Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Состояние и постановка вопроса 8
ГЛАВА 2. Теоретические предпосылки получения ОЛП малой средней плотности 18
ГЛАВА 3. Сырьевые материалы, методы и средства измерений и исследований, использованные в работе 32
3.1 Сырьевые материалы 32
3.2 Методы и средства измерений 35
ГЛАВА 4. Разработка оптимальных составов и технологических параметров изготовления ОЛП 37
4.1 Определение необходимой прочности и состава цементного камня - матрицы 37
4.2 Разработка опытных составов 44
4.3 Реологические исследования процесса структуро-образования 47
4.4 Оценка экзотермического эффекта при твердении ОЛП в адиабатических условиях 73
ГЛАВА 5. Исследование физико-технических свойств ОЛП 75
5.1 Прочность и деформативные свойства 75
5.2 Усадка и трещиностойкость 84
5.3 Теплопроводность 91
5.4 Сорбционная влажность и водопоглощение 93
5.5 Паропроницаемость 96
5.6 Воздухопроницаемость 98
ГЛАВА 6. Производственное опробование и оценка технико - экономической эффективности производства и применения ОЛП 101
6.1 Производственное опробование 101
6.2 Технологическая схема производства теплоизоляционных плит из ОЛП 102
6.3 Экономика производства плит ОЛП 106
6.4 Сравнительный анализ ограждающих конструкций с использованием ОЛП и различных видов утеплителей .108
Выводы 113
Список литературы 117
Приложения.. 130
- Теоретические предпосылки получения ОЛП малой средней плотности
- Реологические исследования процесса структуро-образования
- Сорбционная влажность и водопоглощение
- Технологическая схема производства теплоизоляционных плит из ОЛП
Введение к работе
Актуальность. Решающее значение для повышения теплозащитных свойств ограждающих конструкций имеет разработка и применение долговечных, экологически безвредных, пожаробезопасных утеплителей на минеральной негорючей основе, сохраняющих теплотехнические показатели в период эксплуатации.
Этим требованиям удовлетворяют поробетоны при условии снижения их средней плотности до 200..100 кг/м3, повышения прочности до 0,45...0,6 МПа и однородности.
Получение таких бетонов связано с определенными трудностями: неустойчивостью пено- газомассы, особенно при повышенной высоте формуемых массивов и высоком В/Т затворения; длительностью их выдержки перед распалубкой в связи с медленным твердением, повышенной усадкой и влажностью; недостаточной прочностью, трещиностойкостыо, однородностью и стабильностью качественных показателей.
Получение особо лёгкого поробетона может быть достигнуто при использовании высокоактивного средне алюминатного портландцемента, распшряющих и модифицирующих добавок и применения механических воздействий при приготовлении и вспучивании смесей.
Диссертационная работа выполнена в соответствии с Федеральными законами «Об энергосбережении», «О техническом регулировании» (№ 184 — ФЗ от 27.12.2002г.), постановлением правительства г.Москвы № 785 от 03.10.2000г. «О первоочередных мерах по дальнейшему повышению конкурентоспособности продукции и эффективности работы промышленных организаций г.Москвы», а также направлениями НИР МГСУ.
Цель и задачи. Получение особо легкого поробетона (далее ОЛП) средней плотности 180...200 кг/м3 естественного твердения. Для достижения поставленной цели в работе требовалось решить следующие задачи:
Теоретически обосновать возможность получения ОЛП малой средней плотности;
Определить сырьевые материалы и модифицирующие добавки;
Разработать оптимальные составы, технологические условия и параметры изготовления ОЛП, обеспечивающие формирование структуры, устойчивость газомассы, использование экзотермического эффекта гидратации вяжущих;
Изучить кинетику процессов структурообразования ОЛП на разных видах вяжущего при разной температуре;
Получить зависимости свойств от главных факторов;
Определить свойства ОЛП оптимальных составов;
Разработать рекомендации и технологию производства изделий из ОЛП естественного твердения;
Опробовать результаты исследований в производственных условиях и произвести оценку экономической эффективности производства и применения ОЛП в ограждающих конструкциях.
Научная новизна.
