Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА I. Современные проблемы получения пенобетонов. Постановка работы, цели, методы и объекты исследования 10
1.1 Современные проблемы пенобетонов 10
1.2 Постановка цели и задач работы 39
1.3 Методы и методики исследования 44
ГЛАВА II. Получение и свойства теплоизоляционного пенобетона средней плотности D200 на основе наностабилизированнои пены 50
2.1 Повышение качества пеносмеси для теплоизоляционного пенобетона средней плотности D200 50
2.2 Промышленная апробация теплоизоляционного пенобетона D200 и его свойства 58
2.3 Обсуждение результатов и выводы 59
ГЛАВА III. Получение и свойства пенобетона средней плотности d400, d500 и d600 на основе наностабилизированнои пены 61
3.1 Тепло- и механофизические свойства пенобетонов средней плотности D400... D600 на основе стабилизированной золями пены 61
3.2 Физико-химические исследования пенобетона со стабилизированной пеной 66
3.3 Свойства наностабилизированнои пены и устойчивость пенобетонной смеси на ее основе 73
3.4 Физико-химические исследования растворов пенообразователя с введенными золями 80
3.5 Обсуждение результатов и выводы 85
ГЛАВА IV. Получение и свойства пенобетонов D400, D500 и D600 активированного твердения на основе наностабилизированнои пены 87
4.1 Приготовление пенобетонной смеси и пенобетона активированного твердения на основе наностабилизированнои пены 87
4.2 Основные тепло- и механофизические свойства активированных пенобетонов разной средней плотности 88
4.3 Промышленная апробация активированных пенобетонных изделий на основе наностабилизированнои пены по резательной технологии получения 95
4.4 Физико-химические исследования полученных образцов активированного пенобетона на основе наностабилизированнои пены 100
4.5 Обсуждение результатов и выводы 104
ГЛАВА V Обработка поверхности пенобетонных изделий добавками наноразмера 106
5.1 Принятая технология обработки 106
5.2 Результаты исследования физических характеристик поверхности 107
5.3 Физико-химические исследования наномодифицированного слоя 108
5.4 Промышленная апробация технологии обработки поверхности пенобетонных изделий золями 110
5.5 Экономическая эффективность применения неавтоклавного пенобетона на основе стабилизированной пены и обработанной поверхности 113
5.6 Обсуждение результатов и выводы 117
Выводы по работе 118
Список литературы 120
Приложения 130
- Повышение качества пеносмеси для теплоизоляционного пенобетона средней плотности D200
- Свойства наностабилизированнои пены и устойчивость пенобетонной смеси на ее основе
- Основные тепло- и механофизические свойства активированных пенобетонов разной средней плотности
- Промышленная апробация технологии обработки поверхности пенобетонных изделий золями
Введение к работе
Актуальность работы связана с необходимостью повышения основных технико-эксплуатационных характеристик неавтоклавных пенобетонов: прочности, категории качества, теплозащитности и долговечности, которые взаимосвязаны со свойствами пен, такими как устойчивость.
Среди идей повышения качества пенобетона могут быть выделены следующие: стабилизация пены с использованием добавок - стабилизаторов пены, а также обработка поверхности готовых пенобетонных изделий веществом, взаимодействующим с составляющими пенобетонного камня. В этой связи применение неорганических добавок наноразмера обосновано тем, что суммарная удельная поверхность их частиц наиболее близко соответствует толщине пленки пены, что важно и при стабилизации, и при обработке поверхности готовых пенобетонных изделий. Предлагаемая работа посвящена исследованию влияния стабилизации пены и обработки поверхности пенобетона добавками наноразмера на свойства пенобетонов и выполнена в продолжение и развитие современных трудов ученых отечественных школ С-Петербурга, Белгорода, Воронежа, Уфы, Ростова на Дону, Пензы, Москвы, Екатеринбурга, Магнитогорска, зарубежных - Алма-Аты и др.
Работа выполнена при поддержке гранта № 3.13/04-05/022 Правительства Санкт-Петербурга.
