Содержание к диссертации
Введение
1 Современные представления о возникновении и трансформации газовой фазы в процессе формирования структуры поризованного бетона 10
1.1 О некоторых практических результатах и проблемных аспектах в технологии поризованных бетонов 10
1.2 Факторный анализ условий возникновения и трансформации газовой фазы в процессе приготовления (перемешивания) поризуемой бетонной смеси 15
1.3 Содержание и задачи исследований 27
2 Методика исследований 29
2.1 Методологические основы исследований 29
2.2 Характеристика сырьевых материалов 36
2.3 Методы исследования свойств пены в модельных системах и макроструктуры поризованного бетона 40
2.3.1 Методика определения поверхностного натяжения и вязкости в модельных системах "вода+ПАВ", "вода+ПАВ+цемент", "вода+ПАВ+ песок", "вода+ПАВ+латекс", "вода+ПАВ+латекс+цемент" 41
2.3.2 Методика определения устойчивости пенных систем "вода+ ПАВ" и "вода+ПАВ+латекс" 44
2.3.3 Методика определения характеристик пенных структур в модельных системах 45
2.3.4 Методика определения параметров структуры поризованного бетона 46
2.3.5 Методика определения основных физико-механических
свойств поризованной бетонной смеси и бетона 47
3 Экспериментальные исследования зависимости свойств пены модельных систем от технологических факторов 48
3.1 Исследование влияния цемента, песка и режима перемешивания на пенообразующую способность растворов ПАВ в системах "вода+ПАВ", "вода+ПАВ+песок" и "вода+ПАВ+цемент" 49
3.1.1 Влияние на пенообразующую способность водных растворов ПАВ песка и цемента 49
3.1.2 Влияние на пенообразующую способность водных растворов ПАВ режима их перемешивания 53
3.2 Исследование зависимости устойчивости пены в системах "во да+ПАВ" и "вода+ПАВ+цемент" от концентрации и температуры водных растворов ПАВ
3.3 Исследование взаимосвязи устойчивости и дисперсности пен-тем "вода+ПАВ"
3.4 Исследование влияния типа и массовой доли латекса на свойства (V) пены в системах "вода+ПАВ+латекс" и "вода+ПАВ+латекс+цемент"
3.4.1 Влияние латекса БСНК-20/20 на пенообразующую СПОСОб-ность систем "вода+ПАВ+латекс" и "вода+ПАВ+латекс+цемент"
3.4.2 Влияние латекса БСНК-20/20 на дисперсность и устойчи- вость пенных систем "вода+ПАВ+латекс" 70
3.5 Выводы по 3 главе
4 Экспериментальные исследования трансформации и степени преемственности структуры газовой фазы модельных систем в структуре поризованного бетона 73
4.1 Закономерности трансформации характеристик пенных структур модельных систем в структуре поризованного бетона 73
4.2 Уточнение оценки зависимости характеристик поровой структуры от технологических факторов В/Ц-отношения и концентрации водного раствора ПАВ
4.3 Выводы по 4 главе
5 Практические результаты работы 93
5.1 Разработка предложений к "Технологическому регламенту на производство стеновых блоков и теплоизоляционных плит из поризованного бетона" для ООО "Портал" 93
5.1.1 Разработка предложений к "Технологическому регламенту на производство стеновых блоков из поризованного бетона" 95
5.1.2 Разработка предложений к "Технологическому регламенту на производство теплоизоляционных плит из поризованного бетона" 102
5.1.3 Рекомендации к технологическому регламенту на изготовление поризованных бетонных блоков и теплоизоляционных плит 107
5.2 Расчет характеристик смесителя для приготовления поризуемой бетонной смеси в промышленных условиях 108
5.3 Разработка предложений к "Технологическому регламенту на производство мелкоштучных изделий из поризованного бетона" для АООТ "Завод ЖБИ№2" 111
5.4 Технико-экономическая оценка эффективности использования латекса БСНК-20/20 для повышения устойчивости газовой фазы при формировании структуры поризованного бетона 117
5.5 Выводы по 5 главе 118
Общие выводы 120
Список использованных источников 122
- О некоторых практических результатах и проблемных аспектах в технологии поризованных бетонов
- Методика определения поверхностного натяжения и вязкости в модельных системах "вода+ПАВ", "вода+ПАВ+цемент", "вода+ПАВ+ песок", "вода+ПАВ+латекс", "вода+ПАВ+латекс+цемент"
- Влияние на пенообразующую способность водных растворов ПАВ песка и цемента
- Разработка предложений к "Технологическому регламенту на производство стеновых блоков из поризованного бетона"
Введение к работе