Разработаны и экспериментально подтверждены теоретические положения получения поробетона средней плотности 180...200 кг/м3 естественного твердения путем применения высокоактивного портландцемента и напрягающего цемента, извести, микрокремнезема, жидкого стекла и применения вибрации с целью снижения В/Т на стадии вспучивания смеси, а также использования экзотермического эффекта гидратации цементов для ускорения твердения и формирования заданных структуры и свойств ОЛП;
Установлены графоаналитические зависимости технологических и технических (прочности, трещиностойкости, теплопроводности, паровоздухопроницаемости) свойств ОЛП от состава и условий твердения, позволившие оптимизировать состав и режим твердения ОЛП;
3. Установлено на основании полученных зависимостей, рентгенофазового
и термогравиметрического анализов, что основными факторами,
предопределяющими повышенную прочность и трещиностойкость ОЛП,
помимо состава, являются повышенная температура твердения и высокая
пористость поробетона, обеспечивающие: ускоренную гидратацию
цемента и связывание микрокремнезема, повышенную
закристаллизованность гидратных соединений; разрушение начальных
форм эттрингита при t=70-80C, ускоряющее твердение и уплотнение
структуры с последующим восстановлением его при охлаждении;
полноту проявления контракционной и влажностной усадок поробетона в
период твердения в климатической камере и быстрое достижение им
равновесной влажности после выхода из неё;
Установлена по результатам реологических исследований зависимость устойчивости газомассы при вспучивании и пластической прочности сырца перед распалубкой от состава и условий твердения;
Установлена повышенная трещиностойкость особо легкого поробетона несмотря на значительную линейную усадку, которая объясняется высокой пористостью и проницаемостью пор, обеспечивающих равномерную объемную и карбонизационную усадку без возникновения опасных градиентов влажности и карбонизации.
Практическая значимость. Разработаны составы, позволившие получить особо легкий поробетон с прочностью не менее 0,5МПа, повышенной предельной растяжимостью (1,4 мм/м) и трещиностойкостью, коэффициентом теплопроводности в сухом состоянии 0,06 Вт/(м«С), коэффициентом паропроницания 0,53мг/м«ч«Па, воздухопроницаемостью в сухом состоянии 3,95-10-3 кг/(м«ч«Па)
Разработана технология производства особо легкого поробетона средней плотности 180...200 кг/м3, обеспечивающая конкурентоспособность
7 теплоизоляции на его основе утеплителям из минеральной ваты и пенополистирола в ограждающих конструкциях зданий.
Внедрение результатов исследований. Разработаны рекомендации по производству плит из ОЛП средней плотности 200кг/м3 мощностью 20-30 тыс.м3 в год, предусматривающие формование крупных массивов поробетона, твердение их в климатической камере в течение 16-18 часов, с последующей разрезкой струнами или пилами на плиты заданных размеров и упаковкой плит в полиэтиленовую пленку.
Опытное опробование разработанных составов и технологии ОЛП проведено с положительным результатом в производственных условиях «Завода железобетонных изделий» г. Коврова, подтвердившее результаты проведённых исследований.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены на научно-практических конференциях в НИИСФ (24-26).04.2003г. «Стены и фасады. Актуальные проблемы строительной теплофизики» и Белгородском государственном технологическом университете им. В.Т. Шухова «Пенобетон-2003г» (9-11).04.2003г. и на заседании кафедры строительных материалов МГСУ.
На защиту диссертации выносится;
Теоретические положения и предпосылки получения ОЛП средней плотности 200кг/м3;
Выбор и характеристика сырьевых материалов, средств и методов исследований, использованных в работе;
Разработка оптимальных составов ОЛП и технологических параметров и условий его изготовления;
Экспериментальная и расчётная оценка экзотермического эффекта гидратации вяжущего при твердении ОЛП и перспективы его использования в производстве;
Кинетика процессов структурообразования ОЛП в связи с проблемой устойчивости газомассы, выбором оптимального состава и определением минимальной прочности для распалубки, кантования и разрезки массивов ОЛП до тепловой самообработки их в климатической камере;
Физико-технических свойства ОЛП оптимальных составов;
Апробация результатов работы в производственных условиях и разработка технологической схемы производства изделий из ОЛП;
Оценка технико-экономической эффективности производства и применения ОЛП в строительстве.
Работа выполнена на кафедре строительных материалов под научным руководством профессора доктора технических наук Сахарова Г.П. при консультациях кандидата технических наук Стрельбицкого В.П. по вопросам производственного освоения работы.
