Содержание к диссертации
Введение
1. Анализ технологических процессов изготовления пенобетона 10
1.1 Классификация и свойства пенобетона 11
1.2 Усадочные деформации: виды и причины их возникновения 18
1.3 Способы снижения усадочных деформаций и повышения однородности параметров качества
1.3.1 Агрегативная устойчивость пенобетонных смесей 30
1.3.2 Модифицирующие добавки 33
1.4 Выводы по главе 39
2. Характеристика сырьевых материалов и методики проведения исследований . 42
2.1 Характеристика сырьевых материалов 42
2.2 Методики проведения исследований. Приборы и оборудование
2.2.1 Стандартные методики испытания материалов 49
2.2.2 Физико-химические методы исследования материалов 56
2.2.3 Математическое планирование эксперимента 58
2.3 Методология управления качеством пенобетона с пониженной усадкой. 60
2.3.1 Процессный подход при управлении качеством пенобетона 60
2.3.2 Причинно-следственная диаграмма Исикавы управления усадочными деформациями пенобетона 62
2.4 Выводы по главе 67
3. Исследование процессов поризации цементного теста и камня 68
3.1 Пенообразующая способность пенообразователей с модифицирующими добавками 70
3.2 Влияние модифицирующих добавок на свойства цементного теста и камня 74
3.3 Выводы по главе 87
4. Влияние микроармирующих и пластифицирующих добавок на свойства поризованых бетонных смесей и пенобетона 88
4.1 Проектирование составов пенобетона 88
4.2 Влияние технологических приемов на свойства пенобетона 91
4.3 Влияние модифицирующих добавок на свойства пенобетонной смеси 10 2
4.4 Свойства пенобетона 107
4.5 Эксплуатационные свойства разработанных пенобетонов
4.5.1 Исследование структуры пенобетонов 116
4.5.2 Физико-технические свойства пенобетона 120
4.5.3 Рекомендуемые составы пенобетона 125
4.6 Выводы по главе 126
5. Технология приготовления пенобетона с пониженной усадкой и технико-экономическая эффективность 128
5.1 Описание технологии приготовления цементного пенобетона улучшенного качества с пониженной усадкой 128
5.2 Опытно-промышленное испытание 132
5.3 Технико-экономическая эффективность 134
5.4 Выводы по главе 140
Заключение... 141
Список принятых сокращений 144
Список литературы
- Агрегативная устойчивость пенобетонных смесей
- Физико-химические методы исследования материалов
- Влияние модифицирующих добавок на свойства цементного теста и камня
- Влияние модифицирующих добавок на свойства пенобетонной смеси
Введение к работе
Актуальность работы: В соответствии с Постановлением
Правительства РФ № 323 от 15 апреля 2014 г. запланировано увеличение объемов строительства малоэтажного жилья экономического класса. Одним из эффективных стеновых материалов при малоэтажном жилищном строительстве является теплоизоляционный пенобетон.
На класс теплоизоляционного пенобетона и теплозащитные
характеристики стеновых конструкций влияют уровень и стабильность качества, а также усадочные деформации пенобетона.
В результате усадочных деформаций в пенобетоне формируются
внутренние напряжения, что приводит к образованию трещин,
нестабильности геометрических размеров, снижению прочности и
теплосопротивления стеновых конструкций зданий. Согласно
ГОСТ 25485-89 «Бетоны ячеистые. Технические условия» усадка при высыхании теплоизоляционных пенобетонов не нормируется. Однако, как показывает практика, усадка теплоизоляционных пенобетонов может достигать 5 мм/м. Столь высокие значения усадочных деформаций не позволяют обеспечить требуемые параметры для проектирования малоэтажных домов и сооружений из теплоизоляционных пенобетонных блоков с классом по прочности на сжатие B0.5-В2 при коэффициенте вариации 13.5 % и коэффициенте теплопроводности 0.12-0.14 Вт/м0С в сухом состоянии.
Установление закономерностей структурообразования и разработка
технологических приемов снижения усадочных деформаций при
обеспечении требуемых класса по прочности на сжатие и коэффициента теплопроводности является актуальным.
Диссертационная работа выполнялась в соответствии с комплексным
проектом Министерства образования и науки Российской Федерации
(Постановление №218 от 09.04.2013 г., договор №109-12 НИОКТР от
03.09.2012 г.), а также в рамках государственного договора
№ 2295 ГУ1/2014 (У.М.Н.И.К.) Фонда содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере.
