Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1 Состояние вопроса. Обзор производства ячеистых бетонов и перспективы использования отходов промышленности . 11
1.1. Ячеистые бетоны. Их виды и классификация. 12
1.2. Особенности технологии получения и свойств а пенобетонов неавтоклавного твередения.. 16
1.2.1. Технологические схемы получения пенобетона 16
1.2.2. Виды изделий из пенобетона неавтоклавного твердения и их свойства 20
1.2.3. Сырьевые материалы для приготовления пенобетонов 24
1.3. Теоретические предпосылки использования техногенных отходов для получения пенобетонов не автоклавного твердения. 31
Глава 2 Применяемые материалы и методики исследований 40
2.1. Применяемые материалы 40
2.1.1. Зола-унос 40
2.1.2. Микрокремнезем. 43
2.1.3. Портландцемент 44
2.1.4. Минерализованные стоки 45
2.1.5. Пенообразователи 46
2.2. Методики проведения исследований. 47
2.2.1. Методика исследования свойств золы и зольно-кремнеземистых композиций . 47
2.2.2. Методика расчета состава пенобетонных смесей 48
2.2.3. Мето дика приготовления зольно-кремнеземисто и композиции, пенобетонной смеси и пенобетона 49
2.2.4. Методика исследования свойств пены. 49
2.2.5. Методика исследования свойств пенобетонных смесей 51
2.2.6. Методика исследования свойств пенобетонов ~ 51
ГЛАВА 3 Разработка составов зольно-кремнеземистой композиции 53
3.1 .влияние микрокремнезема на свойства зольного теста икамня 54
3.2. исследование влияния солевых стоков на свойствазольно-кремнеземистых композиций. 62
3.2. Влияние расхода минерализованных стоков на свойства зольно- кремнеземистого теста 64
3.3. Исследование фазового состава зольных композиций 68
3.3.1. Исследование процесса гидратации золы - унос 68
3.3.2. Влияние расхода добавки микрокремнезема на фазовый состав зольно-кремнеземистой композиции 71
3.3.3. Влияние минерализованных стоков на фазовый состав зольно-кремнеземистой композиции в различные сроки твердения . 83
Выводы 100 .
Глава 4 Разработка составов пенобетона на основе зольно-кремнеземистых композиций 102
4.1. Влияние состава зольно-кремнеземистой композиции на свойства технической пены .лоз
4.2. Составы и свойства пенобетона на основе бесцементной композиции . 104
4.3. Разработка состава пенобетона марки d 900 на основе малоцементной композиции 107
4.3.1. Исследование свойств пенобетона на основе малоцементных композиций. 128
Выводы ...134
Глава 5 Опытно-промышленные испытания пенобетона на основе зольно-кремнеземистой композиции при выпуске мелкоштучных стеновых блоков 135
5.1. Результаты производственньїх испьітаний 135
5.2. Технико-экономические показатели. 140
Выводы 149
Общие выводы 150
Список Литературы. 152
- Технологические схемы получения пенобетона
- Методика исследования свойств золы и зольно-кремнеземистых композиций
- Влияние минерализованных стоков на фазовый состав зольно-кремнеземистой композиции в различные сроки твердения
- Составы и свойства пенобетона на основе бесцементной композиции
Введение к работе
Одним из основных строительных материалов в настоящее время является ячеистый бетон, который широко используется благодаря ряду характеристик, выгодно отличающих его от многочисленных традиционных строительных материалов. Изделия из него наилучшим, образом адаптированы к сложным климатическим и экономическим условиям России и имеют ряд важных достоинств: невысокую плотность, низкую теплопроводность, технологичность обработки, стойкость при пожаре, высокие санитарно- гигиенические свойства ограждений, поскольку не содержат вредных для здоровья человека химических и синтетических веществ.
В настоящее время в стране работают 40 заводов по производству автоклавного ячеистого бетона, выпускающих 1,4 млн. м3 изделий в год. Производство неавтоклавного ячеистого бетона, в основном пенобетона, значительно ниже и составляет около 0,6 млн. м в год для монолитного и сборного строительства. На 1 тыс. человек населения нашей страны производится всего 13 м3, в то время как в Республике Беларусь - 150 м3, а в Германии, Франции, Англии, Швеции и других странах Западной Европы — 100...200 м3 [101, 137].
