Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Состояние вопроса и методологические основы исследований 10
1.1. Известные рецептурно-технологические параметры производства газобетона 10
1.1.1. Составы смесей для производства газобетона 10
1.1.2. Влияние технологических параметров приготовления и формования на свойства газобетона 16
1.1.3. Зависимость эксплуатационно-технических свойств газобетона от режима твердения 23
1.1.4. Влияние различных наполнителей на свойства газобетонных изделий 27
1.2. Объект и методы проведения исследований 28
1.2.1. Объект исследований 28
1.2.2. Методологическая схема проведения исследований 30
1.3. Анализ проблемы и постановка задач исследований 32
Глава 2. Характеристика сырьевых материалов и свойства растворных смесей на основе дисперсных отходов камнедробления 35
2.1. Альбитофировые и диабазовые тонкодисперсные отходы камнедробления 35
2.2. Минеральные и органоминеральные наполнители -стабилизаторы 40
2.3. Изучение свойств альбитофир- и диабазцементных растворных смесей 46
2.3.1. Свойства плотных растворов 46
2.3.2. Теоретические предпосылки формирования пористой структуры материалов на основе дисперсных отходов камнедробления 48
Выводы по второй главе 49
Глава 3. Подбор технологических параметров и кинетика формирования пористой структуры газобетона на основе тонкодисперсных отходов камнедробления альбитофировых и диабазовых горных пород 51
3.1. Влияние вида наполнителя на свойства неавтоклавного газобетона 51
3.2. Оптимизация параметров приготовления и формования альбитофир- и диабазвяжущих формовочных шламов 53
3.2.1. Влияние текучести и температуры альбитофир- и диабазвяжущего шлама на процесс поризации и структурообразования 54
3.2.2. Изучение свойств альбитофир- и диабазцементных формовочных смесей 58
3.2.3. Зависимость коэффициента вспучивания альбитофир- и диабазвяжущего шлама от
характера среды 61
3.2.4. Планирование многофакторного эксперимента по подбору рациональных параметров получения альбитофирового газобетона 62
3.3. Минеральные и органоминеральные добавки в составе газобетона на основе дисперсных отходов камнедробления 70
3.3.1. Влияние минеральных добавок на свойства газобетонных образцов 70
3.3.2. Зависимость свойств органоминеральных добавок от параметров приготовления 72
3.4. Разработка режимов твердения 75
3.4.1. Влияние режима твердения на свойства альбитофиро- и диабазогазобетонных образцов 75
3.4.2. Минеральный состав альбитофирового газобетона, полученного при различных способах твердения 77
3.5. Изучение свойств газобетонных образцов на основе дисперсных отходов камнедробления 79
3.5.1. Влияние характера пористости на свойства материала 80
3.5.2. Долговечность газобетона 83
Выводы по третьей главе 87
Глава 4. Технология получения газобетона на дисперсных наполнителях - отходах камнедробления и разработка технологических нормативных документов 89
4.1. Результаты опытно-промышленных испытаний 89
4.2. Технико-экономическое обоснование технологии производства и применения изделий из неавтоклавного газобетона на основе дисперсных отходов камнедробления 92
4.3. Разработка технологического регламента 96
Основные выводы 100
Список использованных источников 102
Приложения 114
- Влияние технологических параметров приготовления и формования на свойства газобетона
- Минеральные и органоминеральные наполнители -стабилизаторы
- Влияние текучести и температуры альбитофир- и диабазвяжущего шлама на процесс поризации и структурообразования
- Технико-экономическое обоснование технологии производства и применения изделий из неавтоклавного газобетона на основе дисперсных отходов камнедробления
Введение к работе
Теплоизоляционные и конструктивно-теплоизоляционные строительные изделия из ячеистых бетонов являются одними из перспективных и конкурентоспособных на строительном рынке.
Изделия из ячеистого бетона применяются в жилищном и гражданском строительстве во многих странах и с различными климатическими условиями. Его активно используют в Швеции, Германии, Финляндии, Норвегии, Польше и в других странах, где он является одним из эффективных материалов для ограждающих конструкций и применяется как в виде панелей, так и в виде мелких стеновых блоков, а также в монолитном строительстве.
Удельный объем ячеистобетонных изделий в балансе стеновых материалов в России не превышает 5%, в то время как в других странах он значительно выше. Например, в Швеции более 50% стеновых конструкций возводится из этого эффективного материала [1].