Цель работы состояла в повышении физико-механических и физико-технических свойств неавтоклавных пенобетонов путем стабилизации пены и обработкой их поверхности добавками наноразмера.
Для достижения поставленной цели следовало решить следующие задачи:
- исследовать физико-механические и физико-технические свойства пенобетонов на основе стабилизированной пены и добавок-активаторов твердения;
- дать теоретическое обоснование стабилизации пены при использовании добавок наноразмера;
- дать теоретическое обоснование и исследовать физико-механические свойства неавтоклавного пенобетона при обработке его поверхности добавками наноразмера;
- произвести апробацию полученных результатов исследования в промышленных условиях, осуществив выпуск опытно-промышленных партий пенобетона.
Научная новизна работы
-
Теоретически обоснована и экспериментально доказана эффективность стабилизации пены на протеиновой основе добавками наноразмера за счет образования пространственных кремне- и железопротеиновых комплексов, увеличивающих толщину пленки пены. Экспериментально доказано, что в случае стабилизации возрастает устойчивость пены, а также коэффициент стойкости пены в цементом тесте, что позволяет использовать добавки-ускорители без ее разрушения.
-
Установлено, что в присутствии стабилизированной пены отсутствует осадка пенобетонной смеси. Это позволяет получить теплоизоляционный пенобетон средней плотности D200 с пониженным коэффициентом теплопроводности.
-
Экспериментально доказано, что применение добавок-ускорителей – фторида натрия NaF, хлорида натрия NaCl и комплексной добавки на их основе – позволяет значительно улучшить прочность на сжатие и растяжение при изгибе, морозостойкость, теплопроводность, усадку при высыхании, а также категорию качества получаемых изделий из пенобетона средней плотности D400…D600 на основе стабилизированной пены. Установлено, что значения этих характеристик соответствуют нижней границе свойств автоклавных пенобетонов.
-
Экспериментально доказано, что в основе повышения категории качества пенобетонных изделий при обработке их поверхности добавками наноразмера лежит увеличение твердости поверхности, связанное с взаимодействием составляющих каменного скелета пенобетона с вводимыми добавками наноразмера.
Практическая ценность работы
1. В результате теоретических и экспериментальных исследований были получены теплоизоляционные и теплоизоляционно-конструкционные пенобетоны средних плотностей D200, D400…D600 на основе стабилизированной пены с улучшенными физико-механическими и физико-техническими свойствами.
2. Установлены границы концентраций используемых добавок наноразмеров, при которых устойчивость полученной пены возрастает до четырех раз, а коэффициент стойкости пены в цементном тесте до 0,98. При приготовлении теплоизоляционного пенобетона средней плотности D200 на основе стабилизированной пены осадка смеси снижается до нуля, при этом значение коэффициента теплопроводности пенобетона составляет 0,04 Вт/(м0С).
3. Установлено, что стабилизированная пена не разрушается в пенобетонной смеси при применении добавок – электролитов и комплексной добавки на их основе. При этом, в возрасте 28 суток прочность на сжатие пенобетона средней плотности D400… D600 повышается до 50%, прочность на растяжение при изгибе более чем на 60%, марка по морозостойкости повышается до F35, количество выпускаемой продукции первой категории качества увеличивается на 23%, значение коэффициента теплопроводности снижается на один класс по средней плотности.
4. Установлены границы концентраций используемых добавок наноразмеров при которых обработка поверхности изделий из пенобетона средней плотности D400… D600 приводит к росту твердости поверхности до 29% и росту количества получаемых изделий первой категории качества до 20%, за счет улучшения геометрии пенобетонных изделий.
5. Внедрение результатов предложенной работы осуществлено на мини-заводах по производству неавтоклавного пенобетона в г. Старый Оскол, ООО «Пенобетонные технологи СОТИМ» и в г. Старая Русса, ООО «Декор-Строй». На территории этих заводов выпущены опытные партии неавтоклавного пенобетона различных средних плотностей на основе стабилизированной пены, а также изделия с обработанной добавками наноразмера поверхностью. Акты испытаний приведены в диссертации. Новизна решений диссертации защищена 4 патентами РФ, материалы диссертации используются в учебном курсе для строительных специальностей, по материалам диссертации создан проект ТУ.
