прогретого бетона, бетоне после тепт МПа

цемент зола щебень I песок вода ловои оораоотки,: через ¡>.чдВй. :иерез 28 суток кп/м3

■200 225 1160 495 163 Ь8 19,3 24,8

260 . 200 1160 470 171 61 25,8 29,6

300 200 1160 420 160 63 26,6 35,8

350 175 . 1160 395 104 60 30,8 40,5

400 150 1160 370 191 62 34,9 4Ь,7

450 150 1160 320 194 63 38,7 47,6

Примечания: I. Подвижность бетонной смеси - 8 см.

Расход добавки Ш составляет 0,6 % от массы цемента.

2. Режим тепловой обработки продуктами сгорания газа 3+14+2 при температуре изотермического прогрева 85-95°С.

3. Относительная влажность среды 35-40 %. м

о

Проведены также, исследования влияния сухого прогрева на твердение легких бетонов, а именно керачзитобетона и кераМзитозолобето-на.

При тепловой обработке легких бетонов на'пористых заполнителях в условиях сухой среды происхйдит частичная потеря воды бетоном, а влазчностное твердение цементного камня обеспечивается за счет воды аккумулированной в порах керамзитового гравия. Поэтому в работе рассмотрены процессы тепломассообмена и структурообразова-ния при тепловой обработке керамзигобегона и керзмзитозолобетона продуктами сгорания природного газа. Характер распределения теплр-вых и влажностнкх полей в исследуемых образцах был приближен к случая прогрева плиты /панели/ в заводских условиях. Кинетические кривые нагрева и потери воды бетонов /рис.1/ показыЕаят, что в период подъема температуры бетон теряет весьма незначительное количество влаги, а именно 4-5 %.

Интенсивное обезвоживание бетона начинается с момента достижения бетоном, во всем его обьема, температуры 97-98°С и дальнейшая изотермическая выдержка приводит к интенсивному обезвоживанию бетона, поэтому остаточную влажность бетона можно регулировать-длительностью изотермического периода.

Длительность изотермического прогрева, после достижения бетоном максимальной температуры, устанавливается исходя из геометрических размеров и толщины изделий и должна обеспечить снижение влажности керамзитобетонных изделий до 10-12 %. Медленное остывание керамзитобетонных изделий до температуры 40-Ь0°С на протяжении 810 часов обеспечивает достижение бетоном 80 % прочности сразу после тепловой обработки и последующего набора 100 % марочной прочности.

Таким образом, тепловая обработка керамзитобетона и керамзито-золобетонных изделий продуктами сгорания природного газа является эффективным способом ускорения твердения бетона и получения стеновых панелей заводской готовности.

Результаты работы использованы при разработке "Инструкции по тепловой обработке изделий из легких бетонов в "сухой среде".

Режимы тепловой обработки^изделий из легких и обычных бетонов в условиях сухой среды внедрены на Львовском ДСК-1 и ЛСК-2. Экономический. эффект от внедрения работы в 1991 году составил 3,5 млн. рублей на Льво веков* ДСК.

fôc.1 прочность бегпоил в зависимости от ГПЕМПЕРАГПУРЫ m ЕРллооБРАВот к и

выводы

1. Изучены процессы структурообразования и кинетики твердения бетона при тепловой обработке в сухой среде.

2. Установлено, что изделия из тяжелого бетона, подвергаемые тепловой обработке в сухой среде, теряют 40-60 % воды затворения, что приводит к недобору прочности бетона сразу после прогрева и их марочной прочности.

3. Экспериментально показано, что повышение плотности бетона путем применения высокоэффективных пластифицирующих добавок /С-3 • и 11Ф/. положительно влияет на процессы твердения и структурообразования бетона при тепловой обработке в сухой среде.

4. Изучена роль микронаполнителя - золы ТЭС на формирование структуры тяжелых бетонов в сухой среде.

5. Разработаны оптимальные составы тяжелых бетонов и режимы тепловой обработки изделий продуктами сгорания природного газа и внедрены в производство на Львовском ДСК.

6. Изучены процессы тепломассообмена при тепловой обработке легких бетонов на пористых заполнителях в условиях сухой среды.

7. Установлено, что тепловая обработка изделий из легких бетонов -в" сухой среде обеспечивает получение изделий с заданной прочностью и остаточной влажностью.

8. Результаты работы использованы при разработке "Инструкции по тепловой обработке изделий из легких бетонов в сухой среде".

Экономический эффект от внедрения работы на Львовском ДСК составил 3,5 млн.рублей в 1591 году.

Основные положения диссертации изложены в-следующих работах:

1. Аль-Хабуби Фарис. Твердшня бетону в умовах сухого прогреву //Резерви прогресу в архгтектурх та буд1вництв1. Бгсник Льв1в. пол1техн. 1н-ту, № 261, Львхв, 1991.

2. Аль-Хабуби Фарис. Шдвицення мщностг бетону шляхом активацхх цементу //Резерви прогресу в архгтектург та буд1вництвь Вхсник Львгв полхгехн. ш-ту, № 261, Львхв, 1992.