В России суммарная годовая мощность производств по выпуску изделий из ячеистых бетонов (в основном автоклавного твердения) составляет около 3 млн. м3, из которых более половины предназначено для изготовления мелких стеновых блоков. Годовой объем изделий из неавтоклавного ячеистого бетона не превышает 10% указанного выпуска. Объемы построенных монолитных зданий за последние 5 лет возросли в 1,5 раза, с использованием изделий из ячеистых бетонов - в 3,2 раза [2].
Приведенные энергозатраты на производство 1 м3 неавтоклавного пенобетона марки D 400 составляют 2,16 МДж (73,8 кг у.т.), а на производство газосиликата такой же плотности - 3,81 МДж (130,1 кг у.т.) [3]. Такое же соотношение сохраняется и при производстве газобетонных изделий.
Традиционно ячеистые бетоны и изделия на их основе получают на основе кварцевого песка, реже зол ТЭС, шлаков или их смесей.
Характерной особенностью процесса структурообразования газобетонной смеси на природном песке удельной поверхностью 9,4 м2/кг является осадка массы через 2-2,5 часа на 4,5-6,5%. Средняя плотность получаемого
газобетона на песке естественной гранулометрии составляет 1140-1170 кг/м и снижается с увеличением удельной поверхности песка [4].
Для гарантированного обеспечения получения газобетона с величиной средней плотности 400-500 кг/м3 и требуемой прочности необходимо использование кварцевого песка или другого кремнеземистого компонента с удель-ной поверхностью 250-300 м /кг [5].
Установлено, что на помол песка расходуется электроэнергии до 25кВт-ч/т или в перерасчете на 1м ячеистого бетона с учетом расхода песка 0,18-0,28 т-4,5-7 кВт-ч [6, 7].
Потенциальным источником основного сырья для производства ячеистых бетонов могут служить дисперсные отходы камнедробления таких горных пород, как альбитофиры, диабазы, граниты, известняки и др. из систем пылеулавливания, обладающие удельной поверхностью более 200 м /кг и применяемые как наполнитель без дополнительного помола [8].
По всем отраслям промышленности в России ежегодно образуется около 3,5 млрд. т отходов горно-рудных предприятий. Строительная индустрия способна утилизировать 25-27% годового объема вскрышных и попутно добываемых пород, отходов обогащения и отсевов дробления, но использует в настоящее время всего около 4% этого сырья [9].
Правительством Российской Федерации опубликовано постановление №344 от 12.06.2003 г. о плате за загрязнение окружающей среды, согласно которому за выброс в атмосферу неорганической пыли взимается плата с предприятия- поставщика отхода в размере 21 р. за 1 тонну, а хранение неопасных минеральных отходов стоит 0,4 р. за тонну. Поэтому целенаправленная утилизация отходов станет необходимой и обязательной с целью обеспечения рентабельности предприятий-поставщиков отходов подобного рода.
Актуальность работы обоснована расширением сырьевой базы для производства газобетона за счет научно-экспериментального обоснования при-
годности для его получения альбитофировых и диабазовых тонкодисперсных материалов из системы пылеочистки при дроблении горных пород.
Диссертационная работа выполнялась в объеме внутривузовского гранта НГАСУ (2004 г.) «Кинетика структурообразования альбитофировых ячеистых бетонов», по плану НИР НГАСУ на 2004-2005 г., раздел №7.3.2. «Ячеистые бетоны с применением высокодисперсных минеральных наполнителей», а также по заказу ОАО «Каменный карьер» (пос. Горный Новосибирской области) (Приложения 1 и 2).
Научная новизна работы заключается в установлении процессов формирования структуры газобетонных изделий на основе тонкодисперсных отходов камнедробления альбитофировых и диабазовых горных пород, принципиально отличающихся по химическому и минеральному составу от традиционно применяемых наполнителей для производства ячеистых бетонов. При этом установлено следующее:
тонкодисперсные отходы камнедробления альбитофировых и диабазовых горных пород могут быть эффективно использованы взамен традиционно применяемых кремнеземистых наполнителей при изготовлении ячеистых бетонов. Высокая дисперсность наполнителей и специфика минерального состава обеспечивают набор структурной прочности поризованной массы на 10-15% быстрее, чем у кремнеземвяжущих смесей.
высокая однородность свойств и удельная поверхность, достигающая 200-350 м /кг, альбитофировых и диабазовых порошков позволяют исключить из технологии газобетонных изделий операцию помола наполнителя и гомогенизацию шлама в шламбассейнах.