Степень разработанности темы. Исследованиями ячеистых бетонов с малой усадкой занимались Л.Б. Моргун, Ю.В. Пухаренко, В.И. Удачкин, Л.Д. Шахова, К. Ковлер, В.Н. Моргун, А.С. Коломацкий, В.А. Пинскер, А.П. Меркин, А.Т. Баранова, А.Е. Местников, П.С. Горбач, И.Г. Калугин, Т.А. Ухова, C.L. Kalousek, Noorlander, I.W. Weber, F.N. Leich и другие. Однако исследования по взаимосвязи усадки с прочностью на сжатие и коэффициентом теплопроводности, а также однородностью показателей качества и другими эксплуатационными характеристиками практически не проводились.
Целью настоящей работы является разработка научно-
обоснованных составов и технологических приемов приготовления пенобетона естественного твердения с пониженной усадкой, высоким уровнем и стабильностью параметров качества.
В соответствии с намеченной целью решаются следующие задачи:
-
Анализ факторов, влияющих на усадочные деформации цементного пенобетона естественного твердения;
-
Научное обоснование методологии управления технологическими приемами снижения усадочных деформаций, а также повышения уровня и стабильности качества пенобетона;
-
Исследование процессов поризации цементного теста и структурообразования камня с модифицирующими добавками;
-
Влияние технологических приемов и модифицирующих добавок на свойства пенобетона;
-
Разработка технологии производства изделий из теплоизоляционного пенобетона улучшенного качества с пониженной усадкой.
-
Технико-экономическая оценка разработанных составов и технологии теплоизоляционного пенобетона с пониженной усадкой, а также стеновых конструкций зданий с его использованием.
Научная новизна. Определены методологические принципы
рецептурно-технологического управления процессами производства
теплоизоляционного пенобетона естественного твердения по критериям снижения усадочных деформаций и повышения качества выпускаемой продукции. При этом:
-
Установлено, что при равномерном распределении базальтовых, полипропиленовых и хризотил-асбестовых волокон диаметром 18-30 мкм в межпоровых перегородках пенобетона за счет снижения напряжений при структурообразовании поризованных цементных композиций на границе раздела фаз уменьшается пластическая усадка на 37-45 % и усадка при высыхании на 40-50 %.
-
Установлено, что в пенобетоне с базальтовыми волокнами в количестве 0.1 %, полипропиленовыми волокнами - 0.4 %, хризотил-асбестовыми волокнами - 2 % от массы цемента формируется однородная структура с хорошими связями в контактной зоне, что приводит к уменьшению коэффициента вариации прочности с 10.5 % до 7.2 %, а также повышению прочности на сжатие и класса пенобетона.
-
Установлено, что глиоксаль кристаллический, введенный в пенобетонную смесь в количестве 0.01 % от массы цемента, взаимодействует с гидроксидом кальция с образованием гликолята кальция, что приводит к уменьшению свободного порового пространства в межпоровой перегородке, ускорению процесса начального
структурообразования, повышению пластической прочности пенобетонной смеси на 45 % и снижению пластической усадки пенобетонной смеси на 30 %.
4. Установлено, что при введении в пенобетонную смесь пластификатора Неолас 5.2 увеличивается количество условно замкнутых пор с 16 % до 29 %, что приводит к увеличению марки по морозостойкости с F15 до F50 и снижению водопоглощения по массе на 20 %.
Теоретическая и практическая значимость работы:
дополнены знания по механизму управления усадочными деформациями, прочностью и теплопроводностью поризованных цементных строительных композиций за счет введения демпфирующих микроармирующих и пластифицирующих добавок;
установлены закономерности и разработаны практические рекомендации повышения уровня и стабильности параметров качества пенобетона;
улучшены физико-механические свойства теплоизоляционного пенобетона путем модифицирования его структуры добавками различного функционального назначения;
разработаны технические условия и технологический регламент;
представлены результаты технико -экономической эффективности разработанных составов и технология теплоизоляционного пенобетона с модифицирующими добавками за счет снижения коэффициента вариации прочности на сжатие пенобетона с 13.5 % до 10.5-7.2 %, что позволяет повысить класс пенобетона по прочности на сжатие и снизить расход цемента на 50-80 кг/м3.