На защиту выносятся:
- обоснование эффективности стабилизации пены добавками наноразмера с целью использования добавок-ускорителей и значительного улучшения физико-механических и физико-технических характеристик пенобетонов средней плотности D200, D400…D600, а также механизмы стабилизации пены;
- результаты оценки физико-механических характеристик пенобетонных изделий при обработке их поверхности добавками наноразмера, а также механизмы влияния добавок наноразмера на поверхность изделий при ее обработке;
- апробация результатов исследований в промышленных условиях с выпуском партий пенобетонных изделий на основе стабилизированной пены и добавок-ускорителей, а также с обработанной добавками наноразмера поверхностью.
Апробация работы
Основные положения диссертации докладывались и обсуждались на международной научно-практической конференции «Пенобетон 2007» (СПб, ПГУПС, июнь 2007 г.), на научно-технических конференциях «Неделя науки 2008, 2009 гг. «Шаг в будущее» (СПб, ПГУПС, 2008-09 гг.), на XII Всероссийской конференции по проблемам науки и высшей школы «Фундаментальные исследования и инновации в технических университетах» (май 2008 г.), на III Международной научно- практической конференции «Популярное бетоноведение» (СПб, 2009), на IV международной научно-технической конференции «Композиционные материалы», посвященной 80-летию чл.-корр. АН Украины Пащенко А.А. (Киев, май 2009), на XVII международной конференции IBAUSIL (Германия, Веймар, сентябрь 2009 г.), на I международной научно-технической конференции НОР секция «Нанотехнологии в строительном материаловедении» (СПб, 2009 г.).
Публикации
По материалам диссертации опубликовано 20 научных работ в международных и отраслевых журналах и изданиях, в том числе 3 по списку, рекомендуемому ВАК РФ, 4 патента РФ и одна монография.
Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждена результатами экспериментальных исследований, выполненных с применением современных инструментальных методов: дифференциально-термического, рентгенофазового методов, методов ртутной порометрии и инфракрасной Фурье-спектроскопии, а также хорошей сходимостью данных, полученных в лабораторных и промышленных условиях.
Объем диссертации. Диссертация изложена на 130 страницах, состоит из введения, 5 глав, списка используемой литературы из 112 наименований, 6 приложений, 39 рисунков, 22 таблиц.
Повышение качества пеносмеси для теплоизоляционного пенобетона средней плотности D200
В работе было проведено исследование влияния пены, стабилизированной золем кремниевой кислоты, на свойства теплоизоляционного неавтоклавного пенобетона средней плотности D200. Для легких теплоизоляционных неавтоклавных пенобетонов одной их существенных проблем является уменьшение объема пенобетонной смеси в процессе твердения (осадка), что ведет к отклонению от запроектированной средней плотности и неравномерности структуры материала. Это, в свою очередь, оказывает негативное влияние на свойства пенобетона. Устойчивость смеси является первым условием получения качественного теплоизоляционного пенобетона. Как отмечается в /6, 69/, о стойкости пенобетонной смеси в начальный период после ее заливки судят по осадке ячеистой смеси, измеряемой в мм.
Причинами изменения объема смеси при ее твердении могут быть, во-первых, недостаточная стойкость самой пены, во-вторых, медленное схватывание ячеистой смеси и, в - третьих, большая высота заливки в формы /6/.
В работе предложено вводить в пенообразующий раствор добавку золя кремниевой кислоты. Предполагается, что указанная добавка позволит повысить устойчивость как пены, так и пенобетонной смеси на ее основе. Это, в свою очередь, может способствовать получению теплоизоляционного пенобетона без осадки и улучшению его эксплуатационных свойств.