Оптимальными условиями получения газобетона на основе альбито-фирового наполнителя являются: температура формовочного шлама 35-37 С, водотвердое отношение 0,44-0,47, отношение наполнителя к вяжущему (по массе) от 0,6 до 0,8. При этом получаемый газобетон
имеет коэффициент конструктивного качества на 18-20% выше, чем при использовании кварцевого песка.
первоначальная тепловлажностная обработка отформованных изделий на основе дисперсных отходов камнедробления, содержащих в своем составе в основном альбит (NajAlSijOg]), ускоряет процесс набора прочности в 1,5...2 раза и увеличивает конечную прочность газобетона на 45-60%. В пропаренном газобетоне на альбитофировом наполнителе регистрируется повышенной содержание портландита и эттрингита, что свидетельствует о более полной гидратации портландцемента.
газобетонные изделия, полученные с использованием дисперсных отходов камнедробления альбитофировых и диабазовых горных пород, имеют среднюю плотность 500-650 кг/м3, прочность при сжатии 1,5-3,0 МПа, теплопроводность 0,131-0,203 Вт/(м-С), морозостойкость 35 циклов и могут быть использованы для изготовления конструкционно-теплоизоляционных строительных изделий.
Практическое значение и реализация работы.
предложены составы газобетона с наполнителями, являющимися дисперсными отходами камнедробления альбитофировых и диабазовых горных пород.
составлены математические уравнения, устанавливающие влияние состава и технологических факторов на свойства газобетонных изделий.
определены режимы технологического процесса получения газобетона с использованием отходов камнедробления.
разработан технологический регламент и технический проект линии по производству газобетонных стеновых блоков.
проведено производственное апробирование предложенных составов и технологии на заводе по производству газобетонных стеновых блоков ООО внедренческой фирмы «Силикон» г. Новосибирска.
— результаты исследований внедрены в учебный процесс НГАСУ при подготовке магистров «Техники и технологии» по направлению «Строительство».
Публикации. Результаты исследований опубликованы в 9 научных статьях, в том числе в журналах с внешним рецензированием («Строительные материалы», «Известия вузов. Строительство»). Отдельные результаты исследований включены в 4 раздел монографии «Лигноминеральные строительные материалы» В.Ф.Завадского // НГАСУ.- Новосибирск, 2004.- С. 102-113. Подана заявка на патент РФ на состав сырьевой смеси для ячеистых бетонов, рег.№ 1083.
Апробация работы. Результаты исследований докладывались и обсуждались на ежегодных научно-технических конференциях в НГАСУ (г. Новосибирск, 2003-2005 г.), НГТУ (г.Новосибирск, 2003 г.), международной технической конференции СТИ (г.Старый Оскол, 2004 г.), научно-практическом семинаре СибГИУ (г. Новокузнецк, 2003 г.) и техническом совете ООО ТД «Щебень» (г.Новосибирск, 2005 г.).
Структура и объем работы. Диссертация состоит из 4 глав, основных выводов, списка литературы, включающего 111 наименований, содержит 113 страниц текста, 32 рисунка, 22 таблицы и 9 приложений.
Автор защищает:
состав для получения газобетона на основе тонкодисперсных отходов дробления альбитофировых и диабазовых горных пород;
математические зависимости основных свойств газобетона от состава и технологии приготовления газобетонной смеси;
технологию производства изделий из газобетона на основе дисперсных отходов камнедробления и ее эффективность.
Влияние технологических параметров приготовления и формования на свойства газобетона
Для обеспечения требуемой прочности и низкой средней плотности обязательной в технологии ячеистых бетонов является энергозатратная операция помола кремнеземистого компонента. Установлено, что для гарантированного обеспечения получения газобетона с величиной средней плотности 400-500 кг/м необходимо использование кварцевого песка с удельной по-верхностью 250-300 м /кг (удельная поверхность немолотого песка — 0,3-19м2/кг)[5].
Рекомендовано при получении газобетона автоклавного твердения применение композиционного состава кварцевого песка при следующих значе-ниях дисперсности: 60-90; 180-200 и 300-330 м /кг по ПСХ-2, взятых в соотношении 68-75, 18-20 и 13-15 %. Применение композиционного состава кремнеземистого компонента на основе кварцевого песка позволило повысить эксплуатационную трещиностойкость ячеистобетонных изделий в результате уменьшения деформаций влажностной усадки [36].