Методология и методы исследования. В данной работе
используется методика управления технологическими процессами по
ГОСТ ISO 9001-2011 (процессный подход); исследования проводятся с
применением действующих национальных стандартов, технических
регламентов и современных аналитических методов изучения фазовых,
структурных характеристик пенобетона, включая рентгено фазо вый анализ
и электронную микроскопию. Статистическая обработка
экспериментальных данных осуществляется с использованием ЭВМ.
На защиту выносятся: совокупность установленных закономерностей по снижению усадочных деформаций и улучшению параметров качества теплоизоляционного пенобетона по критериям прочности и теплопроводности путем разработки и применения технологических приемов, а именно:
- научное обоснование технологических режимов перемешивания
пенобетонной смеси и повышения стабильности свойств
теплоизоляционного пенобетона;
рационально подобранные составы пенобетона на основе местного минерального сырья с микроармирующими добавками (полипропиленовое, базальтовое и хризотил-асбестовое волокна) и функциональными добавками (Неолас 5.2, глиоксаль кристаллический);
результаты экспериментальных исследований по влиянию пластифицирующих добавок и микроармирующих волокон на свойства цементного камня;
результаты экспериментальных исследований по влиянию волокнистых добавок, а также пластифицирующих добавок на свойства пенобетона;
результаты опытно-промышленных испытаний и внедрения результатов работы, подтверждающих научные и практические рекомендации.
Степень достоверности научных положений: подтверждается результатами испытаний пенобетонных образцов на аттестованном лабораторном оборудовании с использованием поверенных средств измерения и статистическими методами их обработки, а также комплексным характером проведённых исследований с применением системного подхода, проверкой результатов лабораторных исследований в производственных условиях, физико-химическими исследованиями, методом математического планирования эксперимента.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы и результаты исследований представлены на: VII, X, XII Международных конференциях студентов и молодых ученых «Перспективы развития фундаментальных наук» (г. Томск, 2010, 2013, 2015 г.); IV Международном семинаре-конкурсе молодых ученых и аспирантов, работающих в области вяжущих веществ, бетонов и сухих смесей (г. Москва, 2013 г.); Первой Всероссийской научной конференции молодых ученых с международным участием «Перспективные материалы в технике и строительстве» (г. Томск, 2013 г.); Первом Международном молодежном форуме «Интеллектуальные энергосистемы» (г. Томск, 2013 г.); Международной научной конференции молодых ученых «Перспективные материалы в строительстве и технике» (г. Томск, 2014 г.); Международной научно-технической конференции «Строительные материалы-4С: состав, структура, состояние, свойства» (г. Новосибирск, 2015 г.); Международной научной школе молодых ученых «Бетон в ранние сроки твердения: от исследований к практике» (г. Томск, 2015 г.).
Публикации. Основное содержание диссертационной работы опубликовано в 24 работах, в том числе 3 статьях в журналах, рекомендуемых ВАК РФ и 2 статьях с международным индексом цитирования Scopus.
Объем и структура диссертационной работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы из 135 наименований и трех приложений. Работа содержит 189 страниц сквозной нумерации, 54 рисунка и 39 таблиц.
Агрегативная устойчивость пенобетонных смесей
Пенобетоны классифицируются: а) по способу твердения – автоклавные и неавтоклавные; б) по виду применяемого вяжущего материала – цементные (пенобетон), известковые (пеносиликат), гипсовые (пеногипс), шлаковые (пеношлакобетон), на смешанном цементно-известковом вяжущем (пенобетоносиликат); в) по виду заполнителя – на песке и других кремнеземистых материалах (пенобетон), на золе (пенозолобетон, пенозолосиликат) [3]. г) по применению – конструкционный, конструкционно-теплоизоляционный, теплоизоляционный со средней плотностью соответственно 900-1200 кг/м3, 500 800 кг/ м3 и 500 кг/м3 и меньше.