Теоретические предпосылки получения ОЛП малой средней плотности
Особо легкий поробетон (ОЛП), способный конкурировать с пенополистирольными и минераловатными утеплителями (особенно зарубежными) должен иметь соответствующие показатели теплопроводности, паровоздухопроницаемости и равновесной влажности, обеспечивающие расчетный тепловлажный режим ограждающих конструкций в период эксплуатации; соответствовать санитарно-техническим и противопожарным нормативным требованиям и иметь достаточную прочность, трещиностойкость и меньшую стоимость.
Потенциально таким требованиям может удовлетворять поробетон средней плотности 200 кг/м3. Однако получение такого поробетона, как указывалось выше, встречает достаточно большие трудности, не позволяющие добиться устойчивого технологического процесса его производства и перечисленных качественных показателей. Проблемой является обеспечение устойчивости газовоздушной массы, пористость которой при малой плотности поробетона достигает 80...84 %, в зависимости от принятой технологии, и касается как пенобетона, так и газобетона. Для повышения устойчивости газовоздушной массы необходимо ускорить её схватывание и твердение после окончания формования. Исходя из этого, предпочтение следует отдать газобетону и вибрационной технологии. Любые органические и органоминеральные добавки, используемые в технологии пенобетона, адсорбируясь на частицах вяжущих и заполнителей, резко замедляют схватывание и твердение пенобетона; препятствуют возникновению фазных контактов между частицами гидратов, цемента и заполнителей; снижают прочность и другие свойства пенобетона. Для повышения прочности ОЛП необходимо, прежде всего, повысить плотность и прочность межпоровых перегородок, что в первую очередь, достигается снижением количества воды затворения. Для пенобетона малой плотности, это практически, оказывается, невозможным без ущерба для устойчивости пеномассы и качества макроструктуры и свойств пенобетона.
Снижение количества воды затворения, возможное при изготовлении газобетона по вибрационной технологии, вызывает в случае ОЛП искажение сферической формы газовых пор, вследствие превышения «критического» значения газовой пористости поробетона, составляющей, как показано в работах Г.П. Сахарова [38,39] 80,4%. Возникающая при этом структура газовоздушных пор приобретает форму и свойства пен, в которой высококонцентрированная минеральная суспензия, оказывается вытянутой в тонкие пленки. Ячеисто-пленочная структура пен в отличие от эмульсий, в которых пузырьки газа имеют сферическую форму и относительно свободно перемещаются в минеральной суспензии, имеет сотовую структуру многогранников, тесно связанных между собой гранями через тонкую прослойку минеральной суспензии. Пеновая структура ОЛП придает ей определенную упругость и пластическую прочность, которая, однако, оказывается недостаточной для обеспечения устойчивости газомассы, приготовленной на смешанном и бездобавочном цементах. Осадка её, хотя и неполная, наблюдается обычно через 0,5...1 ч. после окончания вспучивания. Предотвратить её представляется возможным путем применения быстротвердеющих, безгипсовых, расширяющихся, глиноземистого и напрягающих цементов или смеси их с бездобавочным портландцементом и ускорителями твердения. Это позволит одновременно с повышением прочности, снизить влажность и усадку ОЛП. Важная роль при этом отводится активности и дисперсности цементов, наполнителей и заполнителей в связи с малой толщиной межпоровых перегородок многогранников в пеновой структуре ОЛП. Изучению механизма структурообразования и свойств композиционных строительных материалов посвящено много работ [41,49]. Непосредственный интерес для ОЛП представляют исследования межчастичных взаимодействий цемента с заполнителями и наполнителями. Слабое (в отличие от автоклавного) взаимодействие зёрен кварцевого песка с цементным вяжущим при неавтоклавном твердении, вызывает бездиффузный скачок характеристик цементной матрицы и включений (зерен песка) на границе их раздела [40,50,51]. Большое различие свойств контактирующих компонентов создает локальную неоднородностьструктуры и .является_ источником концентрации напряжений, снижающих прочность цементного камня. При меньшей, чем у цементных частиц поверхностной активности, зерна кварцевого песка, согласно полиструктурной теории композиционных материалов [41,43], способны повысить прочность цементной композиции при соотношении размеров частиц кварцевого песка и цемента, dn/du = 3...9. При среднем размере цементных частиц 20 мкм, размер частиц кварцевого песка должен быть соответственно 60...180 мкм. Толщина перегородок между газовоздушными порами в ОЛП не превышает 25 мкм. Более крупные частицы песка, поэтому будут перерезать стенку газовоздушных пор и создавать большую концентрацию напряжений, которая наряду со скачком характеристик матрицы и включений на границе их раздела, а также фактом неоднородности структуры, резко снижает прочность и другие свойства ОЛП.