Для получения газобетона на основе зол ТЭЦ и шлаков необходима их дополнительная подготовка из-за нестабильности химического состава и свойств.
В технологии газобетонных изделий стадия формования является весьма ответственной технологической операцией, предопределяющей формирование пористой структуры материала. В процессе вспучивания и структурооб-разования газобетонных смесей необходимо соблюдение принципа соответствия скоростей газовыделения и увеличения реологических свойств смеси [37]. Механизм вспучивания массы заключается в следующем: после соприкосновения частицы алюминиевой пудры с гидрооксидом кальция в месте контакта при температуре не ниже 25 - 35 С начинает выделяться водород. В прилегающих к частице алюминиевой пудры микрозонах выделяющийся газ давит на вязкопластичную массу, но пока усилие, развиваемое газом, не превысит предельного напряжения сдвигу, масса не будет вспучиваться. После того как значение предельного напряжения сдвигу массы будет меньше усилия (0,032 МПа) развиваемое газом, начинается вспучивание, продолжающееся до полного израсходования алюминиевой пудры. На всем протяжении процесса вспучивания масса должна иметь достаточную пластическую вязкость (гп), иначе выделяющийся водород будет прорываться, и уходить из массы, в результате чего происходит осадка. Наиболее полное использование газообразователя достигается в том случае, если выделение газа заканчивается ранее потери массой надлежащей подвижности, т.е. ранее достижения определенных критических значений предельного напряжения сдвигу и пластической вязкости массы. Физико-химические условия выделения и удержания газа в цементном тесте или растворе очень сложны. Скорость и полнота этих процессов в основном определяются дисперсностью газообразователя; состоянием его поверхности; температурой среды; концентрацией водородных ионов (рН) среды [38].
Главной причиной, препятствующей получению быстро вспучивающегося и бездефектного газобетона, является неравномерный зерновой состав алюминиевой пудры марки ПАП - 1, позднее реагирование наиболее крупных или малоактивных частиц алюминия и нарушение структуры за счет внутрипорового давления, возникающего при газообразовании после схватывания вяжущего [39].
Для нормализации процесса газообразования и получения быстровспу-чивающегося особо легкого газобетона алюминиевую пудру следует домолоть до тонкодисперсного состояния. Авторами получен газобетон плотностью 170 - 205 кг/и3 с величиной теплопроводности 0,079 - 0,082 Вт/м»С. Низкая величина средней плотности достигается путем совместного помола минеральных наполнителей, вяжущего и газообразователя.
Явление запоздалого реагирования газообразователя и меры по его предупреждению известны в технологии газобетона. Достигается это путем изменения В/Ц и температуры смеси, введения ПАВ и др. [25].
Разработанная автором [40] методика и приборы позволяют по газовыделению через поверхность изучать влияние технологических факторов на процесс формирования пористой структуры во время вспучивания ячеистой смеси. Газовыделение через поверхность имеет два этапа: I этап во время интенсивного вспучивания и II этап после прекращения вспучивания смеси. Отсутствие второго этапа газовыделения через поверхность указывает на оптимальность подобранного состава ячеистого бетона.
В статье [41] приведен анализ данных, которые показывают, что для производства ячеистых бетонов низкой средней плотности с ненарушенной пористой структурой и сферическими порами необходима многомерная упаковка пор различных диаметров, что может быть достигнуто при газопенной поризации. По этому методу пористая структура формируется за счет возду-хововлечения при перемешивании смеси с химическими добавками (образование мелких пор) и за счет обычных газообразователей (образование крупных пор).
Известен также способ пеногазообразования, при котором формовочная смесь на первом этапе поризуется за счет введения в ее структуру пены, а затем в поризованной массе создаются крупные поры за счет газообразователей, однако промышленная технология получения пеногазобетона в настоящее время еще не отработанна [42].
Авторами [43] предлагается применение метода вибровспучивания, который позволяет обеспечить получение ячеистой массы с равномерно распределенными порами практически одинакового размера. Кроме того, пониженное количество воды затворения на 20-25% в сочетании с уплотняющим воздействием вибрации в момент формирования пористой структуры обеспечивает получение плотных стенок одинаковой толщины. Для получения изделий с пористостью свыше 75% и особенно для легких теплоизоляционных бетонов (средняя плотность 300-350 кг/м3) целесообразно изготовление виб-ровспученных газопенобетонов.