Значительный рост объемов индивидуального малоэтажного строительства, а также изменение требований по теплотехническим показателям к ограждающим конструкциям значительно повысило спрос на ячеистый бетон, в том числе, и на пенобетон неавтоклавного твердения.
Решением Госстроя России от 27 ноября 2003 г. рекомендовано проектным, промышленным и научно- исследовательским организациям развернуть работу в следующих направлениях:
совершенствование производства ячеистого бетона с целью получения стеновых изделий с плотностью 400- 500 кг/м ;
разработка и организация производства малоклинкерных и бес клинкерных композиционных вяжущих для ячеистых бетонов;
- разработка приемов по повышению прочности, снижению усадки и
ускорению твердения;
создание широкого спектра химических добавок, позволяющих отказаться от вибрации при укладке и уплотнении бетона, для ускорения набора прочности, повышающих его стойкость и долговечность;
создание мини -заводов по производству мелкоштучных стеновых блоков из неавтоклавного ячеистого бетона. [101].
Красноярский край как промышленный регион имеет высокоразвитые теплоэнергетическую и металлургическую отрасли промышленности, основная деятельность которых сопровождается большим объемом техногенных отходов. С пуском в г. Железногорске, расположенном на расстоянии 100 км от Красноярска, завода полупроводникового кремния приведет к образованию дополнительного вида промышленных отходов — ультрадисперсного микрокремнезема, что в еще большей степени усугубит неблагоприятную экологическую обстановку в регионе. Поэтому разработка эффективных ресурсосберегающих технологий ячеистого бетона, особенно с использованием отходов- промышленности, является одним из приоритетных направлений развития отрасли производства строительных материалов.
Работа выполнялась по НТП «Научные исследования высшей школы по приоритетным направлениям науки и техники», (подпрограмма «Архитектура и строительство»).
Цель работы. Разработка составов бесцементных и мало цементных композиций на основе местных техногенных отходов для получения эффективных пенобетонов неавтоклавного твердения.
Задачи исследования:
Разработать составы бесцементных композиций, обладающих вяжущими свойствами на основе твердых и жидких отходов теплоэнергетической и металлургической промышленности.
Изучить влияние компонентов на процессы структуро- и фазообразования и физико-механические свойства композиций.
я 7
3. Теоретически обосновать и практически подтвердить возможность
,* использования бесцементных композиций для получения
теплоизоляционных и конструкционно-теплоизоляционных пенобетонов неавтоклавного твердения и изделий на их основе.
4. Разработать составы пенобетона неавтоклавного твердения на
основе бесцементных композиций и предложить технологию изготовления
стеновых изделий.
5. Исследовать физико-механические и эксплуатационные свойства
полученного пенобетона неавтоклавного твердения.
Научная новизна. Установлена возможность получения бесцементных композиций, обладающих вяжущими свойствами на основе твердых и жидких отходов теплоэнергетической и металлургической отраслей промышленности.
>» Выявлены закономерности протекания процессов структуро- и
фазообразования при твердении бесцементных композиций. Установлено, что совместное применение микрокремнезема и жидкого отхода
\ металлургического производства — минерализованных стоков снижает
содержание слабоструктурирующих минералов Са(ОН)2 и вторичного1 карбоната кальция в процессе гидратации высококальциевой золы - унос, что
k способствует образованию высокоосновных гидросиликатов,
обеспечивающих повышение прочности зольно - кремнеземистого камня.
Выявлены оптимальные расходы микрокремнезема и
*-
х минерализованных стоков, участвующих в реакции взаимодействия с
высококальциевой золой. Показано, что в наибольшей степени химическая
активность золы проявляется при добавлении к ней 4 % микрокремнезема,
при котором обеспечивается полное связывание СаО. Более высокие
расходы микрокремнезема не участвуют в реакции образования
tf гидросиликатов и не увеличивают прочности зольно-кремнеземистого камня.