Актуальность. Снижение стоимости строительства является одной из важнейших задач современного развития экономики страны. Это возможно за счет использования недорогих материалов, прежде всего, в ограждающих и теплоизолирующих конструкциях. В качестве одного из таких материалов выступает поризо-ванный бетон, хорошо адаптированный как к заводским, так и к построечным условиям строительной технологии. Этот бетон является разновидностью ячеистого бетона. Относительно низкая стоимость строительных изделий из поризованного бетона обусловлена сравнительно простой технологией его получения, не требующей, например, тонкого измельчения входящих в его состав компонентов, как это принято в классических технологиях ячеистых бетонов. Но, к сожалению, до сих пор не удалось добиться надлежащего постоянства свойств получаемых бетонов, что относится, прежде всего, к показателям плотности и прочности, практически трудно получать устойчивый поризованный бетон низкой плотности. Это обусловлено тем, что в условиях реальной технологии устойчивость структуры поризованного бетона определяется стабильностью (устойчивостью) газовой фазы, которая зависит от многих технологических факторов, таких как вид и соотношение сырьевых компонентов бетонной смеси; типы и массовые доли применяемых поверхностно-активных веществ (ПАВ) воздухововлекающего действия и стабилизаторов пенных систем; концентрация и температура водных растворов ПАВ; конструкция, режим работы бетоносмесителя и другие.
Предлагаемая диссертационная работа посвящена решению этих актуальных вопросов.
Теоретической основой исследований служат научные положения физической и коллоидной химии, гидромеханики и механики дисперсных систем, касающиеся поверхностных явлений на границах раздела фаз, обусловливающих кинетику образования газовой фазы (будущей ячеистой структуры) и ее устойчивости в начальные сроки структурообразования ячеистого бетона.
Цель и задачи исследований. Целью работы является обоснование исходной теоретической концепции и отработка технологических приемов, гарантирующих получение устойчивой структуры поризованного бетона низкой плотности.
В соответствии с поставленной целью были решены следующие задачи:
разработать методические подходы к исследованию процессов формирования структуры поризованного бетона и обосновать перечень наиболее значимых факторов;
определить оптимальные значения факторов, обеспечивающих наибольшую устойчивость газовой фазы в модельных системах, охватывающих наиболее представительные ПАВ воздухововлекающего действия;
установить закономерности трансформации и степень преемственности между характеристиками пенных структур в модельных системах и характеристиками по-ровой структуры поризованного бетона;
оптимизировать составы бетонных смесей с позиции обеспечения стабильности газовой фазы и снижения показателей средней плотности и теплопроводности получаемых бетонов; .
разработать рекомендации по совершенствованию технологии поризованного бетона, направленные на повышение качества строительных изделий и снижение производственных затрат.
Научная новизна работы:
обоснованы научные подходы и методические основы исследования процессов формирования структуры поризованных бетонов;
уточнены основные закономерности влияния технологических факторов на устойчивость газовой фазы при формировании структуры поризованного бетона;
получены данные об определяющем влиянии устойчивости газовой фазы на характеристики поровой структуры в бетоне;
обоснован способ априорного прогнозирования поровой структуры бетона в зависимости от значений концентрации водного раствора ПАВ и В/Ц- отношения в поризуемой бетонной смеси, предложен способ оценки дифильных свойств соединений ПАВ в бетоноведении через критерий ClogP;
получены дополнительные данные о роли стабилизаторов пены, в состав которых входят гидрофильные и гидрофобные группы, а также результаты, позволяющие существенно снизить среднюю плотность и теплопроводность поризованного бетона;
обоснованы технологические рекомендации по оптимальным составам пори-зуемых бетонных смесей и эффективным режимам их приготовления, обеспечивающие получение строительных изделий устойчивой структуры с пониженной плотностью и теплопроводностью.
Практическое значение работы.
Разработаны предложения по составам поризуемых бетонных смесей, учитывающие величины критических концентраций мицеллообразования в дозировках водных растворов ПАВ.
Предложены оптимальные параметры режима приготовления поризуемых бетонных смесей с устойчивой ячеистой структурой.
Разработаны и внедрены составы модифицированных поризованных бетонов пониженной плотности и теплопроводности с оптимальным расходом сырьевых материалов.