Авторами [44] предложен метод повторного вибрационного воздействия на газобетонный сырец, который изменяет макро- и микроструктуру газобетона и позволяет уменьшить объем крупных пор при сохранении общей величины пористости. При этом газобетон характеризуется порами меньшего радиуса и большей однородностью размеров пор, прочность при сжатии его увеличилась на 20% по сравнению с образцами, не подвергавшимися повторному вибрированию.
Проводились исследования по созданию технологии и оборудования для формирования ячеистобетонных смесей с использованием ударных воздействий [45]. В статье приведены сравнительные характеристики газобетона, изготовленного по литьевой и ударной технологиям [46]. Плотность ячеистого бетона, изготовленного по ударной технологии, в среднем на 10% ниже, чем бетона аналогичного состава, полученного литьевым способом, что создает предпосылки к снижению расхода алюминиевой пудры при изготовлении ячеистого бетона одинаковой плотности. Снижение на 10-25% водосодержа-ния смеси приводит к увеличению прочностных показателей ячеистого бетона на 25-50% при одинаковых составах. Также, при ударной технологии время «созревания» массива сокращается в 1,5-2 раза по сравнению с таковым показателем при литьевой технологии. Автор указывает на то, что ударная технология эффективна при использовании некондиционных сырьевых материалов и вторичных продуктов.
Минеральные и органоминеральные наполнители -стабилизаторы
В качестве наполнителей - стабилизаторов структурной прочности применялись: микрокремнезем, молотый цеолит, металлургический шлак, гидролизный лигнин и зола от сжигания бурых углей.
Микрокремнезем - отход, образующийся в результате осаждения на четырех этапах (полях) системы газоочистки плавильных печей производства кристаллического кремния. Микрокремнезем является сертифицированным товарным продуктом, на который имеются технические условия «Микрокремнезем конденсированный» ТУ 5743-048-02495332-96.
Для получения неавтоклавного ячеистого бетона средней плотности 400-500 кг/м3 с качественными показателями, аналогичными автоклавному, необходимо использовать минерально-однородные компоненты соответствующей дисперсности, обладающие высокой поверхностной активностью и энергией взаимодействия в водной среде, уплотняющие структуру цементного камня. К числу таких компонентов относится микрокремнезем [80].
В смеси с известью микрокремнезем проявляет свойства активной минеральной добавки, связывая до 7% гидрооксида кальция в низкоосновные гидросиликаты кальция за 5-7 часов нормального твердения. Эта добавка позволяет снизить среднюю плотность ячеистого бетона, не уменьшая прочности, сокращает длительность технологической выдержки перед термообработкой [81].
В результате плавления в электродуговых печах кварца и железа при температуре равной 2000 С, происходит выделение газообразного оксида кремния (SiO), который, достигая верха печи, окисляется до БіОг и оседает в виде тонкодисперсных частиц на электрофильтрах. Основным компонентом микрокремнезема является аморфный диоксид кремнезема (87-92%), у кото-рого истинная плотность равна 2,94 т/м , а насыпная - 0,2... 0,3 т/м , удельная поверхность от 500 до 2500 м /кг. Химический состав микрокремнезема представлен в табл. 2.3.
Результаты рентгенофазового анализа показали, что микрокремнезем состоит в основном из рентгеноаморфной фазы (рис.2.3, а). Кристалличекая фаза представлена кристаллическим кремнием d/n = 0,313; 0,192 нм и карборундом d/n = 0,217; 0,154 нм.
Цеолит является алюмосиликатом со скелетной структурой, содержащей пустоты, занятые крупными ионами и молекулами воды, имеющими значительную свободу движения, что приводит к ионному обмену и обратимой деградации. Этот вид минеральных наполнителей обладает высокой гидравлической активностью [82].
Химический состав цеолита Пегасского месторождения, расположенного в Кемеровской области представлен в табл. 2.3. Минералогически породы представлены в основном клиноптилолитом (70-95%), с примесью мордени-та, что подтверждается дифрактометрическими исследованиями (рис.2.3, б)
Металлургический шлак Кузнецкого металлургического комбината (КМК) имеет следующий минералогический состав: мелилит, мервинит, вторичный кальцит.
Основными оксидами являются Si02, AI2O3, СаО и MgO (табл.2.3). Доменные шлаки имеют модуль основности М0 1, модуль активности Ма=0,4, коэффициент качества к 1,45. Согласно «Норм радиационной безопасности» (НРБ-96) по удельной эффективности естественных радионуклидов шлак относится к первому классу материалов и может использоваться для изготовления изделий, применяемых в жилых и общественных зданиях [83]. Коэффициент водоотделения тонкомолотого граншлака высокий и составляет 35-39 %.