Оценку допустимой дисперсности заполнителей и наполнителей, соразмерной с толщиной перегородок газовоздушных пор ОЛП, можно определить расчетным путем, исходя из модельной структуры этих пор, рассмотренной в работе Т.П. Сахарова [38,39] и реально наблюдаемого количества химически связанной воды неавтоклавным поробетоном в возрасте 28 дней, составляющего в среднем 18% [52,53]
Для ОЛП D=200 кг/м3 и В/Т = 0,65 (соответствующего условию формирования полидисперсной структуры сферических газовоздушных пор [38,39], количество твердых компонентов для его изготовления составляет, Т=200/1,18=169,5 кг., воды затворения - В = Т В/Т = 169,5 « 0,65 = 110,2 кг, в том числе химически связанной - 169,5« 0,18 = 30,5 кг. Объем газовоздушных пор, Vr.n. = 1000 - 169,5 (0,32 + 0,65) = 835,6 дм.3, или по отношению к объему поробетона (1000 дм3) - 83,56%. (где 0,32 — удельный объем твердых компонентов ОЛП, дм3/кг). Количество испаряемой воды, представляющей общий объем пор в цементном камне составляет 110,2 - 30,5 = 79,7 кг (дм3), или по отношению к его объему (164,4 дм3), - 48,5%; в том числе гелевой пористости -П8,5% и капиллярной -/30 1. Общий объем пор ОЛП, 835,6 + 79,7 = 915,3 дм3, или 91,53%.
Реологические исследования процесса структуро-образования
Контрольному значению прочности цементного камня, как следует из данных, приведенных в табл. 4.1, соответствуют все составы на старооскольском портландцементе и его сочетаниях с НЦ-20 подольского цемзавода. На белгородском цементе этому значению соответствуют только смешанные цементы, содержащие 30...50% напрягающего цемента НЦ-20. На подольском и белгородском цементах без добавок НЦ-20 или незначительной его добавки -15%, контрольная прочность цементного камня не достигается.
Влажностную усадку образцов определяли от состояния их технологической влажности. Усадку измеряли индикатором часового типа с ценой деления 0,01 мм в лабораторных условиях при t=18...20C и относительной влажности воздуха 60±5%, согласно ГОСТ 24544. Результаты измерений представлены на рис.4.2
Несмотря на достаточно большую линейную усадку, особенно образцов на белгородском цементе без добавок НЦ-20, никаких дефектов и трещин на образцах не обнаружено. Усадка вызывается испарением капиллярной воды из макро- и мезопор и стабилизируется на уровне, соответствующем равновесной влажности цементного камня (4...5%). Последняя устанавливается при достижении равенства парциального давления пара в материале и воздухе, превышающих 0,4...0,35. Наблюдаемое значение усадки частично включает также контракционное стяжение объема. Из рис.4.2 видно, что наименьшую усадку имеют образцы, изготовленные на белгородском и старооскольском цементах пополам с напрягающим цементом НЦ-20, что объясняется дополнительным структурирующим; действием расширяющего компонента НЦ-20 и диспергированием макропор, снижающим уровень р/рда для испарения воды из мелких пор. Технология их изготовления аналогична использованной при формовании плотных образцов размерами 4 х 4 х 16 см (стр.6) Разные размеры образцов ОЛП приняты для определения влияния высоты образцов на полноту вспучивания и устойчивость газомассы после окончания вспучивания. Во всех случаях устойчивость газомассы на белгородском цементе оказывалась меньше, чем на старооскольском, особенно при формовании крупных образцов - 0,45 х 0,45 х 0,45 м. Осадка газомассы в этом случае составляла 0,1... 0,15 м через 20 ...30 мин после окончания формования. Из опытных заготовок без подсадки газомассы выпиливали образцы размерами 0,1 х 0,1 х 0,1 м на которых определяли влажность и прочность ОЛП на сжатие после тепловлажного твердения. Средняя приведённая прочность ОЛП на белгородском цементе составляет 0,25...0,273 МПа, влажность - 30...32%, а на старооскольском -0,29.. .0,34 МПа при влажности - 25.. .28%. Для определения прочности ОЛП в возрасте 28 суток, выпиленные образцы помещали в полиэтиленовую пленку и в таком состоянии хранили в лабораторных условиях. Испытаниям подвергали большое количество образцов (10... 12шт на каждом составе и виде цемента) с целью оценки однородности поробетона по прочности и плотности. Существенных различий в прочности, плотности и однородности ОЛП, изготовленных на разных составах, но на одном и том же цементе, не обнаружено. Различие наблюдается при сравнении результатов испытаний образцов, изготовленных на разных видах цемента особенно в начальные сроки твердения. В частности, средняя прочность ОЛП на старооскольском цементе в возрасте 28 дней составляла 0,52 МПа, средняя плотность 186 кг/м3; однородность ОЛП по прочности — 9%, по плотности - 4,6%.