Разработаны предложения в технологические регламенты на производство стеновых блоков, теплоизоляционных плит и мелкоштучных строительных изделий из поризованного бетона.
Внедрение результатов. Составы поризуемых бетонных смесей и режимы их приготовления апробированы при производстве строительных изделий в ООО "Портал" и АООТ "Завод ЖБИ № 2" (г. Воронеж). При техническом содействии автора выпущена опытно-промышленная партия стеновых блоков из поризованного бетона объемом 10000 м . Переданы предложения к технологическому регламенту на производство в промышленных условиях стеновых блоков, теплоизоляционных плит и мелкоштучных строительных изделий из поризованного бетона, обеспечивающих получение строительных изделий с заданным комплексом свойств.
Результаты работы внедрены в учебный процесс подготовки инженеров по специальности 270106 "Производство строительных материалов, изделий и конструк-
ций" при постановке лекций, лабораторных работ и практических занятий по дисциплинам "Процессы и аппараты в технологии строительных материалов и изделий", "Основы научных исследований и технического творчества", при выполнении курсовых, дипломных проектов и УИРС.
Достоверность полученных результатов обеспечена: применением в исследованиях научно обоснованных методик с использованием современного специализированного лабораторного оборудования научно- исследовательского института "Синтез каучук" (ГУП НИИСК), ВГАСУ и ВГУ (кафедра ВМС); применением вероятностно-статистических методов обработки результатов; опытными испытаниями и их положительными практическими результатами, не противоречащими основным выводам известных положений и результатам других авторов.
Апробация работы. Материалы диссертационной работы докладывались и обсуждались на международных конференциях в Пензе (1998 г.), Белгороде (2001 г.), на 54...57, 61, 62 научно-технических конференциях профессорско- преподавательского состава Воронежского государственного архитектурно-строительного университета (1998...2001 г., 2005 г., 2006 г.).
Публикации. Результаты исследований, отражающие основные положения диссертационной работы, изложены в 8 научных публикациях (статьях), в том числе 1 статья в центральном рецензируемом издании из списка, рекомендованного ВАК РФ.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, основных выводов, четырех приложений и содержит 136 страниц: 100 страниц машинописного текста, 17 таблиц, 19 рисунков, список литературы из 123 наименований.
На защиту выносятся;
исходные научные положения и методики исследования процессов формирования структуры поризованных бетонов;
результаты экспериментальных исследований влияния технологических факторов на устойчивость пены в модельных системах;
экспериментальные данные о закономерностях трансформации ячеистых пор газовой фазы, выявленных на модельных системах, в структуру поризованного бе-
тона; об особенностях формирования структуры поризованного бетона;
оптимальные составы поризуемых бетонных смесей и режимы их приготовления, обеспечивающие производство строительных изделий и конструкций из поризованного бетона низкой плотности и теплопроводности;
результаты промышленной апробации технологии приготовления строительных изделий из поризованного бетона.
О некоторых практических результатах и проблемных аспектах в технологии поризованных бетонов
В современных условиях производство строительных материалов с высокими теплоизоляционными свойствами и малой энергоемкостью становится все более актуальным. Вследствие этого возрастает интерес к поризованному бетону с улучшенными свойствами, который может использоваться как теплоизоляционный, теплоизоляционно-конструкционный и конструкционный материал. Технология производства поризованного бетона достаточно проста, однако формирование его макроструктуры представляет собой сложный физико-химический процесс, развивающийся во времени и трудно поддающийся управлению.
Исследованию вопросов технологии получения поризованных бетонов различного назначения посвящено большое количество научных работ, начиная с 20...30х годов прошлого столетия (работы Б.Н. Кауфмана, Н.А. Попова, В.В. Ризова-това, Е.С. Силаенкова, Ю.М. Баженова, А.В. Волженского, А.Е. Шейкина, Д.П. Киселева, М.Я. Кривицкого, А.А. Ахундова и других) [2...6]. Однако, в основу большинства работ, посвященных изучению свойств поризованного бетона, а также разработке технологии его изготовления, были положены представления о ячеистой структуре пеномассы как механической смеси пены с минеральными компонентами без учета их взаимодействия, а также зависимости свойств поризуемых бетонных смесей от химической природы используемых поверхностно-активных веществ (ПАВ) воздухововлекающего действия.
