Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Современное состояние и проблемы технологии неавтоклавного пенобетона 10
1.1. Современные технологии получения пенобетонных смесей 10
1.2. Эффективные пенообразователи для пенобетона 13
1.3. Стабильность пенобетонных смесей и способы ее повышения... 17
1.4. Выводы 25
1.5. Рабочая гипотеза. Цель и задачи исследования 27
Глава 2. Характеристика материалов и методики исследований 28
2.1. Характеристика сырьевых материалов 28
2.1.1. Вяжущее 28
2.1.2. Песок и шлам химводоочистки 29
2.1.3. Пенообразующие вещества 31
2.1.4. Модифицирующие добавки 33
2.2. Методики проведения экспериментов 34
2.2.1. Методика приготовления цементно-песчаных суспензий 34
2.2.2. Приготовление водных растворов пенообразователей 34
2.2.3. Приготовление пен 35
2.2.4. Методика исследования экзотермических процессов в цементном тесте 36
2.2.5. Методика приготовления пенобетонных смесей 37
2.2.6. Методики определения показателей качества пенобетона и физико-химических исследований 39
2.3. Математическое планирование эксперимента 42
Глава 3. Свойства пен, модифицированных суперпластификатором С-3 и электролитами 44
3.1. Поверхностное натяжение водных растворов пенообразователей, содержащих суперпластификатор С-3 и электролиты 44
3.2. Влияние суперпластификатора С-3 и электролитов на свойства пен с синтетическими пенообразователями 49
3.3. Выводы 59
4. Влияние модифицирующих добавок на параметры экзотермических процессов в твердеющем цементном тесте 61
4.1. Исходные предпосылки для исследования экзотермических процессов 61
4.2. Экзотермические процессы в цементном тесте без добавок 64
4.3. Параметры экзотермических процессов в цементном тесте с суперпластификатором С-3 65
4.4. Влияние пенообразователей на параметры экзотермических процессов в цементном тесте 66
4.5. Параметры экзотермических процессов в цементном тесте с пенообразователями и суперпластификатором С-3 68
4.6. Параметры экзотермических процессов в цементном тесте с электролитами 71
4.7. Параметры экзотермических процессов в цементном тесте с пенообразователями, суперпластификатором С-3 и электролитами 75
4.7.1. Составы цементного теста с пенообразователем ПБ-2000, С-3 и электролитами 76
4.7.2. Составы с цементного теста с пенообразователем Пеностром, С-3 и электролитами 79
4.7.3. Составы цементного теста с пенообразователем ПО-6НП, С-3 и электролитами 83
4.7.4. Составы цементного теста с пенообразователем ПО-6НП-М, С-3 и электролитами 85
4.8. Выводы 87
Глава 5. Модифицированные пенобетонные смеси и пенобетоны 89
5.1. Эффективность суперпластификатора С-3 в концентрированных суспензиях (шликерах) 89
5.2. Влияние модифицирующих добавок на свойства пенобетонных смесей и пенобетонов 91
5.3. Влияние песка и суперпластификатора С-3 на свойства пенобетонных смесей и пенобетонов 105
5.4. Влияние шлама химводоочистки на свойства пенобетонных смесей и пенобетонов 115
5.4.1. Водопотребность цементно-шламового теста 117
5.4.2. Водоотделение цементно-шламовых суспензий 119
5.4.3. Физико-механические свойства цементно-шламового камня 121
5.4.4. Влияние шлама химводоочистки на свойства пенобетона... 125
5.4.5. Влияние суперпластификатора С-3 и сульфата натрия на свойства пеношламобетона 133
5.5. Выводы 139
Глава 6. Технология производства изделий из модифицированного пеношламобетона и ее экономическая эффективность 141
6.1. Технологическая схема производства 141
6.2. Оценка эффективности производства изделий из модифицированного пеношламобетона 145
Общие выводы 151
Список литературы 153
Приложение 166
- Современные технологии получения пенобетонных смесей
- Методика приготовления пенобетонных смесей
- Поверхностное натяжение водных растворов пенообразователей, содержащих суперпластификатор С-3 и электролиты
- Исходные предпосылки для исследования экзотермических процессов
Введение к работе
Актуальность работы. Пенобетон - один из эффективных строительных материалов, широко применяемых в строительстве. Материал заслуживает особого внимания вследствие присущих ему специфических свойств, таких как низкая теплопроводность, негорючесть, биологическая стойкость, экологичность. Повышенный интерес практиков-строителей к этому материалу обусловлен тем, что жилье, построенное с применением пенобетона, обладает повышенной комфортностью при сравнительно небольших затратах на возведение ограждающих конструкций.