Средняя прочность ОЛП на белгородском цементе в том же возрасте -0,5 МПа с аналогичными показателями однородности, прочности и плотности.
Различие обусловлено разным химико-минеральным составом цементов, в частности, повышенным содержанием в старооскольском цементе C3S, СзА и C4AF, более тонким измельчением, а также гарантированным качеством цемента, поставляемого этим заводом, в соответствии с европейскими нормами EN 196,197.
Для более объективного выбора составов ОЛП, предотвращения осадки газомассы после вспучивания, и определения сроков распалубки и разрезки массивов, в работе предприняты реологические исследования кинетики структурообразования ОЛП на разных видах цементов прю разной температуре поробетона в ходе исследований.
Обеспечение устойчивости газомассы после окончания вспучивания и кинетика набора ею прочности имеет решающее значение для масштабного освоения технологии ОЛП и повышения качества изделий на его основе. Осадка газомассы, наблюдающаяся через 0,5... 1ч после окончания вспучивания, требует для её предотвращения детального анализа процесса структурообразования.
Стандартные методы определения сроков схватывания вяжущих, в том числе по новому ГОСТ 30744-2001, гармонизированному с европейским стандартом EN 196-3, являются условными и не отражают физико-химических процессов начального структурообразования цементного камня.
Достаточно объективно эти процессы прослеживаются при измерении пластической прочности газомассы на коническом пластометре КП-1, разработанном на кафедре строительных материалов МИСИ (МГСУ) и Таллиннским политехническим институтом (рис.4.3) [89,90].
Сорбционная влажность и водопоглощение
За 6 дней, как видно из рис.5.4, влажность образцов, независимо от их начальной влажности (21% и 32%), достигает равновесного значения (4-5%). Потеря влаги за это время у образцов, твердевших в сушильном шкафу, составляет 16 ... 17% в прежнем отношении. Следовательно, равновесная влажность таких образцов ОЛП будет 5...4%. Примечательно, что влажность образцов ОЛП, твердевших в пропарочной камере при t=70...80C, в течении 16 ч, также через 6 дней достигает равновесного значения. Следовательно, размеры образцов и их начальная влажность практически не влияют на единовременное достижение равновесной влажности.
Период интенсивного обезвоживания и усадки ОЛП характеризуется близкой к линейной зависимостью усадки от потери влаги и максимальным значением коэффициента влажностной усадки - 0,12....0,14MM/M»W %.
Усадка поробетона разных составов в этот период в 1,7...2 раза превышает её в последующий период до стабилизации усадки, на 60 сутки. Наименьшей усадкой в обоих периодах, как видно из рис.5.4, обладает ОЛП на смешанном вяжущем состава 1:1 (ПЦ:НЦ-20), что объясняется, как сказано в 4-й главе, структурирующим и диспергирующим действием НЦ-20, обеспечивающим уплотнение структуры цементного камня и уменьшение размера пор, из которых может испаряться вода при относительной влажности воздуха (60±5)%.
Усадка ОЛП после достижения равновесной влажности происходит при постоянной массе, что обусловливается, по-видимому, главным образом, карбонизацией гидратных соединений цементного камня при относительной влажности воздуха 50%. Повышенная интенсивность её прохождения обусловлена также высокой пористостью и малой влажностью ОЛП.
Карбонизация гидратных соединений цементного камня углекислым газом воздуха сопровождается их постепенным разрушением с последовательным образованием модификаций карбонатов кальция (ватерита, арагонита, кальцита) и гидратов кремнезема, глинозема и железа. Образующиеся кристаллы карбонатов кальция, отлагаясь в порах цементного камня, повышают.его плотность и по_чность и снижают проницаемость./ Карбонизационная усадка обусловлена испарением воды, выделяющейся при разложении гидратных соединений и релаксацией напряжений кристаллического сростка [117,118]. Стабилизация массы при этом компенсируется отложением карбонатов кальция в порах ОЛП.