Под руководством В.В. Помазкова в 1981...1985 г.г. коллективом сотрудников кафедры технологии вяжущих веществ и бетонов (Е.И. Шмитько, В.Т. Перцев, А.В. Крылова и другие) и проблемной лаборатории силикатных автоклавных материалов были выполнены исследования по технологии приготовления поризованного бетона с комплексной оценкой его свойств.
В 90-е годы, в связи с изменившейся экономической ситуацией в стране, усилился интерес к неавтоклавным ячеистым бетонам. Определяющими в технологии поризованных бетонов становятся требования ресурсосбережения и максимально возможной простоты технологии их изготовления. В связи с насущной потребностью переориентации строительного комплекса на создание новых эффективных технологий производства строительных материалов и изделий для малоэтажного строительства, развития с этой целью соответствующей производственной инфраструктуры были определены актуальные задачи исследований в области поризованных бетонов. Исследования, в основном, проводились в двух направлениях [7...21]. Одно из них ориентировалось на решение задач модернизации и переориентации существовавших производств. Работа велась в направлении расширения номенклатуры выпускаемых на заводах изделий, перевода их с выпуска изделий для многоэтажного строительства на производство комплектов деталей для малоэтажных индивидуальных домов, повышения эффективности производства за счет применения отходов и местного сырья. В работах другого направления приоритетным стало создание новых технологий поризованных бетонов, основанных на применении техногенных отходов (Е. С. Силаенков, Т.А. Ухова и другие), немолотых кварцевых песков, других кремнеземистых компонентов естественной гранулометрии (А.В. Вол-женский, Ю.Д. Чистов, Ю.М. Тихонов и другие), новых видов химических добавок (Г.Я. Ахманитский, Е.Г. Величко и другие). При этом внимание акцентировалось на получении новых разновидностей легких макропористых бетонов, в частности, Л.В. Моргун исследовано влияние на структуру и свойства поризованного бетона дисперсного армирования пенобетонной смеси синтетическими волокнами [22]. В работе были установлены особенности изменения вязкопластичных свойств пенобетонной смеси при ее насыщении дисперсной арматурой и определены основные этапы формирования структуры. В 1998 г. под руководством Е.М. Чернышова Г.С. Славчевой завершены исследования структурных факторов управления эксплуатационной деформируемостью цементного поризованного бетона для монолитных конструкций [23...26]. В последние годы большое внимание (работы Т.А. Уховой, Ю.Д. Чистова,
Г.П. Сахарова, А.П. Меркина, А.С. Коломацких, В.И. Соломатова, Л.Д. Шаховой и других [27...30]) уделяется вопросам систематизации проблем структурообразования поризованных бетонов. В научных трудах Л.Б. Сватовской, И.Н. Степановой, В.Я. Соловьева, Л.Л. Масленникова, А.В. Хитрова и других [31, 32] были выявлены и исследованы активные центры, имеющиеся на поверхности клинкерных минералов: первичные (термические и примесные) и вторичные (на поверхности образующихся гидратных фаз), влияя на которые можно изменять активность поверхности с учетом природы как центров, так и вводимых веществ. Разработаны модели управления гидратационной и адгезионной активностью фаз при получении композиционных материалов с учетом современных представлений. С учетом термодинамического и электронного аспектов проведено прогнозирование долговечности пенобетонов различной плотности, результаты которого свидетельствуют о том, что поризованныи бетон относится к самоупрочняющимся материалам, параметры качества которого с течением времени повышаются.
В качестве вяжущих веществ для приготовления поризованного бетона рекомендованы (работы Е.Г. Величко, В.Ф. Завадского и других) высокомарочный высокодисперсный портландцемент с низким содержанием минерала СзА: ПЦ 500-ДО (Д5), ПЦ 550-ДО, а также шлакосиликатное, известково-цементное, гипсовое и магнезиальное вяжущие. Однако поризованныи бетон, приготовленный с использованием перечисленных видов вяжущих, практически во всех случаях имеет негативные аспекты. В частности, поризованныи бетон, приготовленный с использованием магнезиального вяжущего, характеризуется сложными и продолжительными условиями твердения; гипсобетон может применяться, в основном, для внутренних работ; силикатопенобетон требует автоклавного твердения; шлакосиликатный пенобетон удается получить с наиболее низкой маркой по средней плотности (D150...D200) и высокой прочностью, но он имеет повышенную трещиностойкость и расположен к высолообразованию. Поэтому наибольшее распространение получил портландце-ментный поризованныи бетон марок D600...D900. Для обеспечения технологии массового производства эффективного пенобетона марок D250...D400 ведутся разра 13 ботки технических требований по организации выпуска специального вида низко алюминатного высокопрочного тонкодисперсного портландцемента марок
В качестве заполнителей для производства поризованного бетона рекомендованы: песок (соответствующий требованиям ГОСТ 8736-93), золы ТЭЦ и другие местные минеральные материалы [33...35]. Однако, при использовании заполнителя, содержащего крупные зерна, превышающие в диаметре толщину перегородок в ячеистой структуре, может происходить ее разрушение, приводящее к ухудшению прочностных и теплофизических характеристик пенобетона. Поэтому гранулометрический состав заполнителя для бетона должен выбираться с учетом его плотности и крупности зерен. Кроме плотных заполнителей в состав пенобетона иногда вводят вспененный гранулированный полистирол, флотационные свойства которого позволяют повысить устойчивость пенобетонной смеси и его строительно-технические свойства, снизить плотность. Но при этом ухудшаются экологические и противопожарные свойства строительных изделий и конструкций из поризованного бетона.