В последние годы возрастающий интерес у ученых и производственников проявляется к одностадийной технологии приготовления пенобетонньгх смесей, позволяющей сочетать простоту организации производства и возможность использования эффективных синтетических пенообразователей с высокой пенообразующей способностью. Меняя состав и вязкость шликера, дозировку пенообразователя и продолжительность перемешивания, можно получать пенобетоны в широком диапазоне плотностей. Кроме того, организация производства не требует больших инвестиций, а предприятия малой и средней мощности могут быть приближены к местам потребления материала, что существенно снижает транспортные расходы и повышает конкурентоспособность продукции.
Однако получение пенобетона при кажущейся на первый взгляд простоте является сложным технологическим процессом, требующим учета большого числа параметров. Пенобетонным смесям, как и всем дисперсным системам, характерна нестабильность ячеистой структуры, проявляющаяся в их расслоении и осадке. Одной из основных причин этого является высокое водосодержание смесей, обусловленное необходимостью облегчения процесса поризации. Повышенные водоцементные отношения смесей являются причиной увеличения длительности выдержки изделий перед распалубкой, и снижения прочности пенобетона.
Стабильность пенобетонных смесей может быть повышена за счет использования современных эффективных пенообразователей и дополнительных технологических приемов стабилизации. В настоящее время известны и совершенствуются различные способы повышения стабильности смесей.
Эффективным способом улучшения качества пенобетонных смесей и физико-механических свойств пенобетонов, на наш взгляд, является применение модифицирующих добавок - суперпластификатора С-3 и ускорителей схватывания и твердения. Суперпластификатор позволит существенно понизить водосодержание пенобетонных смесей и повысить прочность затвердевшего пенобетона, а ускорители схватывания и твердения - ослабить или даже полностью устранить негативное влияние поверхностно-активных веществ на процессы гидратации вяжущего, особенно на ранней стадии.
Однако анализ литературных источников, в которых рассматриваются вопросы, связанные с влиянием суперпластификатора С-3 и электролитов на формирование ячеистой структуры пенобетонных смесей, их стабильность и свойства пенобетонов, не дает однозначного ответа о совместимости этих модификаторов с различными пенообразователями. Более того, в этих источниках приводятся противоречивые данные.
Повышению стабильности пенобетонных смесей должны способствовать тонкодисперсные наполнители, которые, благодаря высокой удельной поверхности, способны переводить часть свободной воды в пленочное состояние. Лучшими в этом отношении являются карбонатные порошки, активно взаимодействующие с суперпластификатором С-3 и пенообразователями, являющимися анионными поверхностно-активными веществами. Этим требованиям отвечает карбонатный шлам химводоочистки.
Изложенные выше соображения положены в основу рабочей гипотезы диссертационного исследования.
Научная новизна: - установлено, что суперпластификатор С-3, а также поташ, сульфат натрия, хлорид натрия и тринатрийфосфат не оказывают существенного влияния на величину поверхностного натяжения водных растворов пенообразова-
7 телей и качество пен из них; в присутствии хлорида кальция поверхностное натяжение увеличивается примерно на 15 %; выявлена несовместимость хлорида кальция с пенообразователями Пе-ностром, ПО-ЗНП, ПО-6НП, ПО-6НП-М и ПО-ПБ-1, выразившаяся в отсутствии вспенивания водных растворов этих пенообразователей; растворы Ареком-4 и ПБ-2000 с хлоридом кальция пены образовывали; выявлено неоднозначное влияние суперпластификатора С-3 и электролитов на протекание экзотермических процессов на начальной стадии гидратации в цементном тесте, содержащем различные пенообразователи; определены сочетания суперпластификатора С-3 с электролитами, обеспечивающие ускорение твердения пенобетона в естественных условиях.