Пенобетон как строительный материал в последнее время занимает одну из лидирующих позиций в строительстве ограждающих конструкций, благодаря своим положительным техническим характеристикам (рисунок 1.1): уменьшить стоимость строительства, его трудоемкосмтьатеир иэанлеорвг,оемикзодсетльи йп р ии - прочность. В о ечественных и европейских н рмах прочн сть бе она одновременном повышении долговечности, качества иу кмоемнфьшоритньо стио измдоанстиьй ,с атро характеризуется классами. Класс бетона устанавливается п значе ию средне также значительно уменьшить экологическое воздейосдтнвоиверенмаенонкорму жпоавюыщшу еюн ии прочности бетона и к эффициен а вариац и прочн сти бетона. Коэффициент среду. Таковым строительным материалом является я чтеаиксжт еы йз нбаечтоинте. л ьно уменьш вариации прочности бетона характеризует днородность показателя прочности Ячеистым бетоном называется особый вид с рбеедтуо. н Та акбоевзымк сртурпониотгеол ьн бетона. заполнителя, представляющий собой материал с очень мЯелчкеимстиы мравнбоемтоенронмо н С гласно ГОСТ 25485-89 для пенобетонов установлены следующие распределенными или сообщающимися воздушнымизаяпчоелйнкиатмеиля,сфперреидчстеасвклояйющ классы: В0.5; В0.75; В1; В2; В2.5; В3.5; В5; В7.5; В10; В12.5; В5 [4]. Прочность формы. Мелкопористая структура является основной роассопбреенднеолсетньнюы мячиеислтио госо об бетона. Она обеспечивает такие положительные его сфворймс тыв. а М, кеалкк онпеоброилсьтша яо йстр вес, малый коэффициент теплопроводности, бсертаовнаи.теОлньан уоюбеспмечаилвуаюе т т пенобетона существенно зависит от прочности межпоровых цементно-песчаных стенок [5]. Существует несколько способов увеличения прочности бетона. Самый простой, но экономически невыгодный способ, это увеличение доли цемента, либо использование портландцемента повышенной марки. Желательно повышать прочность пенобетона другими способами, причем, не увеличивая содержания цемента. - средняя плотность. Низкая средняя плотность делает возможным производить стеновые блоки больших размеров с относительно небольшой массой. Соответственно, строительство с применением пенобетонных блоков упрощается, сроки возведения стен значительно сокращаются [6]. На среднюю плотность пенобетона влияет: объем вводимой пены и коэффициент ее использования в поризуемом растворе, количество вводимой воды; усадка пенобетонной смеси. Для теплоизоляционного пенобетона контроль стабильности средней плотности имеет большое значение при обеспечении теплоизоляционных свойств материала, так как коэффициент теплопроводности прямо пропорционален значению средней плотности; - коэффициент теплопроводности. Благодаря высоким теплотехническим характеристикам ограждающих конструкций из пенобетона, при эксплуатации зданий можно уменьшить затраты на отопление до 30 %. Традиционные строительные материалы (кирпич, тяжелый бетон) имеют низкий уровень теплозащиты. В нашей стране на отопление тратится в 3 раза больше энергии, чем в развитых странах. При использовании в ограждающих конструкциях традиционных материалов для достижения требуемого теплосопротивления более чем в 2 раза повышается стоимость строительства. Для обеспечения требуемого сохранения тепла в помещении кирпичная стена должна быть в 5 раз толще пенобетонной.
Коэффициент теплопроводности пенобетона зависит от влажности и вида пор. Поры пенобетона заполнены воздухом, а воздух, как известно, является хорошим теплоизолятором. Теплопроводность воздуха равна 0.023 Вт/м0С. Диаметр пор приблизительно равен 0.5 мм. Поэтому всегда стремятся создать теплоизоляционные материалы, характеризующиеся равномерно распределенной мелкопористой структурой [7,8]. Увлажнение негативно влияет на теплопроводность; - морозостойкость. Проблема обеспечения морозостойкости стеновых конструкций очень актуальна, так как большая часть территории в России подвергается воздействию низких отрицательных температур. Разрушение пенобетона под воздействием низких температур происходит за счет увеличения объема воды в порах при ее превращении в лед на 9 %. Морозостойкость пенобетона зависит от вида пор, размера пор и пористости. Благодаря своей пористой структуре с замкнутыми порами и гидрофобизированной внутренней поверхности пенобетон имеет низкое водопоглощение и впитывает очень малое количество влаги. Чем ниже водопоглощение, тем выше морозостойкость [9]. Морозостойкость конструкционно-теплоизоляционных пенобетонов превышает 25 циклов. Для теплоизоляционных