Установлена активирующая роль минерализованных стоков в
г протекании реакции гидратации зольт-унос и определен их оптимальный
8 расход, который составляет 2 % от массы сухих компонентов с точки зрения
увеличения количества новообразований в системе, повышения прочности и
обеспечения технологичных сроков схватывания зольно-кремнеземистого
теста.
Установлены количественные зависимости изменения нормальной -густоты и сроков схватывания зольно-кремнеземистого теста и прочности бесцементных композиций от расхода высококальциевой золы-унос, микрокремнезема и минерализованных стоков.
Впервые получена бесцементная композиция, обладающая вяжущими
свойствами на основе трех видов техногенных отходов, состоящая из 96 %
высококальциевой золы-унос, 4 % микрокремнезема и 2 %
минерализованных стоков сверх 100 % сухих компонентов. По прочности, которая составляет более 40 МПа, бесцементная, композиция сопоставима с цементным вяжущим.
Теоретически обоснована и экспериментально показана возможность
использования бесцементных композиций для получения пенобетона
неавтоклавного твердения. Впервые разработаны составы
теплоизоляционного пенобетона марки D 400 на основе бесцементной композиции.
Установлена возможность повышения прочности конструкционно-теплоизоляционного пенобетона марки D 900 за счет введения в бесцементную композицию 10 % цемента, что обеспечивает повышение прочности до 5,0...6,0 МПа.
Практическое значение
1. Получены малоэнергоемкие, ресурсосберегающие бесцементные композиции на основе техногенных отходов топливно-энергетической и металлургической отраслей промышленности, способные заменить цементные составы в технологии пенобетонов.
2. Предложены составы теплоизоляционного и конструкционно-
теплоизоляционного пенобетонов марок D 400 и D 900-1000 на основе
бесцементных и малоцементных композиций.
3. Разработана технология получения бесцементных и малоцементных
композиций и пенобетонов неавтоклавного твердения на их основе, -
оснащенная стандартным оборудованием, легко вписывающаяся в
существующие схемы производства.
4. Расширена местная сырьевая база стеновых материалов,
обеспечивающая улучшение экологической обстановки в регионе.
Реализция результатов исследований. Результаты исследований получили проверку при опытном внедрении. На основе разработанных составов выпущена опытная партия мел ко штучных стеновых блоков из пенобетона неавтоклавного твердения в производственных условиях ОАО «Стройиндустрия» г. Красноярска.
Результаты работы защищены 2 патентами Российской Федерации и приоритетом заявки на получение патента.
Теоретические положения диссертации, результаты
экспериментальных исследований и промышленного внедрения, использованы в учебном процессе в дисциплинах «Теплоизоляционные материалы» и «Ресурсосберегающие технологии» при подготовке инженеров по специальности 270106.
На защиту выносятся:
- теоретическое обоснование и экспериментальное подтверждение
возможности получения бесцементных композиций, обладающих вяжущими
свойствами на основе твердых и жидких отходов теплоэнергетической и
металлургической отраслей промышленности, и использования
бесцементных композиций для получения теплоизоляционных и конструкционно-теплоизоляционных пенобетонов неавтоклавного твердения и изделий на их основе;
результаты физико-химических исследований процессов структурообразования при твердении бесцементных вяжущих композиций;
- составы бесцемептных зольно-кремнеземистых композиций на основе
твердых и жидких отходов промышленности;
составы пенобетона на основе местных промышленных отходов: высококальциевой золы - унос, микрокремнезема и минерализованных стоков;
результаты исследования физико-механических и эксплуатационных свойств пенобетона неавтоклавного твердения на основе бесцементных и малоцементных композиций;
- технология производства изделий из пенобетона разработанных
составов;
результаты производственного опробования разработанной технологии при изготовлении мелкоштучных стеновых блоков из пенобетона неавтоклавного твердения.
Апробация работы. Основные положения, разработанные в диссертации, представлены и обсуждены на ежегодных научно -технических конференциях и семинарах Красноярской ГАСА (2002 -2004г.г.); П Межрегиональной научно - технической конференции «Строительство: материалы, конструкции, технологии» (г. Братск, 2004 г.); Межрегиональной научно - технической конференции «Молодежь Сибири — науке России» (г. Красноярск, 2003 г.); V Между народной конференции «Молодые ученые — промышленности, науке, технологиям и профессиональному образованию: проблемы и новые решения» (г.Москва, 2005 г.).