Практическая значимость работы: сконструирован, изготовлен и проградуирован механический склерометр для контроля распалубочной прочности пенобетона, твердеющего в естественных условиях; в непластифицированных пенобетонах на основе пенообразователя ПБ-2000 в качестве ускорителей твердения в ранние сроки могут быть использованы сульфат натрия, поташ и хлорид кальция; в пластифицированных пенобетонах ускорение твердения в этот период обеспечивают сульфат натрия и поташ, однако, последний значительно понижает прочность в нормативном возрасте; выявлена эффективность замены части цемента шламом химводоочист-ки, проявившаяся в улучшении стабильности пенобетонных смесей и повышении прочности пенобетона в ранние сроки твердения; разработаны составы пеношламобетонов, модифицированных суперпластификатором С-3 и сульфатом натрия, и технологическая схема производства изделий из них.
Внедрение результатов работы: С мая 2005 г. на технологической линии ООО "Донземстрой" (г. Ростов-на-Дону) осуществляется производство теплоизоляционных и конструкционно-
8 теплоизоляционных изделий из пенобетонов, модифицированных сульфатом натрия. На декабрь 2005 г. объем выпущенной продукции составил 1450 м3. На защиту выносятся: результаты исследования влияния суперпластификатора С-3 и электролитов на качество пен, получаемых из растворов различных синтетических пенообразователей; параметры экзотермических процессов в цементном тесте, содержащем пенообразователи, суперпластификатор С-3 и электролиты в различных сочетаниях; составы пено - и пеношламобетонов, модифицированных суперпластификатором С-3 и электролитами; технология производства изделий из конструкционно-теплоизоляционных и теплоизоляционных пеношламобетонов, модифицированных суперпластификатором С-3 и электролитами; результаты производственного внедрения разработанных рекомендаций.
Достоверность полученных результатов подтверждена применением современных методов исследований и стандартных методик, статистической обработкой полученных результатов, обеспечивающей доверительную вероятность 0,95 при погрешности измерений не более 10 %, и опытно-промышленной проверкой результатов исследований.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались: на Международных научно-практических конференциях "Строительство" 2001-2005 гг., РГСУ, г. Ростов-на-Дону;
Международном студенческом форуме «Образование, наука, производство» 2002 г., БелГТАСМ, г. Белгород;
Международной научно-практической конференции «Современные технологии в промышленности строительных материалов и строииндустрии» 2005 г., БГТУ им. В.Г. Шухова, г. Белгород.
9 Публикации. По теме диссертации опубликовано 14 печатных работ. Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 6 глав, списка использованных литературных источников из 140 наименований и приложения.
Работа изложена на 168 страницах, включает 39 рисунков и 64 таблицы.
Современные технологии получения пенобетонных смесей
Пенобетон как одна из разновидностей ячеистых материалов находит все более широкое применение в строительной практике [6, 29, 70, 89, 104, 121]. В последние годы интерес к этому материалу возрос в связи со значительным повышением требований к ограждающим конструкциям зданий, регламентированных СНиП 23-02-2003 "Тепловая защита зданий". Интерес именно к этому материалу обусловлен существенными его преимуществами перед другими теплоизоляционными материалами, главными из которых являются: простота технологии, возможность применения местного сырья и промышленных отходов для его получения, пожаробезопасность и экологич-ность. Стены из этого материала "дышат" и не отпотевают, обладают хорошей звукоизоляцией. Дома со стенами из пенобетона по комфортности проживания человека стоят на 3 месте. В этой градации, предложенной зарубежными исследователями, на первом месте находятся дома со стенами из древесины, а из керамического и силикатного кирпича - на 6-10 [50]. Коэффициент экологичности пенобетона, по данным Минздрава РФ, равен 2 и уступает только древесине (1) [25]. Все это предопределило повсеместное применение пенобетона в ограждающих конструкциях. Возросший интерес к пенобетону придал новый импульс научным исследованиям и разработке технологий получения этого материала. Значительный вклад в развитие науки о пенобетоне внесли научные школы Ю.М. Баженова, А.П. Меркина, Л.В. Моргун, В.Т. Перцева, Ш.М. Рахимбаева, Г.П. Сахарова, И.Б. Удачкина, В.Г. Хозина, В.Ф. Черных, Е.М. Чернышева, Ю.Д. Чистова, Е.М. Шмитько и др. ученых.