пенобетонов данный показатель не нормируется. В строительстве изготавливают и применяют следующие марки морозостойкости пенобетона: F15; F25; F35; F50; F75; F100; - коэффициент экологичности. В производстве пенобетона используются только экологически чистые материалы, поэтому он безвреден для здоровья человека. Пенобетонные блоки при эксплуатации не выделяют токсичных веществ (процесс порообразования происходит механическим путем, без химических реакций). Пенобетон по экологичности уступает только дереву. Для сравнения: коэффициент экологичности пенобетона – 2; дерева – 1; кирпича – 10; керамзитовых блоков – 20; - долговечность. Пенобетон является практически вечным материалом, не подверженным воздействию времени. Пенобетон не гниет, обладает прочностью камня и со временем только улучшает свои физико-технические свойства [2]; - водостойкость. Пенобетон имеет закрытую пористую структуру, поэтому впитывает очень малое количество влаги, что приводит к увеличению срока службы зданий и сооружений. Водостойкость пенобетона зависит от вида вяжущего вещества: бетоны на основе извести, каустического магнезита, каустического доломита и гипса имеют меньшую водостойкость, чем бетоны на портландцементе. Свойства водостойкости особенно важны при расчете влагоизоляции и оценке долговечности конструкций; - огнестойкость. Согласно данным, приведенным в таблице 1.1, следует, что пенобетон по своим свойствам превосходит традиционные стеновые материалы. Пенобетон в виде изделий или смесей используется в жилищном – особенно малоэтажном, гражданском и промышленном строительстве независимо от климатических условий и зон сейсмичности. По данным анализа результатов эксплуатации пенобетона в зданиях, использование оптимального соотношения между средней плотностью, теплопроводностью, прочностью и морозостойкостью пенобетона находится в изделиях со средней плотностью 400-600 кг/м3 [10].
Физико-химические методы исследования материалов
Целесообразность введения микроармирующих волокон диктуется фрактальной иерархией процесса трещинообразования и присутствием в материале трещин от субмикро- до макромасштабного размера. Микроармирующие волокна (фибра), как протяжённая поверхность раздела фаз, являются важнейшими структурообразующими компонентами в пенобетонных смесях [61]. Согласно данным В.Н. Моргуна «физические и геометрические параметры фибры (вещественная природа, диаметр и длина) и ее количество предопределяют: - длительность сохранения сформированной в смесителе ячеистой структуры; - меру дефектности межпоровых перегородок и, как следствие, механические свойства затвердевшего бетона; - возможность расширения сырьевой базы строительства за счет повышенной устойчивости смесей к расслоению и усадке; - снижение энергоемкости производства за счет широкого применения пеносмесей различной плотности в монолитном и сборном строительстве» [38, с 34].
В настоящее время в технологиях производства бетона используется множество видов микроармирующих волокон: стальные, полипропиленовые, полиуретановые, базальтовые, стекловолоконные, асбестовые, хлопковые и другие. Каждый вид имеет свои особенности, достоинства и недостатки, отличается своей структурой, длиной отдельного волокна, толщиной.
В результате исследования В.Н. Моргуна «установлено, что эффективность дисперсного армирования бетонов зависит в первую очередь от соотношения прочностных и деформативных характеристик армирующих волокон и бетонной матрицы. Если модуль упругости волокна существенно (в 3-10 раз) превышает модуль упругости бетона, то следует ожидать повышения механической прочности, трещиностойкости» [38, с. 21], снижения усадочных деформаций и улучшения других эксплуатационных свойств дисперсно-армированного бетона. По справочным данным деформативность фибры составляет 4-15 % [62, 63], что до 1000 раз может превышать деформативность цементного камня.
Из механики композиционных материалов [64] следует, что если модуль упругости волокна больше модуля упругости бетона, то «при разрыве матрицы фибра оказывается способной в каком-то диапазоне роста напряжений принимать всю нагрузку самостоятельно. Причем трещины, возникающие в бетонной матрице при напряжениях ниже предела упругости волокна, носят обратимый характер при условии снятия нагрузки» [56, с.213].
Учитывая размеры межпоровых перегородок пенобетона, эффективной микроармирующей добавкой может быть та, геометрические параметры которой сопоставимы с толщиной перегородки.