Публикации. Основные положения диссертации изложены в 13 печатных работах и защищены 2 патентами Российской Федерации.
Структура и объем работы. Диссертация содержит введение, пять глав, общие выводы, список использованной литературы: из 167 наименований и 4 приложения. Работа содержит 195 страниц сквозной нумерации, 50 рисунков и 51 таблицу.
і 11
Технологические схемы получения пенобетона
Согласно классификации Ю.П, Горлова, существуют три технологические схемы производства пенобетона.
Первая — классическая (пенная) схема, подразумевающая двухстадийное перемешивание вначале сухих компонентов смеси, а далее совместное перемешивание в высокоскоростном смесителе бетонной смеси и высокократной пеньі, полученной в пеногенераторе путем смешения пенообразователя и воды. Данная технологическая схема представлена на рис.
1. Классическая схема производства неавтоклавного пенобетона Вторая - сухая минерализация заключается в одностадийном перемешивании сухих компонентов бетонной смеси с готовой пеной. При этом предварительно готовится низкократная пена, в которую вводятся сухие компоненты в процессе равномерного перемешивания [83, 122], Технологическая схема производства пенобетона сухой минерализацией представлена на рис. 1.2.
Третья - технологическая схема получения пенобетона — это пенобаро-технология или аэрирование, основанная на воздухововлечении раствором вяжущего и кремнеземистого компонента с пенообразователем при скоростном перемешивании. Схема технологической линии представлена на рис. 1,3. Каждый из рассматриваемых способов имеет свои преимущества и недостатки. Используя их, можно управлять свойствами пенобетонной смеси и пенобетона. В затратах на производство и организацию производства изделий или пенобетона для монолитной укладки в перечне используемого оборудования имеются также отличия. Для приготовления пенобетона пенным способом и методом сухой минерализации используются пеногенераторы для приготовления пены. Средняя кратность пены, изготовляемая пеногенератором, при традиционном способе производства должна быть 10-40 с высоким коэффициентом использования по объему более 0,8 в поризуемом растворе. Эти свойства пены зависят не только от пенообразователя, но и от конструкции пеногенератора.
По данным исследований [83; 106] на физико-технические свойства пенобетона при использовании традиционной технологической схемы производства: пенобетонной смеси оказывает влияние ряд технологических параметров. Так, на прочность пенобетона оказывает влияние марка и расход вяжущего; количество кремнеземистого компонента и его дисперсность; содержание воды и его расход, который связан с подвижностью поризуемого раствора и объемом образования капиллярных пор; вид и количество вводимой добавки, а также концентрация пенообразователя в растворе твердеющего вяжущего. На плотность пенобетона также влияет ряд технологических параметров, таких как количество вводимой пены; коэффициент осадки пенобетонной смеси и объем вводимой пены и козффициеігг ее использования в поризуемом растворе, который зависит не только от свойств пены, но и от вязкопластичных характеристик поризуемого раствора [18, 24,27].
Для приготовления пенобетона методом сухой минерализации используют пену низкой кратности (4 - 6), которую можно получить как в отдельном пе-ногенераторе, так и в высокооборотном смесителе. Стабилизация пены происходит за счет введения в нее предварительно перемешенных сухих компонентов при их равномерном распределении путем постоянного перемешивания. Однако в данном случае происходит быстрое снижение подвижности смеси за счет адсорбции воды сухими компонентами. Уменьшение водотвердого отношения и более плотная упаковка частиц вяжущего и кремнеземистого компонента позволяет получить более плотные межпоровые перегородки в пенобетоне. Снижение водотвердого отношения да определенного значения приводит к повы--шению прочности пенобетона, но при переходе через технологический оптимум этого параметра происходит потеря подвижности пенобетонной смеси вплоть до ее разрушения. Таким образом, при использовании метода сухой минерализации важно учитывать, работу оборудования, подающего сухие компоненты смеси, и их равномерное распределение в поризуемой смеси без ее разрушения.