В первую очередь карбонизируется портландит [Са(ОН)2] в силу большой термодинамической неустойчивости. Среди других гидратных соединений наименьшей устойчивостью обладают гидроалюминаты кальция, которые разлагаются с выделением карбонатов кальция, (СаСОз), гидроксида алюминия [А1(ОН)з] и воды. Карбонаты кальция вступают в реакцию с гидроалюминатом кальция (СзАНб) с образованием гидрокарбоалюмината СзАСАСОзНп-12. По степени карбонизации алюминаты и силикаты кальция располагаются в ряду - C3A CA C3S C2S C4A4. Наибольшей устойчивостью к карбонизации обладает эттрингит, (СзАСБзНзі) затем моносульфоалюминат (C3ACS3H11) и тоберморит (C5S6H5.5) [118]. Существенно, что эттрингит, образующийся на ранней стадии твердения ОЛП, оказывается неустойчивым при тепловой обработке и основательно разрушается при t = 60 и 80С. После окончания тепловой обработки происходит вторичное образование эттрингита, характеризующегося наибольшей длиной кристаллов при рН= 11....12,5. Армирующее их действие повышает прочность и снижает усадку цементного камня за счет некоторого его расширения, обусловленного кристаллизацией эттрингита в «стесненных» условиях, что подтверждается исследованиями [119... 122]. В случае ОЛП снижение усадки наблюдается по мере увеличения содержания расширяющей добавки - НЦ-20 (рис.5.4).
К моменту стабилизации усадки (60 дней) количество связанного С02 при карбонизации минералов цемента достигает, как показывают исследования [Н8], 5%, что подтверждается обозначенными дифракционными пиками ватериата (d=4,26; 3,58; 2,06; 1,84; 1,644) 10"10 м; арагонита (d=3,40; 3,27; ;2,70; 2,48; 1,98; 2,327) 10"10 м, кальцита (3,04; 2,49; 2,09; 2,28; 1,912). 10"10 м гидрокарбоалюминатов (d = 7,56; 3,36; 3,14; 2,04)-10_1 м на рентгенограммах (рис.4,8-4.10). Повышенное их количество наблюдается на рентгенограммах (ПЦ+НЦ-20), особенно в годовом возрасте. В последнем случае на процесс карбонизации накладывается пуццолановая реакция кремнезема, медленно идущая на ранней стадии твердения, что подтверждается интенсивными дифракционными пиками портландита на рентгенограммах ОЛП годового возраста (рис.5.1).
Совместное проявление пуццолановой реакции и карбонизации уплотняет и упрочняет цементный камень ОЛП, снижает его проницаемость, и тем самым повышает эксплуатационную надежность ограждающих конструкций на основе ОЛП.
Другой важный вывод из проведенных исследований состоит в том, что несмотря на достаточно большую линейную усадку (рис.5.4), трещины на изделиях из ОЛП средней плотности 200 кг/м3 не образуются. Это говорит о том, что снижение плотности і газобетона (именно газобетона, не пенобетона) до 200 кг/м3 и менее, придает ему новые, неизвестные ранее специфические свойства, обусловленные, прежде всего, большой пористостью, 90% и, следовательно, проницаемостью, обеспечивающей интенсивный влагообмен ОЛП с окружающей средой без возникновения опасных градиентов влажности и деформаций. Возникает, таким образом, перспектива производства конкурентоспособных теплоизоляционных изделий, повышенной прочности, трещиностойкости и долговечности.
Теплопроводность поробетона определяли по методике ГОСТ 7076 - 87 [127], предусматривающей создание стационарного теплового потока через плоский образец определенной толщины при фиксированной разности температур на его противоположных сторонах. Для определения теплопроводности использовали плоские образцы поробетона средней плотности 216-220 кг/м3 при влажности 5% размерами 0,25м х 0,25м х 0,05м. Экспериментальные исследования проводили на приборе ИСК-У «Измеритель термического сопротивления строительных материалов» при температуре 18 - 20С. Теплопроводность поробетона измеряли во влажном и сухом состояниях при перепаде температур на противоположных поверхностях образцов 7...10 С.