В работе применялся золь кремниевой кислоты лабораторного способа синтезирования, который был получен на основе жидкого натриевого стекла (ГОСТ 13078-81) со значением водородного показателя рН=12 методом ионного обмена. Жидкое стекло разбавлялось дистиллированной водой в соотношении 1:20 по массе. Плотность полученного раствора жидкого стекла составляла 1,014 г/см , водородный показатель рН=11. Приготовленный водный раствор жидкого стекла пропускался через катионит КУ-2-8-ЧС Н-формы (ГОСТ 20298-74). В результате был получен золь кремниевой кислоты с плотностью 1,014 г/см и водородным показателем рН в пределах 3...4. Концентрация дисперсной фазы в золе составила 2,5%.
Состав пенобетона средней плотности D200 показан в таблице 2.1.1. В пятой графе таблицы 2.1.1 приведен исследуемый диапазон расхода золя кремниевой кислоты. В таблице 1 приложения 1 приведены расчетные данные для расхода золя кремниевой кислоты на 1 м пенобетонной смеси, содержания дисперсной фазы от массы цемента и др. В качестве вяжущего в работе был использован портландцемент ОАО «Пикалевский цемент» марки ПЦ400-Д20. Характеристики воды затворения удовлетворяют требованиям ГОСТ 23732. В качестве пенообразователя была применена добавка Foamcem на протеиновой основе, характеристики которой приведены ниже: производитель: Laston Italiana Spa внешний вид: жидкость темно-коричневого цвета; основное активное вещество: протеингидролизат; водородный показатель: рН = 6,5 — 7,5; плотность при температуре 2ГС: 1121 кг/м ; кратность пены: не менее 13; вязкость при температуре 20 С 17 стоке устойчивость пены: не менее 15 мин; Концентрация пенообразующего раствора составила 3%. В качестве заполнителя, в соответствие с рекомендациями работ В.А. Чернакова /75/, Л.Д. Шаховой /107/ и др. был применен доломитизированный известняк. Зерновой состав примененного в работе доломитизированного известняка угловского известнякового комбината (ГОСТ Р52129-2003) следующий: 100 масс.% - мельче 1,25 мм, из них 98,84 масс.% - мельче 0,315 мм, и 79,76 масс.% - мельче 0,071 мм. Пенобетонная смесь готовилась следующим образом. Цементно-песчаная смесь затворялась водой и тщательно перемешивалась до получения однородного раствора. Параллельно с этим взбивалась пена на основе раствора пенообразователя, содержащего золь кремниевой кислоты. Полученную пену в необходимом количестве добавляли к приготовленному цементному раствору и тщательно перемешивали пенобетонную смесь до получения однородной по внешнему виду массы. Полученная пенобетонная смесь разливалась в формы и твердела в нормальных условиях. В работе были проведены исследования зависимости устойчивости пенобетонной смеси от концентрации дисперсной фазы золя. Устойчивость пенобетонной смеси оценивалась по осадке, измеряемой в мм, в возрасте от 1 часа до 4 часов через каждые полчаса, а также в возрасте 24 и 30 часов. Результаты исследований приведены на рис. 2.1.1. Погрешность измерений осадки составляет 0,5 мм. Как показано на рис 2.1.1, наиболее интенсивно осадка пенобетонной смеси увеличивается в первые часы твердения смеси и не изменяется в возрасте более суток. Можно заметить, что для контрольного образца пенобетонной смеси на основе нестабилизированной пены осадка возрастает гораздо быстрее, чем для стабилизированных пенобетонных смесей и ее значение составляет 55 мм в возрасте 30 часов. При содержании дисперсной фазы золя кремниевой кислоты не менее 0,2%) от массы цемента был получен пенобетон средней плотности D200 без осадки. Таким образом, можно заключить следующее: пенобетонная смесь, стабилизированная золем кремниевой кислоты, с содержанием дисперсной фазы золя более 0,2% от массы цемента является устойчивой и сохраняет свой первоначальный объем. Далее была исследована зависимость осадки пенобетонной смеси, приготовленной на основе стабилизированной золем кремниевой кислоты пены, от В/Т -отношения. Результаты исследований приведены на рис.2.1.3, из которых видно, что при снижении В/Т - отношения с 0,6 до 0,5 появляется осадка пенобетонной смеси в возрасте 2,5 часа. Величина осадки составляет 1 мм. Дальнейшее снижение В/Т - отношения до 0,4 ведет к более раннему появлению осадки пенобетонной смеси в возрасте 2 часа и в возрасте 24 часа осадка составляет 2 мм. Таким образом, снижение В/Т- отношения ведет к появлению небольшой осадки пенобетонной смеси на основе стабилизированной пены. Дальнейшее исследование было посвящено возможности применения песка в качестве заполнителя для неавтоклавного теплоизоляционного пенобетона средней плотности D200. Проведенный анализ научных источников показал, что на сегодняшний день возможно получение теплоизоляционных пенобетонов с тонкомолотым минеральным заполнителем. Применение кварцевого песка без дополнительного помола для теплоизоляционных пенобетонов затруднено вследствие роста величины осадки пенобетонной смеси в ранние сроки твердения.