Ю.В. Пухаренко считает, что при выборе вида армирующих волокон следует исходить из «следующих требований: - модуль упругости волокон должен превышать модуль упругости бетонной матрицы; - волокна должны быть химически стойкими и не разрушаться в щелочной среде бетона; - волокна должны быть высокотехнологичными с целью обеспечения стабильности свойств получаемого материала; - объем выпуска волокон должен обеспечивать объемы производства изделий из» [65] дисперсно-армированных пенобетонов; - стоимость волокон должна быть минимальной с учетом указанных требований. По результатам литературного обзора [66] наибольшей эффективностью для повышения качества пенобетона обладают следующие микроармирующие волокна: полипропиленовая фибра, базальтовое волокно и хризотил-асбестовое волокно. Полипропиленовая фибра Полипропиленовая фибра – это синтетическое волокно, формуемое из расплава полипропилена. Сырьем для их получения служит полипропилен СН3-СН=СН2. Волокна изготовляются непрерывным способом путем экструзии и вытяжки при нагревании с последующим нанесением на поверхность специального состава, способствующего лучшему рассеиванию волокон и повышению их адгезии к цементному камню. Базальтовая фибра Базальтовую фибру получают плавлением шихты из расплава горной породы базальта [67]. По химическому составу данные породы относятся к группе основных пород, для которых характерно невысокое содержание кремнезема (SiO2) [68]. Наиболее распространенными технологиями получения базальтовых волокон являются центробежное диспергирование, дуплекс-процесс, раздув расплава вертикальной струей воздуха. Так как базальт является распространенным материалом, а волокна на его основе обладают высокой прочностью при разрыве, высоким модулем упругости, имеют малую растяжимость, не горят, не гниют, обладают хорошей химической стойкостью [69], данный материал является перспективным для использования в технологии пенобетонных изделий. Базальтовая фибра совместима с цементным тестом, таким образом, имеет хорошую адгезию с цементным камнем и прочность бетона повышается [70].
Хризотил-асбестовая фибра Принимая во внимание небольшие размеры стенок пор пенобетона, достичь эффективного армирования можно используя микротрубчатые волокна, размеры которых меньше толщины стенки пор. Этим требованиям соответствует и может быть использован в качестве дисперсной арматуры хризотил-асбест Mg3Si2O5(OH)4 (гидросиликат магния). Природный хризотил (ранее хризотил-асбест) – это минерал группы серпентина моноклинной сингонии трубчатой, волокнистой структуры.
По кристаллохимической структуре представляет собой слоистый силикат, каждый слой которого состоит из гексагональной сетки кремнекислородных тетраэдров (SiO4)4- и октаэдрической сетки состава Mg(OH)2 – «бруситовый мотив». Соответствие параметров сеток нарушено и каждый слой свернут в трубочку с бруситовой сеткой снаружи (своеобразный «рулет»). При диспергировании образуются тончайшие фибриллы хризотила трубчатого строения радиусом 13–20 нм. Для текстуры хризотила характерны два вида пор – цилиндрические капилляры внутри волокон и капилляры между волокнами.
Асбестовое волокно обладает высокой степенью его сродства к новообразованиям, возникающим при твердении портландцемента, высокой прочностью и модулем деформативности [71]. Хризотил-асбест играет активную роль в процессах гидратации и твердения цемента: в результате хемосорбции поглощает из жидкой фазы гидрат окиси кальция, выделяющегося при гидратации алита (C3S); адсорбирует и удерживает на своей поверхности слой гидросиликатов кальция и других новообразований. Эти процессы ведут к ускорению процесса гидратации цемента и повышению адгезионной прочности цементного камня к волокну.
Исследованиями доказано, что хризотиловое волокно значительно безопаснее, чем целлюлоза, амозит, арамидные (полимерные) и керамические волокна. В строительных изделиях хризотил-асбест находится в связанном состоянии, поэтому безопасен и разрешен к применению в строительстве Минздравом РФ [72].
Влияние модифицирующих добавок на свойства цементного теста и камня
При проведении исследований использовались стандартные методы испытаний. Экспериментальные исследования пенобетона проводились в аккредитованном испытательномцентре «Стромтест», лабораториях кафедры «Строительные материалы и технологии», а также НИИСМ ТГАСУ.