До недавнего времени производство пенобетона базировалось на раздельном приготовлении технической пены и раствора с последующим их смешиванием в отдельном смесителе. При этом использовались преимущественно пенообразователи из природного сырья: смолосапониновые, клеекани фольные, гидролизованная боенская кровь и др. Промышленное применение выявило недостатки этих пенообразователей, к основным из которых следует отнести дефицитность сырья, ограниченный срок хранения, что требовало приготовления их непосредственно на предприятии. Раздельная технология приготовления пенобетонных смесей в последние годы была усовершенствована за счет смешивания технической пены с раствором в замкнутом пространстве при отсутствии объема свободного воздуха. Эта технология получила название вакуумной [109, ПО, 117]. Сущность технологии заключается в том, что в таких условиях высокоскоростной стержневой смеситель обеспечивает реализацию процесса перемешивания пены с растворной смесью за очень короткий промежуток времени (не более 10 с), что благоприятно сказывается на качестве пенобетонной смеси: на любых пенообразователях получены однородные мелкопористые пеномассы [117]. Условия замкнутой системы в сочетании с оригинальными конструкциями пеногенератора и смесителя позволяют получать пенобетонные смеси практически без потерь объема пены. Недостатком этого метода является использование сложного технологического оборудования. Раздельная технология приготовления смесей предусматривала применение низкократных пен, что ограничивало, в силу уже отмеченных недостатков существовавших пенообразователей, дальнейшее ее развитие и совершенствование. Ситуация коренным образом изменилась в связи с появлением принципиально новой, одностадийной, технологии приготовления пенобетонных смесей, основанной на поризации растворной смеси в высокоскоростных ка-витационно-турбулентных смесителях. Способ одностадийного приготовления пенобетонных смесей был разработан и запатентован фирмой "Фибробетон" [86]. Оборудование и технология приготовления смесей этим способом разрабатываются и совершенствуются отечественными фирмами "Строминноцентр" (г. Москва), "Новый дом" (г. Владикавказ), "Помощник-Д" (г. Краснодар), "Сармат" (г. Ростов-на-Дону) и др. Разработана и внедрена разновидность одностадийной технологии, названная баротехнологией [7, 25, 47, 60, 124], сущность которой заключается в том, что пенобетонную смесь приготавливают в герметичном смесителе, допускающем создание в нем избыточного давления воздуха. Поскольку воздух сжимаем, то при повышенном давлении воздушные пузырьки обжимаются пропорционально величине избыточного давления. В сжатом состоянии стенки пузырьков упрочняются [30]. На выходе из смесителя полученная смесь "распрямляется" из-за обратного перепада давления, что, по мнению разработчиков, способствует увеличению стабильности пенобетонных смесей. Патентообладателем этой технологии является АО "Строминноцентр", входящее в ЗАО "Корпорация стройматериалов", а соответствующее оборудование разработано под руководством И.Б. Удачкина [118]. Баротехнология позволяет получать пенобетоны с пористостью до 96%. Механизм поризации шликера в присутствии пенообразователя принципиально отличается от структурообразования при раздельном приготовлении технической пены и цементно-минерального шликера с последующим их смешиванием. По своей сути он имеет много общего с механизмом поризации обычных бетонных смесей при использовании воздухововлекающих добавок [130]. Уникальность этой технологии состоит в возможности получения мелкодисперсной пористости, у которой подавляющее большинство пор имеет диаметр менее 0,8 мм. Процесс поризации осуществляется в турбулентном смесителе, снабженном специально разработанными лопастями минимального аэродинамического сопротивления. Во время поризации за движущимися лопастями образуются кавитационные каверны, давление в которых составляет 70-80 % и менее от атмосферного. Из-за разницы давлений происходит вовлечение в каверны воздуха с образованием и равномерным распределением по объему смеси мельчайших пузырьков, которые стабили 13 зируются пенообразователем и армируются частицами цемента и наполнителя [56]. В процессе поризации пеномасса постепенно увеличивается в объеме и разгоняется. На внутренней боковой поверхности емкости смесителя под углом (30-40) к вертикали расположены жестко закрепленные лопасти, которые затрудняют вращение смеси и одновременно создают вертикальные турбулентные потоки, что способствует более активной поризации раствора [56]. Полученная таким образом пенобетонная смесь отличается устойчивостью к осадке и расслоению.