Технологическая схема производства теплоизоляционных плит из ОЛП
Отдозированные сырьевые материалы поступают в газобетоносмеситель 11 и после тщательного перемешивания смесь поступает в подготовленные формы, установленные на виброплощадке 10. Продолжительность формования массивов поробетона составляет 10-15 минут. Требуемый объем форм, обеспечивающий заданную производительность в 20 тыс. м3 теплоизоляции из ОЛП в год с учетом потерь времени, степени готовности и использования оборудования (согласно нормам ОНТП 09-85) определяется из выражения: при п = 4, V = 1,5 м3, где п - количество формуемых массивов в час; V - объем одного массива, м3; 2 - количество смен в сутки; 8 - продолжительность смены, ч; 260 - количество рабочих дней в году; 0,85 - коэффициент использования сменного времени; 0,95 - коэффициент использования оборудования; 0,96 - коэффициент готовности резательной машины; 0,98 - коэффициент, учитывающий потери. При формовании 6 массивов в час, производительность завода достигает 30 тыс. м3 в год, что дает возможность обеспечивать растущую потребность строительного комплекса региона в теплоизоляционном материале не меняя формовочного отделения и удовлетворять сезонный спрос индивидуального строительства в летнее время.
По окончании формования массивы поробетона передаточным мостом 13, отправляются в камеру предварительной выдержки 12. Камера предварительной выдержки представляет собой уменьшенную копию климатической камеры и предназначена для обеспечения ускоренного набора поробетоном распалубной прочности, которая достигается через 1,5-2 часа и составляет 270 гс/см2. Затем форма выкатывается из камеры и распадубливается. При помощи гидравлического механизма 14, массив кантуется, освобождает форму и разрезается на плиты резательной машиной 16. Освобождённая форма перемещается на пост чистки, смазки, сборки 15. Разрезанный на плиты поробетон укладывается на тележки и транспортируется с помощью второго передаточного моста 17 в климатическую камеру 18. Здесь поробетон продолжает интенсивно набирать прочность при повышенной температуре (70-80 С). Длина камеры рассчитывается исходя из времени приобретения отпускной прочности поробетона и количества формуемых массивов в час. Прочность теплоизоляционного поробетона в конце выдержки должна составить 60-70% от проектной, т.е. 0,35-0,4 МПа. По данным исследований, приведённых в главе 4, такая прочность бетона достигается через 16 часов твердения массивов в климатической камере. Тогда при четырех формуемых массивах в час, в камере единовременно должно находится 64 массива.
Тележки с плитами поробетона медленно двигаются по камере, и при выходе из неё через 16 часов поробетон набирает отпускную прочность. При помощи третьего передаточного моста 19 тележки передвигаются к упаковочной машине 20, где готовые плиты штабелируются на поддоны, упаковываются в пленку и по конвейеру уходят на склад готовой продукции. Обрезки и опил от разрезки, массивов сушатся, размалываются в шаровой мельнице и возвращаются в расходные бункера. Оснащение производства автоматическим оборудованием, контролирующимся электронной системой исключает человеческий фактор в системе производства теплоизоляции. Снижение парка технологического оборудования и переделов, стабильное качество сырьевых материалов, а также использование газобетонной технологии, способствует обеспечению высокого и стабильного качества выпускаемой продукции.
Экономическая эффективность производства плит из ОЛП обусловливается относительно дешевым и недефицитным сырьём, простой экономичной и мало-энергоемкой технологией, что обеспечивает снижение себестоимости конечной продукции. Значительно упрощается производственная схема изготовления продукции. Снижается количество форм, вследствие их быстрой оборачиваемости, отпадает необходимость в помоле компонентов, соответствующего оборудования и площадей для его размещения и энергетических затрат связанных с ними.
Использование потенциальной энергии гидратации цемента позволяет отказаться от традиционных видов тепловой обработки ОЛП, заменив их выдержкой отформованных массивов ОЛП в хорошо утеплённой климатической камере. Содержание этих массивов в течение 14-16 часов обеспечивает достижение отпускной прочности в размере 60-70% от проектной, допускающей отпуск продукции потребителям. За время выдержки в массиве развивается температура до 80С, которая и ускоряет твердение и улучшает все свойства ОЛП, о которых подробно сказано в 4 и 5 главах. Исходя, из этого сократятся общие заводские площади и расходы, фонд заработной платы и амортизационные отчисления на здание и оборудование. Ориентировочная калькуляция себестоимости производства продукции из ОЛП в зависимости от объёма производства представлена в таблице 6.1.