Принцип действия прибора основан на создании проходящего через исследуемый плоский образец стационарно теплового потока. По величине этого теплового потока, температуре противоположных граней образца и его толщине вычисляется теплопроводность образца () по формуле 2.1: - d»q где d - толщина образца; - плотность теплового потока, проходящего через образец; AT - разность температур между противоположными гранями образца. Исследуемый образец имеет форму квадрата с размерами 150х150 мм; - усадка при высыхании – ГОСТ 25485-89. Согласно данному национальному стандарту, для определения усадочных деформаций пенобетона при высыхании готовились образцы 40х40х160 мм путем заливки готовой пенобетонной смеси в металлические формы. Отформованные образцы пенобетона до проведения испытаний выдерживались в стандартных влажных условиях в камере естественного твердения в течение 28 суток. Измерения проводились на стойке с индикатором часового типа (рисунок 2.5). Рисунок 2.5. Устройство для определения усадки при высыхании пенобетона - определение свойств пены. В работе изучались кратность и стойкость пен выбранных пенообразователей и влияние на эти показатели модифицирующих добавок. Определение стойкости и кратности пенообразователя: 400 мл воды заливают в металлический сосуд диаметром 12 см и высотой 40 см. Затем вводят пенообразователь в количестве 2 % от массы цемента и микроармирующие, либо модифицирующие добавки в необходимом количестве. В случае необходимости введения хризотил-асбеста, его предварительно необходимо распушить в воде в течение 3-5 минут. Раствор пенообразователя взбивается лабораторным миксером в течение 1 минуты. Оценка готовой пены осуществляют по ее стойкости и кратности, а также визуальным осмотром воздушных пузырьков. Высоту столба пены измеряют с помощью металлической линейки. Кратность пены рассчитывают по формуле 2.2: , (2.2)
По технологии в смеситель заливается предварительно отдозированная вода, вводится модифицирующая добавка в необходимом количестве. Если используются хризотил-асбестовые волокна, то их необходимо предварительно распушить в воде объемом 20 % от общего объема воды в течение 3-5 минут.
Перемешивание добавок с водой осуществляют 1 минуту. Далее в смеситель загружается песок и цемент. Перемешивание продолжается в течение 2-х минут до получения однородной пластичной массы. Затем в полученную смесь добавляется пенообразователь, разведенный в воде, и все компоненты перемешиваются 4,5 минуты. Готовую пенобетонную смесь укладывают в металлические формы 10х10х10 см и 15х15х15 см. Формы перед заливкой необходимо очистить и смазать (в качестве смазки используются либо специализированные жидкости, либо машинное масло). Отформованные образцы пенобетона маркируют и выдерживают в нормальных условиях при температуре 20±2С в течение суток, после чего их освобождают и помещают в камеру нормального твердения, где хранят в течение 14 и 28 суток до проведения испытаний при температуре 20±2С и относительной влажности воздуха не менее 90 %. Испытание и оценка качества пенобетона проводились по ГОСТ 25485-89. Для каждого замеса определяется диаметр расплыва смеси на приборе Суттарда и фактическая плотность пенобетонной смеси; - определение характеристик однородности пенобетона по параметрам прочности при сжатии и средней плотности.
Принимая в расчёт теорию Гриффитса о том, что эталоном прочности в некотором объёме бетона служит минимально прочный его элемент, то решение задачи сводится к нахождению «слабого звена цепи». «Цепное» решение задачи несёт в себе некоторую долю погрешности, т. к. в бетоне звенья расположены как последовательно, так и параллельно. Однако полученное решение даст представление о порядке цифр, из чего, в свою очередь, следует, что прочность бетона не может однозначно характеризоваться одной лишь средней величиной. Необходимо указывать возможные вариации прочностной характеристики, а также величину и форму исследуемых образцов на заводе-изготовителе.
Влияние модифицирующих добавок на свойства пенобетонной смеси
При строительстве энерго- и ресурсосберегающих объектов необходимо использовать эффективные стеновые материалы и технологические линии для их изготовления. Подобные линии позволяют в заводских или построечных условиях изготавливать качественные стеновые и теплоизоляционные материалы. Этим требованиям удовлетворяет разработанная технология теплоизоляционного пенобетона естественного твердения с пониженной усадкой. Влияние перечисленных в главе 1 негативных факторов на физико-технические свойства пенобетонов и изделия из них могут быть устранены путем использования в данной работе исследованных технологических приемов и модифицирующих добавок.
Совокупность технических и технологических решений в производстве пенобетона с пониженной усадкой должны обеспечить получение пенобетона с заданными свойствами и пониженной стоимостью.
В настоящее время технологии приготовления пенобетонных смесей совершенствуются в двух направлениях: первое направление базируется на создании новых типов смесителей, второе основано на улучшении качества пенобетонных смесей в действующих, серийно выпускаемых смесителях путем совершенствования процессов. Основная задача проводимых исследований сводится к повышению уровня и стабильности качества при снижении энергоемкости процессов с обеспечением равномерного распределения пор в объеме смеси [94].
На основании результатов экспериментальных исследований, приведенных в 3 и 4 разделах данной работы, предлагается следующая технологическая схема приготовления пенобетона, изображенная на рисунке 5.1.