Методика определения поверхностного натяжения и вязкости в модельных системах "вода+ПАВ", "вода+ПАВ+цемент", "вода+ПАВ+ песок", "вода+ПАВ+латекс", "вода+ПАВ+латекс+цемент"
Пенообразующая способность водного раствора ПАВ методически определяется высотой столба пены [51], образуемой при его перемешивании, и в значительной мере характеризуется величиной поверхностного натяжения раствора (а). Величина а зависит от состава раствора, его концентрации, температуры и режима перемешивания. С увеличением концентрации водных растворов ПАВ их поверхностное натяжение, как правило, закономерно уменьшается, достигая при критических концентрациях мицеллообразования (ККМ) предельных минимальных величин. Увеличение концентрации водных растворов ПАВ больше ККМ обычно не приводит к заметному изменению а. При этом самым низким значениям поверхностного натяжения водных растворов ПАВ соответствует их наиболее высокая пенообразующая способность. Такое явление объясняется тем, что накопление молекул поверхностно-активных веществ на границе раздела фаз "раствор-воздух" достигает предела, при котором они образуют насыщенный мономолекулярный слой.
Особенности влияния песка и цемента на процесс пенообразования в водных растворах ПАВ в специальной литературе не рассматриваются. Очевидно, что поверхностная энергия системы "вода+ПАВ" при добавлении в нее песка не должна изменяться, так как ионы частиц песка имеют отрицательный заряд (Si02), как и анионы анионоактивного ПАВ "Пеностром" и их взаимодействие сведется к отталкиванию друг от друга. Однако, при добавлении в систему "вода+ПАВ" цемента, ее поверхностная энергия может измениться, поскольку в состав цемента входят ионы Са2+, имеющие положительный заряд. При этом, они могут взаимодействовать с отрицательно заряженными ионами анионоактивного ПАВ "Пеностром". Следует ожидать, что это должно привести к увеличению поверхностного натяжения раствора и снижению его пенообразующей способности. Более того, известно [40], что связывание анионоактивного ПАВ с солями кальция приводит к образованию слаборастворимых солей, что также будет способствовать уменьшению за счет этого концентрации ПАВ, повышению а и снижению пенообразования раствора.
Исследование пенообразующей способности водных растворов ПАВ "Пеност-ром" от введения в них цемента и песка проводилось по методике, изложенной в п.п. 2.3.1 и 2.3.2. Величина поверхностного натяжения водных растворов ПАВ определялась в области концентраций ПАВ 0,01...0,40 % по методу отрыва кольца. Статистические расчеты показали, что коэффициент вариации при этом не превышает 3 %.
Графики зависимости поверхностного натяжения систем "вода+ПАВ", "вода+ ПАВ+песок", "вода+ПАВ+цемент" от концентрации водного раствора ПАВ представлены на рисунке 3.1.