В работе был применен карьерный песок Гатчинского района, не востребованный в производстве тяжелого бетона и рекомендованный к использованию в качестве заполнителя легкого бетона. Размер зеремн кварцевого песка составил не более 0,63 мм.
Свойства наностабилизированнои пены и устойчивость пенобетонной смеси на ее основе
Для подтверждения стабилизирующего эффекта золей кремниевой кислоты и гидроксида железа (III) была исследована устойчивость строительной пены в зависимости от концентрации дисперсной фазы золей (Si02 и Fe(OH)3) в растворе протеинового пенообразователя. Эксперимент состоял в том, что пена взбивалась из растворов пенообразователя с введенным в него золем при различных концентрациях дисперсной фазы золя в растворах. В ходе исследований пена исследовалась как самостоятельная система и как пеносистема в цементном тесте.
В работе были проведены исследования как с золями лабораторного, так и промышленного способов синтезирования. В процессе исследований была измерена кратность пены при введении в раствор пенообразователя золей кремниевой кислоты и гидроксида железа(Ш). Было обнаружено, что кратность пены не меняется при введении в раствор пенообразователя стабилизаторов в виде золей кремниевой кислоты и гидроксида железа (III). Значение кратности пены равно 13.
Устойчивость стабилизированной пены оценивалась в соответствии с методикой, принятой в данной системе знаний /39, 92/, а именно, как время выделения половины жидкой фазы из пены. Результаты исследований устойчивости пены, стабилизированной золями кремниевой кислоты промышленного способа синтезирования, приведены на рис. 3.3.1. На рис. 3.3.2 и 3.3.3 показаны результаты исследований устойчивости пены, приготовленной на основе золей кремниевой кислоты и гидроксида железа лабораторного способа синтезирования.
Анализ данных, представленных на рис. 3.3.1, показывает, что 1) устойчивость пены, приготовленной на основе золей кремниевой кислоты промышленного способа синтезирования увеличивается с ростом концентрации дисперсной фазы золя в растворе пенообразователя; 2) при увеличении рН золя кремниевой кислоты устойчивость пены возрастает с увеличением количества дисперсной фазы золя в растворе пенообразователя медленнее. Данный факт можно объяснить в соответствие с данными 121 (см. также рис. 1.1.2 в разделе 1.1) тем, что при увеличении щелочности среды устойчивость золя к гелеобразованию возрастает. Поэтому, по-видимому, в случае применения щелочных золей образование стабилизирующего кремнепротеинового комплекса (табл. 1.2.1) замедляется.