Рекомендуется следующая последовательность приготовления смеси: в смеситель сначала заливается предварительно отдозированная вода и необходимая добавка (пластификатор или волокна) в нужном количестве (в процентах от массы цемента) и перемешивается в течение минуты. Если используются хризотил-асбестовые волокна, то их необходимо распушить в воде объемом 20 % от общего объема воды в течение 3-5 минут. Затем загружается песок, цемент и все перемешивается в течение 2-х минут до получения однородной пластичной массы. Очень важно равномерно распределить волокна и цемент в объеме смеси. Затем в полученную смесь добавляется пенообразователь, разведенный в воде, и смесь перемешивают еще 4.5 минуты. Полученная пенобетонная смесь заливается в подготовленные формы.
Поставка цемента осуществляется автотранспортом. Хранение цемента осуществляется на складе цемента силосного типа. Подача цемента в герметичную емкость для хранения производится через цементопровод с помощью пневмонагнетателя автоцементовоза. Если цемент в мешках, разгрузка производится вручную.
Складирование заполнителя осуществляется в крытых помещениях. Автосамосвал с песком заезжает в помещение и производит разгрузку.
Дозирование сыпучих материалов с помощью автоматических дозаторов или весов-площадка (весовое дозирование), либо емкости различного объема (объемное дозирование), если разгрузка производится вручную, то и дозирование тоже вручную, согласно предложенным составам пенобетона, в зависимости от его средней плотности.
Несоблюдение правил безопасности при работе с добавками (волокна, пластификаторы) при попадании на кожу, слизистой оболочки глаз, случайном проглатывании, вдыхании может вызвать раздражении верхних дыхательных путей и отравление. Необходимо соблюдать правила безопасности при работе с добавками. Следует применять индивидуальные средства защиты – халат, респиратор, резиновые перчатки. При работе с хризотиловыми и другими видами волокон следует контролировать уровень запыленности и соблюдать предельные концентрации вредных веществ согласно ГН 2.2.5.1313-03 «Предельно допустимые концентрации (ПДК) вредных веществ в воздухе рабочей зоны». Предложенные меры защиты от вредных факторов на рабочих местах позволяют улучшить условия труда до безопасного уровня, сократив риск профессиональных заболеваний.
Дозирование воды из магистрального водопровода производится согласно предложенным составам пенобетона, в зависимости от его средней плотности.
Приготовление рабочего раствора пенообразователя производится путем смешения концентрированного пенообразователя в количестве, согласно предложенным составам пенобетона. Концентрированный пенообразователь заливается в воду и тщательно перемешивается. Приготовление пенобетона осуществляется в пенобетоносмесителе ПБС 160М. Загрузка компонентов осуществляется автоматически или вручную, через горловину. Перед загрузкой необходимо включить привод пенобетоносмесителя. Полученная пенобетонная смесь разливается в формы. Подготовка металлических форм с перегородками. Формы очищаются (удаляются остатки пенобетона), затем смазываются эмульсолом либо другими смазками. Формы устанавливаются вдоль пути передвижения смесителя и после их заполнения смесью они не должны передвигаться или подвергаться сотрясениям вплоть до окончания процесса схватывания массы.
Пенобетонная смесь под действием избыточного давления в смесителе с помощью выпускного рукава равномерно распределяется по площади форм. Далее с помощью специального шпателя производится разглаживание открытой поверхности пенобетонной смеси в форме.
Отформованные изделия в период выдерживания необходимо предохранять от резких колебаний температуры, а также от непосредственного действия солнечных лучей, сквозняка, вызывающих интенсивное удаление влаги. При естественном твердении в нормальных условиях температура в цеху должна быть от +15 до +200С. Время твердения зависит от температуры в цеху, активности цемента, средней плотности пенобетона, качества песка и может составлять от 8 до 24 часов.
С помощью кран-балки формы перемещаются к посту упаковки на поддоны. Далее производится распалубка и изделия укладываются на деревянные поддоны, а формы отправляются на пост чистки-смазки. Уложенные изделия на поддонах доставляются на склад. В зимний период поддоны с изделиями выдерживаются на площадке цеха не менее 48 часов.
Пенобетон через 7 суток набирает 60-70 % марочной прочности. Отпускная прочность изделий – 70 % от проектной марки. Установку изделий в ограждающих конструкциях можно осуществлять после двух - трехнедельной выдержки со дня их изготовления.