Поризация ячеистобетонных смесей в высокоскоростных турбулентных смесителях позволяет сочетать простоту организации производства и возможность использования высокократных синтетических пенообразователей. Меняя состав и вязкость шликера, дозировку пенообразователя и продолжительность перемешивания, можно получать пенобетоны в широком диапазоне плотностей; при этом процесс приготовления пенобетонных смесей легко регулируется и контролируется. Приготовленную таким способом пенобетонную смесь можно транспортировать автотранспортом и перекачивать насосами.
Методика приготовления пенобетонных смесей
Свойства пенобетонных смесей непосредственно зависят от качественных характеристик пен, используемых для их получения. Особое значение это имеет для смесей, получаемых при смешивании раздельно приготовленной технической пены с растворной смесью. Не менее важно это и в турбулентной технологии, где поризация происходит за счет воздухововлечения в шликеры, содержащие пенообразователи.
Влияние концентрации водородных ионов (рН) на пенообразующую способность растворов пенообразователей неоднозначно и зависит от вида поверхностно-активного вещества. Отмечается [115], что одни пенообразователи (жирные кислоты и их соли) не образуют пену при рН 7, у других (ал-килбензосульфонаты) вспениваемость понижается только при рН 12, а максимальная пенообразующая способность большинства ПАВ достигается при рН=8-9.
Присутствие в водных растворах пенообразователей суперпластификатора С-3 и электролитов может изменить этот показатель. Так, по мнению С.Д. Петрова [88], для обеспечения совместимости пен на различных пенообразователях с солями (противоморозными добавками) рН растворов солей должен быть как можно ближе к уровню рН пенообразователя, а сами соли не должны содержать агрессивных для пены ионов.
Кроме того, качество пен зависит от их дисперсности, которая в свою очередь является функцией многих факторов: поверхностного натяжения, концентрации раствора пенообразователя, режима ведения технологического процесса. Между размерами пузырьков и стабильностью пены имеется определенная связь: для конкретного пенообразователя и условий получения пены существует свой интервал размера пузырьков, обладающих стабильностью. Стабильность пен повышается при смещении этого интервала в сторону пузырьков меньших размеров [115].
Пена, как и любая дисперсная система, является агрегативно неустойчивой. Нестабильность пен объясняется наличием избытка поверхностной энергии, пропорциональной поверхности раздела жидкость-газ. Разрушение пены происходит в результате истечения жидкости, диффузии газа между пузырьками и разрыва индивидуальных пленок внутри пены. Преобладание того или иного из этих процессов при разрушении пены зависит от многих факторов [32, 101, 115].