Металлургический гранулированный шлак состоит в основном из рент-геноаморфной фазы, что подтверждается дифрактометрическими исследованиями (рис. 2.3, в). На дифрактограммах регистрируются пики с d/n = 0,428; 0,306; 0,285; 0,274; 0,266; 0,244; 0,201 и 0,175 нм подтверждающие присутствие минералов группы мелилита (геленит, мелилит, окерманит).
Гидролизный лигнин (ГЛ) представляет собой высоко-влажную сыпучую массу, получаемую после обработки древесины (опилки, дробленка) 0,5...1%-ным раствором серной кислоты (H2SO4) методом перколяции через слой материала при температуре 180... 190 С и давлении 1,2...1,5 МПа.
Древесный ГЛ не является однородным по составу веществом, а представляет собой комплекс веществ, которые отличаются не только по химической природе, но и по физическому состоянию, что зависит от вида древесины и параметров ее технологической переработки. Содержание отдельных групп в ГЛ колеблется в больших пределах, мас.%: собственно лигнин -48,3...72,0, смолистые вещества - 7,6...19,1, полисахариды -12,6...31,9, редуцирующие вещества - 1,1...10,0, зольность - 2,7...9,6, кислотность - 0,4...2,4 [84, 85].
Лигнин в виде отхода из гидролизных установок выходит с влажностью до 67%, при этом величина насыпной плотности равна 500 кг/м3. По мере высыхания до влажности 2 % рт уменьшается до 190 кг/м3 [20]. Истинная плотность лигнина- 1200-1300 кг/м3. Водородный показатель свежего ГЛ исследуемых проб составляет 3...4 единицы и при его высыхании повышается до 4,0...6,0. В ИК спектре гидролизного лигнина в области 3600 - 3100 см"1 наблюдается широкая интенсивная полоса поглощения водородосвязанных ОН -групп (рис. 2.4). Полосы 1600, 1560 и 1510 см"1 относятся к колебаниям v(C=C) ароматического кольца; внеплоскостные деформационные колебания кольца находятся при 850, 815 см"1. Валентные колебания v(C-H): СН -, СН2 -, СНз -групп проявляются в интервале 3000 - 2800 см"1, деформационные - при 1460, 1365 см". Полоса 1705 см"1 соответствует колебаниям С=0 связи, к v(C-O) относятся полосы 1270, 1220 см"1, к б(С-О) - 1030 см"1. Следует отметить, что в области 1220 - 1000 см"1 вклад в поглощение вносят также деформационные колебания гидроксильных групп.
Влияние текучести и температуры альбитофир- и диабазвяжущего шлама на процесс поризации и структурообразования
Экспериментальные данные показывают, что минимальное значение средней плотности соответствует составу газобетона, в котором в качестве наполнителя используются, % по массе: дисперсные отходы камнедробления - 60-70 и кварцевый песок - 30-40. Увеличение содержания кварцевого песка в смеси ведет к повышению средней плотности газобетона на 25-30 % [94]. При полной замене песка альбитофировым и диабазовым порошком, плотность газобетона увеличивается на 7-12% и составляет соответственно 620 и 680 кг/м , возрастают и прочностные характеристики образцов.
Использование токодисперсных отходов камнедробления альбитофиро-вых и диабазовых горных пород позволяет частично или полностью заменить кварцевый песок в составе сырьевых смесей для получения газобетона.
В технологии газобетонных изделий стадия формования является весьма ответственной технологической операцией, предопределяющей формирование пористой структуры материала.
Управление составом газобетонной смеси и формированием структуры газобетона должно базироваться на следующих подходах: газобетонная смесь является объектом применения закона постоянства объемного фазового состава дисперсной системы; газобетонная смесь состоит из двух основных частей - грубодисперсного структурного каркаса и поровой суспензии. Первая часть представляет собой грубодисперсные компоненты газобетонной смеси - молотый песок, негидратированный цемент. Твердая фаза поровой суспензии представлена частицами с размером в 10 - 100 раз меньше, чем размер частиц структурного каркаса - это двуводный гипс, частично гид-ратированный цемент, стабилизирующие добавки, гашеная известь. Дисперсность кварцевого песка, золы ТЭЦ или других наполнителей, вводимых в состав газобетонной смеси, должна быть равной или меньшей дисперсности цемента. Устойчивость газобетонной смеси при ее поризации предопределяется вязкостью поровой суспензии и величиной поверхностного натяжения жидкой фазы. Газовыделение в смеси должно сопровождаться постепенным увеличением структурной прочности смеси за счет увеличения числа адгезионных контактов и связей между отдельными частицами [29].