Из анализа графиков следует, что при увеличении концентрации ПАВ происходит уменьшение поверхностного натяжения растворов "Пеностром", при этом характер влияния цемента и песка на их поверхностное натяжение, а, следовательно, и пенообразующую способность различный. Поверхностное натяжение и ККМ растворов в системе "вода+ПАВ+песок" по сравнению с системой "вода+ПАВ" не изменяется, при этом не изменяется и их пенообразующая способность. В системе "вода+ПАВ+цемент", в отличие от системы "вода+ПАВ", при одинаковых концентрациях ПАВ наблюдается значительное повышение поверхностного натяжения растворов (уменьшение их пенообразующей способности) вследствие хемосорбции части молекул ПАВ на поверхности цементных частиц. При введении в систему "вода+ПАВ" цемента происходит смещение значения ККМ водного раствора ПАВ с 0,15 % до 0,35 %, то есть возникновение мицелл в такой системе достигается при большей концентрации ПАВ (более чем в 2 раза). Увеличение концентрации растворов ПАВ "Пеностром" в системе "вода+ПАВ+цемент" до 0,35 %, по нашему мнению, связано с дополнительным их насыщением молекулами ПАВ, обусловленным необходимостью компенсации процесса хемосорбции части молекул ПАВ на поверхности цементных частиц. Увеличение концентрации ПАВ более 0,35 % не изменяет поверхностного натяжения раствора.
Как следует из графиков на рисунке 3.1, завершение формирования адсорбционных слоев в системах "вода+ПАВ", "вода+ПАВ+песок" и "вода+ПАВ+цемент", происходит при концентрациях растворов, соответствующих значениям их ККМ равным 0,15 % и 0,35 %, соответственно.
Таким образом, результаты проведенных исследований подтвердили наши предположения, что присутствие песка в системе "вода+ПАВ" не приводит к изменению ее поверхностного натяжения и пенообразующей способности, в отличие от цемента, при котором происходит повышение поверхностного натяжения растворов и снижение их пенообразующей способности. Поэтому для обеспечения максимального пенообразования при проведении исследований влияния технологических факторов на устойчивость газовой фазы в процессе формирования структуры поризо-ванных бетонов необходимо использовать водные растворы ПАВ "Пеностром" с концентрацией равной 0,35 %. По изотермам поверхностного натяжения был произведен расчет значений удельной адсорбции молекул ПАВ в поверхностных слоях систем "вода+ПАВ" и "вода+ПАВ+цемент" с использованием уравнения Гиббса [72]:
Влияние на пенообразующую способность водных растворов ПАВ песка и цемента
Проведенные в диссертации исследования показали, что оптимизацию структуры поризованного бетона можно осуществлять с помощью технологических факторов, влияющих на устойчивость газовой фазы в процессе его формирования. Полученные результаты использованы в качестве основы для разработки рекомендаций по технологии приготовления и внедрения в строительную практику строительных изделий из поризованного бетона с заданным комплексом свойств, максимально полно реализующих их технико-экономический потенциал.
В данной главе приведены практические результаты: 1) разработки предложений к "Технологическому регламенту на производство стеновых блоков и теплоизоляционных плит из поризованного бетона" для ООО "Портал" (г. Воронеж); 2) полупромышленных испытаний мелкоштучных изделий из поризованного бетона на АООТ "Завод ЖБИ № 2" (г. Воронеж); 3) расчета характеристик смесителя для приготовления поризуемой бетонной; смеси в промышленных условиях для АООТ "Завод ЖБИ № 2"; 4) технико-экономической оценки эффективности использования латекса БСНК-20/20 для повышения устойчивости газовой фазы при формировании струк туры поризованного бетона. 5.1 Разработка предложений к "Технологическому регламенту на производство стеновых блоков и теплоизоляционных плит из поризованного бетона" для 000 "Портал" При разработке составов поризуемых бетонных смесей учитывались требования государственных стандартов, допустимые условия эксплуатации строительных изделий и потребности заказчика (возможности производственной базы, требуемые значения плотности и прочности поризованного бетона). Стеновые блоки для кладки наружных, внутренних стен и перегородок зданий применяются при относительной влажности воздуха не более 75 % и в условиях неагрессивной среды, а теплоизоляционные плиты для