Из рис. 3.3.2 видно, что 1) устойчивость пены, приготовленной на основе золей кремниевой кислоты лабораторного способа синтезирования увеличивается с ростом концентрации дисперсной фазы золя в растворе пенообразователя; 2) для пены, стабилизированной золем кремниевой кислоты, существует две области, зависящие от концентрации твердой дисперсии золя. В первой области, характеризующейся концентрацией дисперсной фазы золя в растворе пенообразователя 0 - 0,1% присутствие золя кремниевой кислоты в растворе пенообразователя не оказывает видимого эффекта на устойчивость пены. Дальнейшее увеличение концентрации дисперсной фазы золя кремниевой кислоты в растворе пенообразователя ведет к повышению устойчивости пены. Устойчивость пены возрастает в четыре раза при концентрации дисперсной фазы золя кремниевой кислоты в растворе пенообразователя 2,4%.
Таким образом, как показало исследование, для стабилизации пены золями кремниевой кислоты предпочтительнее применять кислые золи с рН 7. На рис. 3.3.3 приведены результаты исследования устойчивости пены, стабилизированной золем гидроксида железа (III). Необходимо отметить периодический и экстремальный характер кривой устойчивости пены от концентрации дисперсной фазы золя Fe(OH)3 в растворе пенообразователя.
Наблюдаются «пиковые» значения устойчивости пены при определенных концентрациях дисперсной фазы золя Fe(OH)3. В данных точках устойчивость пены, стабилизированной золем Fe(OH)3, в четыре раза превосходит значение устойчивости пены в водном растворе пенообразователя.
Также наблюдаются «спады» в значениях устойчивости пены, стабилизированной золем Fe(OH)3. В самой низкой точке (область концентраций 0,05 - 0,07%) устойчивость пены незначительно отличается от значения устойчивости пены на основе водного раствора пенообразователя. При этом следует отметить, что с увеличением концентрации дисперсной фазы в растворе золя значения устойчивости пены, стабилизированной золем Fe(OH)3, в минимальных точках (области концентрации дисперсной фазы золя 0,1- 0,2%, 0,25% и 0,3 - 0,35%) увеличиваются и превосходят значения устойчивости пены на водном растворе пенообразователя не менее чем в два раза.
Такой периодический характер кривой стабилизирующего эффекта связан с тем, что золь Fe(OH)3 относится к высокоорганизованным периодическим коллоидным структурам - тактоидам, представляющим собой анизотропные стержнеобразные агрегаты /82/.
Основные тепло- и механофизические свойства активированных пенобетонов разной средней плотности
С учетом представлений о возможной стабилизации пены добавками наноразмера из золей, были получены пенобетоны средней плотности D400...D600 и исследованы их тепло- и физико-механические свойства. Обнаружено, что прочность на сжатие практически не изменяется по сравнению с контрольными составами. Прочность при растяжении на изгиб увеличивается до 16%, трещиностойкость материала, оцениваемая по параметру RH3n/ R«K увеличивается до 13% для пенобетона, на основе пены, стабилизированной золем кремниевой кислоты, а в случае стабилизации пены золем гидроксида железа трещиностойкость пенобетона практически не изменяется. Усадка пенобетона со стабилизированной пеной не ухудшается и составляет не более 3 мм/м. Также имеется тенденция к снижению коэффициента теплопроводности. Данными электронной микроскопии показано, что в пенобетоне на основе стабилизированной пены уменьшается средний диаметр пор до 520 мкм, что может объяснить снижение коэффициента теплопроводности. 2. Стабилизация пены золями неорганической природы приводит к увеличению толщины пленки пены на порядок, что подтверждено физико-химическими исследованиями.
Исследованы основные характеристики стабилизированной пены. Установлено, что стабилизация пены золями кремниевой кислоты и гидроксида железа не влияет на кратность полученной пены, но оказывает существенное влияние на устойчивость самой пены и ее устойчивость в цементном тесте. При этом, устойчивость стабилизированной золями пены возрастает в четыре раза, а коэффициент стойкости пены в цементном тесте достигает значения 0,98.