При использовании метода аэрирования или пенобаротехнологии при производстве неавтоклавного пенобетона процессы поризации совмещены в одном агрегате, в связи с чем к перемешиваемому агрегату предъявляется ряд технических и технологических требований, таких как время аэрироваЕшя, коэффициент загрузки смесителя по объему, водотвердое отношение, количество и вид пенообразователя, а также начальная и конечная подвижность пенобетонной смеси. Эта взаимосвязь значительно влияет и на свойства пенобетонных изделий. На плотность пенобетонной смеси так же, как ив классической технологии производства, влияет объем воды в смеси, что соответственно отражается на подвижности бетонной смеси и объеме образования капиллярных пор, а также вид и количество пенообразователя. На прочность пенобетона оказывают влияние расход и вид цемента; соотношение цемента и кремнеземистого компонента, их дисперсность; водотвердое отношение смеси; вид и концентрация пенообразователя; тип и количество вводимой добавки и плотность пенобетона. Частичная активация смеси, получение мелкопористой ячеистой структуры пенобетона, которая взаимосвязана с прочностью пенобетона и коэффициентом поризации, является положительной особенностью метода аэрирования.
Исследования технологических методов рядом российских ученых, таких как.Ю.П. Горлов, АЛ. Меркин, М.Я. Кривицкий, В.И. Удачкин, Ю.Д. Чистов, А.В. Свинарев, А.С. Коломацкий и др., показали, что во всех рассмотренных методах приготовления пенобетонной смеси есть различия, которые заключаются в технологической возможности использования добавок, способных устранить недостатки той или иной технологической линии.
Основной особенностью неавтоклавного ячеистого пенобетона в сравнении с автоклавным является повышенная усадка, которая может привести к образованию усадочных трещин в крупных изделиях как во время изготовления, так и в процессе эксплуатации. Номенклатура выпускаемой продукции из неавтоклавного пенобетона в настоящее время в основном состоит из видов мелких стеновых блоков, которые являются наиболее доступными в технологии изготовления и при монтажных работах различаются по их назначению на теплоизоляционные, конструкционно - теплоизоляционные. и конструкционные, а. также.по.размеру. Размеры блоков устанавливаются в зависимости от способа их формования в индивидуальных или кассетных формах или при помощи резательных машин. Помимо мелких стеновых блоков из пенобетона неавтоклавного твердения могут изготавливаться крупные стеновые блоки армированные и неармированные, стеновые армированные панели, армированные плиты покрытий и перекрытий. При этом класс по прочности пенобетона должен составлять не менее В15, а марка по плотности должна соответствовать конструкционному пенобетону плотностью 1000 - 1200 кг/м3 [115, 116, 118, 119, 124].
Качество ячеистого бетона автоклавного и неавтоклавного определяется показателями, установленными ГОСТ 25485-89 «Ячеистые бетоны. Технические условия». Основными свойствами пенобетона на данном этапе развития производства пенобетона являются средняя плотность и прочность, которые взаимосвязаны между собой и другими свойствами.
Методика исследования свойств золы и зольно-кремнеземистых композиций
Физико-механические свойства золы определяли по ГОСТ 340.3 «Цементы. Методы определения нормальной густоты, сроков схватывания и равномерности изменения объема» и ГОСТ 310.4 «Цементы. Методы определения предела прочности при изгибе и сжатии».
Фазовый и минералогический состав золы и композиций на ее основе определяли с применением физико-механических методов исследования -рентгенофазового и дифференциально-термического анализов па установках: дифрактометр ДРОН-3 и дериватограф 1500 Q.
Съемка дифрактограмм проводилась методом рентгенофазового структурного анализа с ионизационной регистрацией излучения. Съемка рентгенограмм ведется трубкой БСВ-9 на излучении СиКа при напряжении на трубке — 32 кВ. Излучение трубки испускается под углом 2 G от 8 до 60 градусов.
Качественный и количественный анализ материалов проводился методом дифференциально-термического анализа при следующем режиме съемки:
Чувствительность весов 200 мг.
Масса н авески 1000 мг.
Скорость нагрева 10сС/мин.
Для проведения анализа пробы готовились следующим образом: материал тщательно измельчался в агатовой ступке до состояния прохождения при про 48 сеивании через сито № 008, после чего для полного удаления химически не связанной воды проба обрабатывалась абсолютным спиртом и эфиром.