Логично предположить, что на пенообразующую способность и ста бильность пен должны оказывать влияние пластифицирующие добавки и электролиты. В связи с этим представляется целесообразным изучение влия ния этих веществ на свойства пен, полученных с различными синтетически ми пенообразователями. — Объектом исследования в этой серии экспериментов были пены, полученные с использованием пенообразователей ПО-ЗНП, ПО-6НП, Пеностром, П0-6НП-М, ПО-ПБ-1, Ареком-4 и ПБ-2000. По своей химической природе все они являются анионактивными ПАВ, диссоциирующими в водных растворах с образованием отрицательно заряженных длинноцепочечных ионов, определяющих их поверхностную активность. Растворы готовили добавлением в воду 2 % пенообразователей при их товарных концентрациях. Такая дозировка выбрана в связи с тем, что для большинства из них (рис. 3.3), она соответствует минимальным значениям поверхностного натяжения водных растворов пенообразователей, при которых, как отмечалось ранее, проявляется максимальная пенообразующая спо собность. В водных растворах пенообразователей суперпластификатор С-3 использовали в количестве 0,6 %, а электролиты - 1, 2 и 3 % (по сухому веществу). В качестве электролитов были применены сульфат натрия, поташ, хлорид кальция и тринатрийфосфат. Электролиты использовали в виде рабочих растворов 10 %-ной кон-центрации, их содержание в растворах назначалось в соответствии с рекомендуемыми дозировками по ГОСТ 30459-96 "Добавки для бетонов. Методы определения эффективности". Из данных, представленных в табл. 3.3, видно, что все пенообразователи, будучи разбавленными дистиллированной водой (2%-ные водные растворы), понизили значение показателя рН. Однако для одних (ПО-ЗНП, Пеност-ром, ПО-6НП-М) это уменьшение незначительно - 0,3 - 0,9 ед., тогда как для других (ПО-ГТБ-1, ПО-6НП, ПБ-2000 и Ареком-4) оно составило 1,8 - 5,9 ед. При этом в большей степени понижается щелочность растворов с пенообразователем Ареком-4. Влияние суперпластификатора С-3 и электролитов на свойства пен изучали на трех модельных растворах: водный раствор пенообразователя; растворы, содержащие пенообразователь и суперпластификатор С-3; растворы, содержащие пенообразователь, суперпластификатор С-3 и 1, 2 или 3 % электролита. В качестве контролируемых параметров приняты кратность, распад пен и показатель рН растворов.
Поверхностное натяжение водных растворов пенообразователей, содержащих суперпластификатор С-3 и электролиты
В присутствии ТНФ продолжительность индукционного периода составила 15,5 ч, что более чем в 7 раз превышает эту величину в контрольном составе, а время достижения температурного максимума увеличилось на 14 ч (табл. 4.8). После индукционного периода наблюдалось возобновление активного тепловыделения. При этом общая его величина была на 23 кДж/кг больше, чем в контрольном составе. По влиянию на этот показатель (161 кДж/кг) ТНФ сопоставим с действием сульфата натрия и поташа (соответственно 165 и 162 кДж/кг). Однако скорость тепловыделения за наблюдаемый период с этим электролитом была минимальной (6,4 кДж/кгч).
Следует отметить наибольшую эффективность хлорида кальция: продолжительность индукционного периода в цементном тесте с этим электролитом составила всего 0,6ч, а время достижения температурного максимума -6,4 ч. В контрольном составе эти параметры были соответственно 2ч и 11,2ч. Скорость тепловыделения в тесте с хлоридом кальция была максимальной (22,ЗкДж/кг-ч) и превысила этот показатель в контрольном составе в 1,8 раза.
Полученные нами результаты согласуются с данными других авторов [5, 74, 75, 82, 133]. Так, С. А. Миронов и А. Т. Мягков [75], изучая тепловыделение в растворных и бетонных смесях с добавкой хлорида кальция (1,5 % от массы цемента), установили, что ход реакции гидратации цемента в этом случае не изменяется, только в первые часы твердения бетона он существен но ускоряется (в 2-2,5 раза). При этом общее тепловыделение цемента в составе с ХК увеличивается незначительно (за 2-ое суток примерно на 8-12 %).