На процесс образования пористой структуры в строительных материалах на минеральной основе влияет ряд факторов, одним из которых является текучесть шлама. С увеличением текучести снижается вязкость смеси, что приводит к уменьшению ее газоудерживающей способности и увеличению сроков схватывания. С уменьшением, наоборот, вязкость смеси может возрасти на столько, что усилие, развиваемое газом (водородом) будет ниже значений вязкопластичных свойств смеси, в результате чего в массе не происходят изменения первоначального объема (вспучивание), кроме этого возможно разрушение структуры композита. Все это приводит к увеличению средней плотности материала. Поэтому необходимо установить зависимость текучести растворной смеси от водотвердого отношения и изучить ее влияние на свойства газобетона.
С помощью прибора Суттарда определялся диаметр расплыва альбито-фиро- и диабазогазобетонной смеси в зависимости от водотвердого отношения, который должен составлять для газобетонных смесей 18-24 мм (рис.3.3).
Оптимальное водотвердое отношение для альбитофир- и диабазцемент-ных шламов определялось также в зависимости от технических свойств получаемых пористых материалов.
Зависимость свойств (средней плотности и прочности при сжатии) аль-битофирового газобетона от водотвердого отношения представлена на рис. 3.4.
График показывает, что при В/Т менее 0,46 плотность альбитофирогазо-бетона резко увеличивается, что связано с высокой вязкостью сырьевой смеси, что препятствует ее вспучиванию. При В/Т более 0,48 образуются крупные сообщающиеся поры, большое количество газа выделяется через поверхность материала, средняя плотность образцов возрастает, а прочность снижается. Оптимальным для вспучивания является значение В/Т от 0,46 до 0,48. Смесь хорошо вспучивается, практически отсутствует осадка массы, образуются в основном замкнутые мелкие поры. На рис.3.5 представлена зависимость свойств газобетонных образцов на основе диабазового наполнителя от водотвердого отношения. Оптимальным для получения газобетона на основе диабазового наполнителя является значение В/Т=0,58-0,6.
Технико-экономическое обоснование технологии производства и применения изделий из неавтоклавного газобетона на основе дисперсных отходов камнедробления
Технологический регламент составлен впервые и предусматривает процесс производства штучных строительных изделий из ячеистых бетонов на основе тонкодисперсных отходов камнедробления горных пород (альбито-фировых, диабазовых и др.) производительностью 10 тыс. м3 в год (Приложение 7). Производство может быть организовано на заводе по изготовлению изделий из ячеистых бетонов, без установки дополнительного оборудования или на вновь запроектированной технологической линии.
Для получения неавтоклавного ячеистого бетона в качестве вяжущего применяется портландцемент марки 400. Наполнителями служат тонкодисперсные попутные продукты от дробления альбитофировых и диабазовых горных пород. Альбитофиры относятся к группе эффузивных пород щелочного ряда, представленные в основном альбитом Na[AlSi30g] до 75-87%, диабаз - интрузивная порода основного состава, содержащая в составе аль-битизированный плагиоклаз до 57-68%.
В качестве газообразователя используется алюминиевая пудра ПАП-1, ПАП-2, удовлетворяющая требованиям ГОСТ 5494-95. Для создания активной щелочной среды, необходимой для обеспечения реакции газовыделения при получении неавтоклавного газобетона, в смесь вводится молотая негашеная известь-кипелка или известь-пушонка.
Для обеспечения стабилизации структуры свежеотформованных изделий, уменьшения осадки поризованнои массы и повышения прочности, в сырьевую смесь могут вводиться тонкодисперсные минеральные добавки, в качестве которых предлагается использовать цеолит, микрокремнезем, металлургические шлаки, золы ТЭЦ и др.