Исследовано поверхностное натяжение растворов пенообразователя с введенными золями. Установлено, что при введении золя в раствор пенообразователя коэффициент поверхностного натяжения раствора меняется мало. Доказано, что стабилизация строительной пены происходит за счет образования в межпленочном слое стабилизационных кремне- и железопротеиновых комплексов. В данном разделе оценены свойства пенобетона и изделий в присутствии активаторов твердения цемента и стабилизированной золями пены.
При проведении эксперимента полагалось, что устойчивая , стабилизированная пена позволит использовать добавки-электролиты -для активирования твердения цемента, что, как упоминалось, на нестабилизированной пене может быть затруднено из-за разрушения пены. [ В качестве; активаторов твердения были использованы известные активаторы в рекомендуемых концентрациях /65/: фторид натрия (NaF), хлорид натрия"; (NaCl) в количестве 0,5% и 5% от массы цемента, соответственно. Также был применен хлорид натрия (NaCl) совместно с доломитизированным ; известняком в качестве заполнителя.
Пенобетонные смеси активированного твердения на основе стабилизированной золями пены приготавливались следующим образом. Расход материалов для приготовления 1 м3 пенобетонных смесей указаны в разделе З.1., табл.3.1.1. Пена для пенобетонной смеси приготавливалась из растворов пенообразователя Foamcem с добавлением золей кремниевой кислоты и гидроксида железа (III).
В воду затворения добавлялись активаторы твердения - фторид натрия (NaF) и хлорид натрия (NaCl) в количестве 0,5% и 5% от массы цемента, соответственно. Данной водой с растворенной солью натрия затворялся портландцемент, смешанный с заполнителем. Смесь тщательно перемешивалась до получения однородного по консистенции раствора. В полученный раствор добавлялась стабилизированная пена. Смесь перемешивалась и разливалась в формы. Твердение происходило в нормальных условиях.
Для полученных образцов активированных пенобетонов на основе стабилизированной золями пены средних плотностей D400...D600 были исследованы основные тепло- и механофизические свойства. Результаты исследований приведены в табл. 4.2.1 - 4.2.2. Знак « » в третьей графе таблиц над словом «комплексная добавка» означает, что комплексная добавка включает в себя хлорид натрия в количестве 5% от массы цемента и доломитизированный известняк, введенный в смесь вместо кварцевого песка, в количестве по табл.3.1.1.
При оценке физико-механических характеристик полученных лабораторных образцов пенобетона на основе пены, стабилизированной золем кремниевой кислоты, было обнаружено следующее (табл.4.2.1). 1) Использование различных ускорителей-электролитов не разрушает стабилизированную пену. 2) Прочность на сжатие образцов средней плотности D400 с добавками в возрасте 28 суток увеличивается от 25 до 50% по сравнению с контрольным образцом, а прочность на растяжение при изгибе - от 27 до 69%; При этом, повышается класс бетона по прочности на сжатие, в случае применения хлорида натрия и комплексной добавки. Прочность на сжатие образцов средней плотности D500 с добавками в возрасте 28 суток увеличивается от 15 до 46% по сравнению с контрольным образцом, а прочность на растяжение при изгибе — от 22 до 65%. Повышается класс бетона по прочности на сжатие. Прочность на сжатие образцов средней плотности D600 с добавками в возрасте 28 суток увеличивается от 12 до 35% по сравнению с контрольным образцом, а прочность на растяжение при изгибе - от 25 до 58%.
Промышленная апробация технологии обработки поверхности пенобетонных изделий золями
Экономическая эффективность применения стабилизаторов пены рассмотрена с позиций возможности экономии пенообразователя. Как было показано в третьей главе стабилизация пены добавками наноразмера ведет к повышению устойчивости пены в цементном тесте. Таким образом, при введении в цементно-песчаный раствор затрачивается меньший объем стабилизированной пены, чем при введении нестабилизированной пены. В свою очередь, уменьшение вводимого объема стабилизированной пены (по сравнению с нестабилизированной пеной) ведет к уменьшению расхода пенообразователя.