По нашим данным к моменту достижения температурного максимума при рост выделившегося тепла составил 3,5 %. Хлорид натрия в отличие от хлорида кальция проявляет меньшую эффективность: при незначительной разнице температурных максимумов и величин общего тепловыделения у теста с этим электролитом скорость тепло выделения была в 1,43 раза меньше (15,6 кДж/кгч), чем с ХК. Уменьшение скорости тепловыделения в этом случае обусловлено большим временем достижения температурного максимума. Сульфат натрия и поташ вызвали заметное повышение температурного максимума при практически одинаковом общем тепловыделении, которое было больше, чем в контрольном составе в среднем на 18 %. Однако эти электролиты вызвали разное увеличение скорости тепловыделения: в сравне нии с контрольным составом оно составило 25 и 55 % соответственно. Таким образом, по возрастанию влияния одинарных электролитов на скорость тепловыделения их можно расположить в следующей последовательности: сульфат натрия — хлорид натрия —поташ — хлорид кальция. Тринатрийфосфат в соответствии с полученными данными вообще нельзя относить к ускорителям схватывания. Анализ литературных данных показал, что во многих случаях наиболее эффективно применение смеси солей, так как при этом возможно усиление эффекта, предельно достигаемого при введении однокомпонентной добавки. В связи с этим нами исследованы добавки типа ХК+ХН и ХК+СН. По температурным кривым составов с этими солями (рис. 4.5) видно, что в обоих случаях в сравнении с контрольным составом наблюдалось ускорение экзотермических процессов в цементных системах. По данным В. Б. Ратинова и Т. И. Розенберг [98], ускоряющее действие смесей электролитов может оказаться меньшим, чем можно было бы ожидать исходя из принципа аддитивности. Происходит это в том случае и на том раннем этапе, когда процесс гидратации вяжущего лимитирует стадия кристаллизации новой фазы. Поскольку ХН повышает растворимость вяжущих и новообразований, он ослабляет влияние ХК, ускоряющий эффект от введения которого основан на высаливающем действии одноименного иона Са . Параметры экзотермических процессов в цементном тесте с ХК+ХН это подтверждают. Так, общее тепловыделение было сопоставимо с тепловыделением цементного теста с ХК и ХН, однако скорость этого процесса была меньше, чем в тесте с ХК, но больше, чем с ХН. При этом температурные максимумы для составов с одинарными солями и их смесью были практически одинаковыми. Разница в скоростях тепловыделения обусловлена, главным образом, присутствием в тесте хлорида натрия. В присутствии смеси солей ХК+СН температурный максимум был таким же, как и в присутствии каждой из этих солей отдельно. Однако общее тепловыделение (147 кДж/кг) и скорость (13,9 кДж/кгч) этого процесса были меньше. Меньшими были значения этих показателей и в сравнении с составом, содержащим XK+XH.
Очевидно, в этом случае действие ХК+СН в большей мере предопределилось действием сульфата натрия. Вероятно, это связано с последовательностью протекающих химических реакций. При затворении цемента в первую очередь, по всей видимости, начинает действовать сульфат натрия, вступая в реакцию с гидрооксидом кальция, выделяющимся при гидратации силикатных фаз клинкера. В результате образуется двуводный гипс, который, вступая в реакцию с гидроалюминатами кальция, образует гидросульфоалю-минаты кальция (главным образом эттрингит). Последние затрудняют гидратацию алюминатных фаз. Одновременно с этим вследствие взаимодействия Na2S04 с Са(ОН)2 накапливающийся гидрооксид натрия замедляет растворимость силикатных фаз (C3S и C2S). Этому же способствует и присутствие в жидкой фазе ионов Са2+. Влияние этих факторов продолжается до тех пор, пока не израсходуется весь сульфат натрия. После этого вступает в действие хлорид кальция, образуя с СзАН гидрохлоралюминаты по реакции [3]: 3CaO-Al2O3+10H2O+CaCl 2= ЗСаО-А12О3-СаС12 10Н2О Таким образом, в наших экспериментах не было выявлено усиления функциональной эффективности хлорида кальция и сульфата натрия при их совместном введении. Ускоряющий эффект в данном случае был сопоставим с действием индивидуальных добавок.
Исходные предпосылки для исследования экзотермических процессов
Таким образом, из всех исследованных одинарных солей в сочетании с пенообразователем ПБ-2000 и суперпластификатором С-3 можно отметить высокую эффективность хлорида кальция, поташа и сульфата натрия; хлорид натрия практически не влияет на параметры экзотермических процессов.
Смесь солей ХК+ХН значительно (более чем на 4 С) понизила температурный максимум и общее тепловыделение (120 кДж/кг) в сравнении с контрольным составом. Однако индукционный период в этом случае был короче на 1,6 ч, а скорость тепловыделения хотя и незначительно, но больше. По влиянию на скорость тепловыделения действие этой добавки сопоставимо с сульфатом натрия. Отметим, однако, что количество выделившегося тепла в тесте с этими солями было значительно меньше, чем в тесте, содержавшем индивидуальные соли натрия и кальция: по сравнению с цементным тестом с хлоридом натрия это уменьшение составило 12 кДж/кг, а хлоридом кальция — 8 кДж/кг.