Химический состав золы определяли по ГОСТ 8269.1 «ЩебенвГЙ гравий из плотных горных пород и отходов промышленного производства для строительных работ. Методы химического анализа». Содержание СаОсв определяли в соответствии с прил. 2 ГОСТ 25818-91 «Зола-уноса тепловых электростанций. Технические условия».
Удельную активность естественных радионуклидов определяли в соответствии с ГОСТ 30108 - 94 «Материалы и изделия строительные. Определение удельной эффективной активности естественных радионуклидов» на установке: Gamma - radiometer Rug-9ЇМ.
Расчет состава пенобетонных смесей производили согласно инструкции по изготовлению изделий из ячеистого бетона СН 277-80 и рекомендаций по изготовлению и применению изделий из неавтоклавного ячеистого бетона, утвержденных НИИЖБ [119],
Расчет количества добавки минерализованных стоков производился опытным путем по оценке влияния стоков на нормальную густоту, сроки схватывания и прочность зольно-кремнеземистых композиций. 2.2.3. Методика приготовления зольно- кремнеземистой композиции, пенобетонной смеси и пенобетона
Для приготовления зольно=кремнеземистой композиции предварительно -готовилась суспензия, состоящая из микрокремнезема, добавки минерализованных стоков и части воды. Суспензия перемешивалась в турбулентном смесителе в течение 2 минут. После окончания перемешивания суспензия подавалась в бетоносмеситель, где перемешивалась с золой - унос. Затем в смеситель подавалось остальное количество воды и все перемешивалось до получения однородной смеси.
Одновременно с приготовлением зольно-кремнеземистого теста в пено-генераторе получали техническую пену из рабочего раствора пенообразователя, которая подавалась в бетоносмеситель, где перемешивалась с зольно-кремнеземистым тестом в течение 1,0...1,5 минут до получения однородной пенобетонной массы.
Изготовление образцов из пенобетонной смеси производилось литьевым методом. Размеры образцов принимались в соответствии с требованиями ГОСТов на каждый вид испытаний.
Тепловлажностная обработка образцов из пенобетона производилась по режиму: предварительная выдержка - 2,5.. .3,0 часа при 20 С; подъем температуры со скоростью 30 град./ч; изотермическая выдержка при температуре 80С в течение 8 ч.; остывание - 1,5...2,0 ч.
Стабильность (устойчивость) пены С определялась по разности между объемом полученной пены и объемом отделившейся воды через 15 минут после выдержки в сосуде с отверстиями в днище также в соответствии с рекомендациями по изготовлению и применению изделий из неавтоклавного ячеистого бетона. [119], где Ыиач — первоначальная масса пены ; МК(течн. - масса пены после 15 мин выдержки.
Контроль кратности и стабильности лены осуществлялся с помощью сосуда из оргстекла с равномерно распределенными отверстиями диаметром 0,13 см в днище сосуда. Согласно рекомендациям по изготовлению и применению изделий из неавтоклавного ячеистого бетона приготовленная пена помещалась в сосуд и взвешивалась. Кратность пены определялась по соотношению средней плотности пенообразователя и средней плотности пены, полученной после приготовления [119].
Влияние минерализованных стоков на фазовый состав зольно-кремнеземистой композиции в различные сроки твердения
Согласно классификации химических добавок по механизму их действия [30], соли-хлориды, содержащиеся в минерализованных стоках, относятся к добавкам-электролитам, способным вступать в химическое взаимодействие с клинкерными минералами и продуктами их гидратации.
Наличие солей-электролитов в поровой жидкости цемента и бетона ускоряет гидратацию силикатных фаз цемента вследствие изменения ионной силы раствора. Участвуя в реакциях присоединения с С3А цемента с образованием двойных солей, компоненты солей электролитов выступают как добавки второго класса, формирующие структуру цементного камня. С наибольшей скоростью выкристаллизовывается гидрохлоралюминат кальция, что подтверждается результатами термографического и рентгенографического методов анализа цементного камня, затворенного стоками, в сравнении с пробами, затворенными водой и исследованными в разные сроки твердения;в нормальных условиях (от 14 до 28 суток).