Экономическая эффективность совместного применения стабилизированной пены и добавок — активаторов твердения заключается в возможности экономии расхода цемента, а также в возможности увеличения выпуска продукции первой категории качества.
Как показывают данные табл. 4.3.2 совместное применение ускорителей твердения и стабилизатора пены позволяют получить прирост в прочности на сжатие, что, в свою очередь, ведет к экономии цемента. Кроме того, выпуск продукции первой категории качества возрастает на 23% (рис. 4.3.2) в случае применения комплексной добавки.
Согласно РМД 52-01-2006 /67/ пенобетонные изделия первой категории качества, в отличии от изделий второй категории качества, позволяют применять кладку на клею (табл.5.5.1), что позволяет снизить среднюю плотность кладки (табл.5.5.2) и повысить теплозащитные свойства кладки стены в 1,5 раза (5.5.3). Это позволяет отнести данные технологии к энергосберегающим.
Таким образом, применение стабилизаторов пены, активаторов твердения и обработка поверхности имеют энергосберегающий эффект и позволяют экономить сырье и при выпуске продукции повышенного качества. Расчеты в рассматриваемых нами случаях проводились для предприятий, выпускающих 15 тыс. м /год неавтоклавного пенобетона средней плотности D500, состав которого приведен в таблице 4.3.1. В таблице 5.5.4 приведены физико-технический, экономический и экологический эффекты. 1. Предложена обработка поверхности пенобетона добавками золей различной природы, которая включает использование определенных концентраций раствора золя, его расход, время пропитки и другие параметры. 2. Показано, что обработка поверхности приводит к росту твердости поверхности до 29% 3. Показано, что в основе повышения категории качества получаемых пенобетонных изделий и их свойств, при обработке поверхности нанокремнеземом и Fe(III)- гидроксидом, лежит увеличение твердости поверхности за счет создания макроповерхностного слоя, образование которого связано с взаимодействием Са(ОН)2 каменного скелета с вводимыми наночастицами из золей кремниевой кислоты и гидроксида железа (III), что формирует барьерный слой. Данные подтверждены физико-химическими исследованиями. 4. Произведен выпуск опытно-промышленной партии в г. Старый Оскол пенобетонных изделий с обработанной растворами золей поверхностью. Твердость поверхности увеличилась на 24%. Количество продукции первой категории качества увеличилась до 90%, что позволяет отнести технологию к энергосберегающим. Акт о выпуске опытно-промышленной партии приведен в приложении 4 к диссертации. 1. Теоретически обоснована и экспериментально доказана эффективность стабилизации пены на протеиновой основе добавками наноразмера за счет образования пространственных комплексов, увеличивающих толщину пленки пены. 2. Экспериментально установлены границы концентраций используемых добавок наноразмеров, при которых устойчивость полученной пены возрастает до четырех раз, коэффициент стойкости пены в цементном тесте до 0,98, что позволяет использовать добавки-ускорители без ее разрушения. 3. Установлено, что в присутствии стабилизированной пены отсутствует осадка пенобетонной смеси. Это позволяет получить теплоизоляционные пенобетоны средней плотности D200 без осадки с пониженным коэффициентом теплопроводности 0,04 Вт/(м-С). Экспериментально доказано, что применение добавок-ускорителей -фторид натрия NaF, хлорид натрия NaCl и комплексной добавки на их основе - позволяет значительно улучшить прочность при сжатии и растяжении при изгибе, морозостойкость, теплопроводность, усадку при высыхании, а также категорию качества получаемых изделий из неавтоклавного пенобетона средней плотности D400...D600 на основе стабилизированной пены. При этом в возрасте 28 суток, прочность на сжатие пенобетона средней плотности D400... D600 повышается до 50%, прочность на растяжение при изгибе более чем на 60%, морозостойкость возрастает до F35, количество выпускаемой продукции первой категории качества увеличивается на 23%; значение коэффициента теплопроводности снижается на один класс по средней плотности. Установлено, что значения физико-механических характеристик соответствуют нижней границе свойств автоклавных пенобетонов.