Действие добавки ХК+СН очень близко к действию ХК+ХН. Отличие отмечено только во времени достижения температурного максимума, увеличение которого произошло за счет удлинения индукционного периода.
Из графиков следует, что в сочетании с пенообразователем Пеностром экзотермические процессы в цементном тесте в большей или меньшей степени ускоряют все соли. Исключением в этом отношении является только три-натрийфосфат, который так же, как и в предыдущей серии экспериментов, существенно замедлил эти процессы. Однако блокирующее действие адсорбционных пленок поверхностно-активных веществ и оболочек из нерастворимых фосфатов проявилось в цементном тесте с этим пенообразователем в меньшей степени, чем в тесте с ПБ-2000. Так, продолжительность индукционного периода и время достижения температурного максимума в данном случае составили соответственно 14 ч и 24,7 ч (табл. 4.12), тогда как в составе с ПБ-2000 эти показатели были равны 23 ч и 33,5 ч (табл. 4.10). Общее тепловыделение цементного теста было невысоким: 131кДж/кг при 145кДж/ кг в контрольном составе. По всей видимости, в составе с Пеностро-мом имеют место еще и реакции взаимодействия тринатрийфосфата с его компонентами, что несколько ослабляет негативное влияние ТНФ на экзотермические процессы.
Максимальная скорость тепловыделения была зафиксирована в тесте с хлоридом кальция - 36 кДж/кгч. При этом температурный максимум был достигнут за 4 ч при очень коротком индукционном периоде (1 ч). Общее тепловыделение в этом случае было близко к тепловыделению цементного теста без электролита - соответственно 144 и 145 кДж/кг. Несколько меньшее ускоряющее действие оказали поташ и сульфат натрия. Поташ, сократив продолжительность индукционного периода с 5,1 ч до 3,7 ч и увеличив при этом скорость тепловыделения (с 8,7 до 12,0 кДж/кгч), обусловил достижение температурного максимума на 5,6 ч раньше, чем у контрольного состава. При этом отмечено понижение значений общего тепловыделения (133 кДж/кг) и температурного максимума (50,3 С). В присутствии сульфата натрия продолжительность индукционного периода была сопоставима с показателем контрольного состава. Однако температурный максимум (59,5 С) был самым высоким в серии. Относительно высокими были скорость тепловыделения (13,2 кДж/кгч) и величина общего тепловыделения - 156 кДж/кг (на 11 кДж/кг больше, чем в контрольном составе). При совместном присутствии в цементном тесте хлорида кальция и сульфата натрия не было зафиксировано усиления их ускоряющего действия по сравнению с действием каждой из этих солей. Скорость тепловыделения цементного теста (10 кДж/кгч) была ниже, чем в присутствии всех других электролитов, кроме ТНФ. Более длительным был и индукционный период (6 ч). Тем не менее, температурный максимум в этом случае достигнут на 1,5ч раньше, чем в составе без электролита. Общее тепловыделение цементного теста с добавкой ХК+СН (152 кДж/кг) было больше, чем в присутствии хлорида кальция (144 кДж/кг), но меньше, чем в тесте с сульфатом натрия (156 кДж/кг). Отсутствие в цементном тесте с электролитом ХК+СН структурообразующих процессов в течение 6 ч, по нашему мнению, будет создавать условия для разрушения "чувствительной" пенной структуры. Таким образом, в сочетании с пенообразователем Пеностром и С-3 более эффективными были хлорид кальция и поташ, сократившие продолжительность индукционного периода соответственно на 4,1 и 1,4 ч. Сульфат натрия не оказал влияния на этот показатель. В присутствии смеси солей ХК+СН при сокращении времени достижения температурного максимума на 1,5 ч индукционный период увеличился по сравнению с контрольным составом с 5,1 до 6 ч. Как и в предыдущих опытах, в этой серии экспериментов снова нашло подтверждение замедляющее действие на экзотермические процессы тринат-рийфосфата. В частности, удлинение периода достижения температурного максимума с ним по отношению к контрольному составу составило 8 ч, что, однако, меньше, чем в тесте с пенообразователем ПБ-2000. Низкая эффек 83 тивность ТНФ на рассматриваемой стадии структурообразования отмечена и по другим параметрам экзотермического процесса.