Результаты, представленные на рисунках 3.17 - 3.20 показывают следующее. Основными продуктами гидратации силикатной фазы зольного камня в нормальных условиях ЯВЛЯЕОГСЯ тоберморитовый гель и гидрооксид кальция. Последний появляется в зольном камне на основе золы ЭВРЗ, твердевшем 14 суток, что свидетельствует о полном связывании хлор-ионов к этому сроку в гидрохлоралюминаты кальция уже в начальные сроки твердения (рис. 3.21, 3,22)
Стоки увеличивают степень гидратации силикатов кальция. Это видно по изменению интенсивности аналитических пиков C2S и Si02 на рентгенограммах золыю-кремнеземистого камня и по результатам ДТА. Количество связанной воды, определённой в диапазоне температур 20... 500 С (дегидратация тоберморитового геля, гидроалюминатов и гидрохлоралюминатов кальция), на 14-е сутки твердения у цемента, затворённого водой, составило 9,4 %, а промстоками 10,4 %. К 28 суткам твердения количество связанной воды увеличивается соответственно до 1Ц2 и 12,0 %.
Добавки-хлор иды участвуют в образовании гидрохлоралюминатов, которые в последствии в сочетании с гидросиликатами составляют основу первичного кристаллического каркаса, обрастание которого высоко дисперсными тоберморитоподобными фазами повышает его плотность по сравнению с образцами без добавки. Наличие новообразований можно проследить на кривых ДТА в возрасте 28 суток, содержащие в своем составе добавку МК от 4 до 10% и добавку минерализованных стоков. Температурные интервалы образования пиков кривых ДТА на золе ЭВРЗ и золе ТЭЦ-2 практически идентичны, где при 115-150 С и 710-760 С происходит двухступенчатая дегидратация 2CaO3St02 2H20 - гиролита, который, кристаллизуясь при 730-770 С, образует a-CS (рис. 3.21., 3.22.) [31].
Анализ кривых ТГ позволил провести расчет количества прогидрати-ровавшего карбоната и гидрооксида кальция в пересчете на СаО в зависимости от содержания количества МК и сроков твердения. Результаты расчетов показаны в табл. 3.19.
Из табл. 3.19 видно, что образование Са(ОН)2 при введении добавки микрокремнезема и минерализованных стоков уменьшается практически в два раза. Это говорит о том, что введение комплексно добавки МК и стоков способствует вступлению Са(ОН)г в реакцию с микрокремнеземом, образуя при этом прочный гидросиликат -гиролит. Количество непрореагировавшего СаО с увеличением расхода добавки микрокремнезема от 4 до 10 % не возрастает. Следовательно, введение 10 % микрокремнезема бессмысленно, т.к. практически 6 % не вступает в химическую реакцию и не образует гидросиликатов, способствующих увеличению прочности зольной композиции, что в свою очередь подтверждает сделанный ранее вывод об оптимальном количестве микрокремнезема.
Результаты физико-химических исследований показали, что минерализованные стоки интенсифицируют процесс твердения вяжущего в начальные сроки и в более позднем возрасте.
Присутствие солей-электролито в увеличивает степень гидратации силикатной фазы зольно- кремнеземистой композиции, приводит к появлению новообразований, представленных гидрохлоралюминатами кальция, и способствует формированию более плотной структуры зольного камня.
На рис. 3.25 и 3.26 представлены графики зависимости изменения количества оксида кальция, связанного в Са(ОН)2 и СаС03 в зависимости от наличия и количества добавки микрокремнезема. Хорошо видно, что добавка стоков без микрокремнезема увеличивает это количество как на 14- е, так и на 28- е сутки гидратации примерно на 0,5 -1,5 %. Это свидетельствует о способности минерализованных стоков увеличивать содержание в твердой фазе гидрооксида кальция, который образуется в результате гидратации оксида кальция и клинкерных минералов, содержащихся в золе. Добавка микрокремнезема в присутствии стоков снижает количество связанного СаО в шдроокснд и карбонат кальция по линейной зависимости при введении добавки микрокремнезема в количестве 10 %. Независимо от использования добавки минерализованных стоков 4 % микоркремнезема снижает содержание в пробах Са(ОН)2 и СаСОз на 25 %, а добавка 10 % на 55 % как на 14- е, так и на 28-е сутки гидратации (рис. 3.27 и. 3.28).