Вода для приготовления ячеистобетонной смеси должна удовлетворять требованием ГОСТ 23732-79, водородный показатель которой составляет 4-9 единиц. Технологическая схема производства газобетонных изделий Принципиальная технологическая схема производства газобетонных изделий на основе тонкодисперсных отходов камнедробления приведена на рис. 4.2. Цемент и тонкодисперсные отходы камнедробления (наполнитель) хранятся в запасных силосах. Комовая известь подвергается тонкому помолу в шаровой мельнице и хранится в силосе запаса извести. Газобетонная смесь готовится следующим образом. На основе дисперсных наполнителей готовится шлам с влажностью 45%. Отдозированный шлам и компоненты смеси загружаются в самоходный газобетоносмеситель при включенном перемешивающем механизме. Загрузка смесителя производится в следующей последовательности: в начале подается вода, затем наполнитель, цемент, известь и добавка-стабилизатор структурной прочности, и смесь перемешивается в течение 3-4 минут, после чего дозируется водная суспензия алюминиевой пудры. Все компоненты формовочного шлама перемешиваются 1-2 минуты, и газобетонная масса разливается в металлические формы. Для интенсификации взаимодействия алюминиевой пудры с гидро-ксидом кальция вода предварительно подогревается до 50-60 С. Перед тепловлажностной обработкой осуществляется выдержка отформованных изделий в течение 3-4 часов. За этот период происходит газовыделение, набор структурной прочности изделий и срезка образовавшейся «горбушки» при пластической прочности поризованной газобетонной массы равной 0,05-0,07 МПа. Тепловлажностная обработка изделий неавтоклавного твердения осуществляется в ямных пропарочных камерах в течение 13 часов по режиму: подъем температуры до максимальной - 3,5 час, изотермическая выдержка -7,5 час, снижение температуры (охлаждение) - 2 час.
После ТВО изделия в формах поступают на распалубку, и готовые стеновые блоки транспортируются на склад готовой продукции. С учетом высокой однородности, дисперсности отходов по минералогическому, химическому и гранулометрическому составу, а также при небольшой производительности предприятия (Пгод), в технологии возможно не предусматривать установку шламбассейнов. На технологические разработки получены запросы из организаций г.Новосибирска (ООО ТД «Щебень») и г.Омска (ООО «Стройпартнер) (Приложения 8 и 9). Представлен вещественный состав и физико-технические свойства дисперсных отходов камнедробления альбитофировых и диабазовых горных пород, как наполнителя для неавтоклавного газобетона. Вы-сокая удельная поверхность, достигающая 200-350 м /кг, вещественный и химический состав определяют возможность их применения в составе газобетонной смеси взамен известных кремнеземистых компонентов, в том числе кварцевого песка, с исключением энергоемкой операции помола наполнителя. 2. Применение тонкомолотого металлургического шлака в качестве добавки-стабилизатора структурной прочности позволяет снизить осадку поризованной массы и среднюю плотность газобетона на 10-15%, а при использовании лигнозольной добавки - на 20-25%. 3. Методом математического планирования эксперимента и обработки данных определен оптимальный состав и технологические параметры получения газобетона на основе альбитофирового наполнителя. Оптимальной является область, соответствующая температуре формовочного шлама 35-37 С и водотвердому отношению 0,44-0,47 при отношении наполнителя к вяжущему от 0,6 до 0,8. Оптимальная температура цементнопесчаного и диабазцементного шлама составляет 40-45 С. 4. Определен и заявлен на патентование состав сырьевой смеси для ячеистых бетонов, включающий, масс.%: портландцемент - 32-42; альбитофировый наполнитель - 22-32; молотая известь - 3,4-3,8; алюминиевая пудра - 0,046-0,05; вода - остальное. 5. Первоначальная тепловлажностная обработка отформованных изделий на основе дисперсных отходов камнедробления, содержащих в своем составе в основном альбит (Na[AlSi308]), ускоряет процесс набора прочности в 1,5...2 раза и увеличивает конечную прочность газобетона на 45-60%. 6. Газобетонные изделия, полученные с использованием дисперсных отходов камнедробления альбитофировых и диабазовых горных по-род, имеют среднюю плотность 500-650 кг/м , прочность при сжатии 1,5-3,0 МПа, теплопроводность 0,131-0,203 Вт/(м-С) и могут быть использованы для изготовления конструкционно-теплоизоляционных строительных изделий. 7. После 35 циклов испытаний на морозостойкость прочность при сжатии газобетонных образцов на основе альбитофирового наполнителя увеличивается на 14,7%. Прирост прочности на 20-25% также наблюдается у образцов, хранившихся 1 год в естественных условиях. 8. Разработан технологический регламент и технический проект линии по производству газобетонных стеновых блоков на основе отходов камнедробления. Результаты исследований апробированы на технологической линии по производству газобетонных стеновых блоков ООО внедренческой фирмы «Силикон» (г.Новосибирск).