утепления строительных конструкций и тепловой изоляции промышленного оборудования - при температуре изолируемой поверхности до 400 С. При этом использовались следующие сырьевые материалы: портландский цемент марки ПЦ400 ДО; песок кварцевый речной Мкр= 1,67; зола ТЭС; вода; добавки, обеспечивающие поризацию бетонной смеси, а также химические добавки-ускорители твердения. Цемент отвечал следующим свойствам: нормальная густота - 26,4 %; сроки схватывания: начало -150 мин, окончание - 230 мин; Песок кварцевый речной имел следующие свойства: истинная плотность -2650 кг/м , насыпная плотность - 1350 кг/м , пустотность - 49 %, количество илистых и глинистых примесей - 1 %. Гранулометрический состав песка представлен в таблице 5.1. Зола ТЭС имела удельную поверхность не менее 250 м2/кг и остальные свойства, удовлетворяющие требованиям ГОСТ 25818-91. Вода для приготовления поризованного бетона поступала из городского водопровода, соответствовала требованиям ГОСТ 23732. В качестве химических добавок-ускорителей твердения применялись: нитрат кальция (НК), щавелевая кислота (ЩК), нитрит натрия (НН). В качестве добавок воздухововлекающего действия использовались соединения ПАВ отечественных торговых марок: "Пеностром", "ТЭАС", "Морпен" и дополнительно - пенообразующая добавка зарубежной фирмы "Неопор". Исследования пенообразующей добавки "Неопор" выполнялись по заказу ООО "Портал" на предмет ее использования в производстве теплоизоляционных плит, в связи с тем, что в предварительных испытаниях, выполненных лабораторией ООО "Портал", не удалось получить требуемые характеристики бетона. В частности, наблюдалась неустойчивость поризованной бетонной смеси во времени и, как следствие, имело место значительное завышение плотности цементно-песчаного бетона. Результаты исследований по разработке технологии и предложений к "Технологическому регламенту на производство теплоизоляционных плит из поризованно-го бетона" с использованием пенообразователя "Неопор" изложены в п. 5.1.2. Разработка предложений к "Технологическому регламенту на производство стеновых блоков из поризованного бетона" К стеновым блокам, в соответствии с ГОСТ 21520 "Блоки из ячеистых бетонов стеновые мелкие", предъявляются следующие требования: должны быть обеспечены марки бетона по плотности Д500, Д600, Д700, Д800, Д900, Д1000, Д1100, Д1200 (цифры после индекса "Д" соответствуют средним значениям плотности бе-тона в кг/м ); показатели морозостойкости бетона должны быть не ниже: F-25 - для блоков наружных стен; F-15 - для блоков внутренних стен; значения усадки при высыхании не должны превышать 3 мм/м; значения теплопроводности бетона для наружных стен не выше 0,24 Вт/м-0С; отпускная влажность бетонных блоков не должна превышать 25 % (масс); отклонения размеров стеновых блоков допускаются в пределах: по высоте ±3 мм и ±5 мм, по длине и ширине ±4 мм и ±6 мм, допускаются отбитости глубиной и длиной до 10 мм и 15 мм, соответственно.
При разработке состава мелкозернистой бетонной смеси определялись: оптимальная дозировка ПАВ воздухововлекающего действия; оптимальное соотношение цемента к песку, а также оптимальное значение водо-цементного отношения.
Проведенные исследования (п.4) показали, что наиболее целесообразным максимальным (предельно-допустимым) значением диапазона изменения величины концентрации водного раствора ПАВ в поризуемых бетонных смесях является величина его ККМ. Определение ККМ для растворов ПАВ ("Морпен", "ТЭАС", "Пено-стром")
Разработка предложений к "Технологическому регламенту на производство стеновых блоков из поризованного бетона"
Использование латекса БСНК-20/20 позволило не только повысить устойчивость газовой фазы в поризуемой бетонной смеси, но и значительно снизить сред-нюю плотность бетона (с 370 кг/м до 250 кг/м ). При этом обеспечивается возможность получения поризованных бетонов с более низкими значениями коэффициента теплопроводности. За счет особенностей химического строения и оптимизации массовой доли латекса в бетонной смеси, в поризованном бетоне значительно увеличилось количество мелких пор. Величина показателя, интегрально характеризующего поровую структуру бетона - средневзвешенного радиуса пор (гср), уменьшилась с 0,28 мм до 0,19 мм, а среднее количество пор увеличилось с 70 % до 80 %.