Составы и свойства пенобетона на основе бесцементной композиции
Согласно рекомендациям нормативной литературы и авторов [Бажен] оптимальное водотвердое отношение пенобетона назначается по пластичноста пенобетонной массы, оцениваемой диаметром расплыва смеси на вискозиметре Суттарда. Для получения пенобетона марки D 400 и D 900 пластичность пенобетонной смеси должна составлять -13... 16 и 13...14 см соответственно, что и соблюдается в технологии пенобетонов на традиционном цементном вяжущем.
При разработке составов бесцементных композиций было установлено, что введение микрокремнезема в состав зольно-кремнеземистои композиции увеличивает нормальную густоту зольного теста, повышая ее вязкость, что может отразиться на качестве поризации пенобетонной массы. В связи с этим были проведены исследования по влиянию пластичности зольно-кремнеземистои сырьевой массы на плотность пенобетонной смеси и пенобетона при постоянном расходе технической пены. Был принят состав композиции, разработанный на первом этапе исследований. Водотвердое отношение пенобетонной смеси было принято в диапазоне, представленном в табл.4.2.
Проведенные исследования позволили сделать вывод о невозможности получения пенобетонов плотностью D 400 и D 900 при пластичности пенобе-тонной смеси менее 25 и 30 см соответственно. Это объясняется повышенной вязкостью сырьевой массы на основе зольно-кремнеземистой композиции, которая затрудняет способность к поризации при смешивании с технической пеной.
Зависимость плотности пенобетонной смеси и пенобетона от пластичности исходной растворной смеси представлена на рис. 4.1 и 4.2. 18 22 23 25 26 107
Из диаграмм видно, что пластичность растворных смесей для получение пенобетона марок D 400 и D 900 должна составлять 25 и 31 см соответственно, поэтому в дальнейших исследованиях значения водотвердого отношения были приняты: для.пенобетона марки D 400 - 0,47; для марки D 900 -0,58, Составы теплоизоляционного и конструкционно-теплоизоляционного пенобетонов на основе бесцементных зольно-кремнеземистых композиций были разработаны с учетом полученных предварительных результатов по пластичности исходной сырьевой массы.
В результате проведенных исследований по подбору оптимального водотвердого отношения золыю- кремнеземистых композиций и пластичности смеси на их основе были разработаны составы теплоизоляционного и конструкционно-теплоизоляционного пенобетонов, рецептура которых приведена в табл. 4.3.Для исследования физико-механических и эксплуатационных свойств пенобетона на соответствие их показателям, регламентируемым ГОСТом, были изготовлены различные образцы, размеры и количество которых принято согласно требованиям нормативных документов на методы испытаний.
Испытания проведены в разные сроки твердения - после тепловлажностнои обработки и на 28-е сутки последующего твердения. Свойства пенобетонов, полученных на основе бесцементных зольно - кремнеземистых композиций, приведены в табл. 4.4.
Результаты исследований свойств пенобетонов разработанных составов показали, что теплоизоляционный пенобетон марки D 400 полностью соответствует требованиям ГОСТ 25485-89 «Ячеистые бетоны. Технические условия» по плотности и теплопроводности. Составы пенобетона марки D 900 характеризуются недостаточной прочностью как в начальные сроки после тепловлажностнои обработки, так и в более позднем возрасте, которая составляла соответственно - 1,2 и 1,7 МПа, что не соответствует нормам ГОСТа.
Таким образом, была установлена возможность получения на основе бесцементной зольно-кремнеземистой композиции в сочетании с солевыми стоками теплоизоляционного пенобетона, соответствующего требованиям ГОСТа по физико-механическим показателям, однако для изготовления конструкционно-теплоизоляционного пенобетона необходимо повысить прочность поризованного зольного камня до значений, обеспечивающих ему марку по прочности не ниже М35, для чего был выбран технологический прием
— введение в состав композиции дополнительного компонента — традиционного цементного вяжущего.