При производстве строительных изделий из поризованного бетона с добавкой в бетонную смесь оптимального количества водного раствора латекса уменьшаются затраты на сырьевые материалы (таблица 5.12). Однако при этом возникают дополнительные расходы, связанные с применением латекса и капитальными вложениями на его использование: приобретение и установку на складе емкостей для его хранения и приготовления водного раствора, объемного дозировочного устройства (емкость с мерным стеклом), насоса для его перекачивания. 1. Результаты исследований влияния устойчивости газовой фазы на формирование структуры поризованного бетона подтвердили возможность управления этим процессом путем оптимизации значений основных технологических факторов, что является основой для разработки составов бетонных смесей и рекомендаций по производству строительных материалов с заданным комплексом свойств. 2. Для реализации оптимального режима перемешивания бетонной смеси в заводских условиях требуется промышленный смеситель, оснащенный электродвигателем с частотой вращения вала 11 с 1 и мощностью не менее 16 кВт. 3. Применение латекса БСНК-20/20 для стабилизации поровой структуры бетона экономически выгодно и технологически целесообразно. При этом расход сырья и основных материалов может быть снижен: цемента на 17 %, песка - на 17 %, добавки ПАВ на 12 %. Теплопроводность поризованного бетона при использовании латекса снижается с 0,10 до 0,07 Вт/м-С, что позволяет в 1,8 раза уменьшить толщину теплоизоляционных плит. 4. Годовой экономический эффект от применения латекса в производстве , строительных изделий из поризованного бетона при объеме выпуска 20000 м3 соста вит 319600 рублей (в ценах 2006 г.). 1. Привлечение к технологическим исследованиям основополагающих положений химии поверхностно-активных веществ позволило доказательно и объективно систематизировать представления о процессах возникновения и трансформации газовой фазы при формировании структуры поризованных бетонов, определить и оптимизировать технологические факторы, наиболее сильно влияющие на ее стабильность. 2. В работе доказано, что для априорной количественной оценки дифильных свойств соединений ПАВ, применяемых в технологии производства поризованных бетонов, наиболее объективным является критерий ClogP (коэффициент распределения вещества в системе 1-октанол-вода), метод расчета которого реализован на ЭВМ. Этот критерий позволяет прогнозировать пенообразующие свойства известных и новых соединений ПАВ в зависимости от их химического состава и структуры молекул. 3. Сохранение максимального объема пены водного раствора ПАВ в системе "вода+ПАВ+цемент" возможно при условии компенсации хемосорбции анионов ПАВ на ионах Са цементных частиц. С этой целью концентрацию водного раство ра ПАВ в данной системе следует увеличить с 0,15 % (ККМ раствора ПАВ в системе "вода+ПАВ") до 0,35 % (ККМ раствора ПАВ в системе "вода+ПАВ+цемент"). 4. Наиболее высокие показатели стабильности газовой фазы и преемственности дисперсности пенной системы в распределении ячеистых пор в структуре поризо-ванного бетона наблюдается при оптимальных значениях основных технологических факторов: концентрация (0,35 %) и температура (20 С) водного раствора ПАВ, В/Ц- отношение (0,45) и режим перемешивания бетонной смеси (частота вращения мешалки смесителя 900 об/мин, время перемешивания 6 мин, включая время приготовления пенной системы 3 мин). С учетом полученных результатов разработаны составы поризуемых бетонных смесей для изготовления стеновых блоков, теплоизоляционных плит, мелкоштучных строительных изделий марок по плотности D400...D800. 5. Распределение размеров пор в структуре поризованного бетона хорошо согласуется с нормальным законом, что позволяет рассчитывать и прогнозировать характеристики поровой структуры бетона на предложенной математической модели. Результаты прогноза могут использоваться для проектирования составов бетонных смесей, обеспечивающих получение строительных изделий и конструкций с требуемыми свойствами. 6. Предлагаемый для использования в технологии производства строительных изделий из поризованного бетона способ расчета оптимальной дозировки водных растворов ПАВ с учетом их ККМ обеспечивает, по сравнению с действующими методиками, снижение расхода ПАВ до 20 %. 7. Применение в водных растворах ПАВ латекса БСНК- 20/20, имеющего в своем составе гидрофильные и гидрофобные группы, обеспечивает повышение устойчивости газовой фазы в поризуемой бетонной смеси и дальнейшее снижение плотности бетона. Оптимальным соотношением массовых долей ПАВ и латекса является 1:0,5. 8. Реализация технологического процесса приготовления поризуемой бетонной смеси с использованием латекса БСНК-20/20 не вызывает технических трудностей и экономически выгодна. При этом снижается расход основных компонентов бетонной смеси: цемента - на 17 %, песка - на 17 %, добавки ПАВ - на 12 %. Теплопроводность поризованного бетона при использовании латекса снижается с 0,10 до 0,07 Вт/(м-С), поэтому толщина теплоизоляционных плит может быть снижена в 1,8 раза. Годовой экономический эффект от применения латекса при объеме производства 20000 м3 составит 319600 рублей.
Похожие диссертации на Факторы управления стабильностью газовой фазы при формировании структуры поризованных бетонов
