Введение к работе
Актуальность. Одной из актуальных проблем в настоящее время является изготовление в индустриальном масштабе энергоэффективных, экологически чистых, доступных по ценовому уровню теплоизоляционно-конструкционных строительных материалов
Ячеистый бетон, имея практически столетний опыт производства и применения, зарекомендовал себя как один из наиболее эффективных строительных материалов многофункционального назначения, обладающий высокими строительно-техническими свойствами
Пенобетон неавтоклавного твердения, как разновидность ячеистого бетона, привлекателен с точки зрения экономичности и простоты производства, но уступает автоклавному газо- или пенобетону, прежде всего, по прочностным показателем В связи с этим, неавтоклавный пенобетон конструкционно-теплоизоляционного назначения на цементном вяжущем находит меньшее распространение и его выпуск в индустриальном масштабе в настоящее время очень мал по сравнению с автоклавным газобетоном
Тем не менее, интерес к исследованию и применению пенобетона как в России, так и за ее пределами, растет с каждым годом, что говорит о его значительных потенциальных возможностях
Настоящая работа направлена на повышение эффективности производства пенобетона с учетом принципов тепловой самообработки Работа выполнялась в БГТУ им В Г Шухова совместно с лабораторией факультета «Гражданского строительства и биосистем» Университета Претории (ЮАР) в рамках Меморандума о сотрудничестве между университетами и в соответствии с программой исследований научной школы "Управление процессами структурообразования цементного камня при синтезе высокоэффективных ячеистых бетонов"
Целью работы является разработка теоретических принципов и технологических приемов производства пенобетонных изделий улучшенного качества с учетом термических эффектов при термосном твердении пенобетонных смесей
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи
- исследование особенностей термических эффектов в пенобетонных
смесях, твердеющих в условиях тепловой самообработки,
изучение физико-химических процессов гидратации клинкерных минералов и портландцемента с добавками пенообразователей,
разработка принципов управления тепловыделением в технологии производства пенобетонных изделий,
апробация результатов исследований в производственных условиях
Научная новизна. Выявлен характер закономерностей термических эффектов в пенобетонных смесях при тепловой самообработке, заключающиеся в нелинейной зависимости температуры тепловыделения от средней плотности пеноцементного материала, с экстремумом термического эффекта при средних плотностях 300 - 400 кг/м3
Теплоэнергетический потенциал твердеющей пеноцементной системы в условиях саморазогрева проявляет экстремальный характер для пенобетонных смесей, обладающих наименьшей теплоемкостью при максимально большем содержании источников внутренней тепловой энергии (вяжущих и других материалов с положительных тепловым эффектом реакций гидратации) и при наибольшем объеме формовочного массива, который ограничивается технологическими параметрами и величиной термовлажностного градиента
Выявлен нелинейный характер зависимости величины тепловыделения от расхода цемента при прочих равных условиях, что обусловлено теплофизическими особенностями ячеистых цементных структур и саморазогревом в процессе реакций гидратации Дополнительный термический эффект возможен за счет введения наполнителей, обладающих гидравлическими свойствами, а также использованием специальных видов цементов, однако их наличие не влияет на характер выявленных взаимосвязей.
Установлено влияние синтетического пенообразователя ТЭАС-К и протеинового "Foamtech" на кинетику процесса гидратации индивидуальных клинкерных минералов и цемента, а также на состав гидратных новообразований и на кинетику тепловыделения цемента Добавки пенообразователей как на протеиновой, так и на синтетической основе, при введении в количестве до 0,25% от массы цемента, существенно не замедляют гидратацию цемента и не изменяют вид кристаллогидратов, а также не снижают скорость и величину тепловыделения цемента, выполняя в пенобетонной смеси преимущественно функциональную роль образования пористой структуры
Практическая значимость. На основе выявленных закономерностей подтверждены преимущества технологии изготовления пенобетонных изделий с формованием массива в отличие от изготовления пенобетона в индивидуальных формах, что связано с использованием энергетического потенциала цемента и экономией энергоресурсов
Показана технико-экономическая эффективность пенобетонов марок по средней плотности D300 - D400 как наиболее эффективных с позиции реализации энергетического потенциала вяжущего. При этом замена части цемента наполнителем является не только способом повышения
экономической эффективности пенобетонных смесей, но и приемом для регулирования энергетического потенциала при сохранении пенобетоном заданных строительно-технических характеристик Предложены составы пенобетонов марок по средней плотности D400, D600, D800 с прочностью от 1,0 до 3,5 МПа и коэффициентом теплопроводности в сухом состоянии отО,09доО,18Вт/(мС)
Разработана технологическая схема и технологический регламент конвейерного производства пенобетонных изделий мощностью 15 тыс м3 в год с тепловой самообработкой пенобетонной смеси
Внедрение результатов исследования. Разработанные технологические приемы внедрены в ООО НПФ «ТехноСтроМ» При непосредственном участии автора сконструирована двухсекционная камера предварительного твердения с температурными параметрами, регулируемыми в зависимости от температуры пенобетонного массива Промышленное производство с тепловой самообработкой осуществляли для теплоизоляционных и конструкционно-теплоизоляционных пенобетонных изделий марок по средней плотностью D400, D500 и D800
Принципы тепловой самообработки пенобетонных смесей реализованы в процессе производства пенобетонных блоков компании «Дюрасет», Вестонария, ЮАР
Теоретические положения диссертационной работы и результаты экспериментальных исследований используются в учебном процессе (лекционных курсах, УНИРС и при выполнении квалификационных работ) при подготовке инженеров по специальности 270106 (290600) «Производство строительных материалов, изделий и конструкций»
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы представлены в международных конгрессах «Современные технологии в промышленности строительных материалов и стройиндустрии» (г Белгород, 2003, 2005), Международной научно-практической конференции «ПОРОБЕТОН-2005» (Белгород, 2005), III Международной научно-практической конференции «Проблемы экологии наука, промышленность, образование» (Белгород, 2006), VIII научно-технической конференции «Акутальные научно-технические проблемы в строительстве» (Ольштин-Ланьск, Польша, 2006), Международной конференции по строительным материалам Ibausil (Веймар, Германия, 2006), Международной научно-практической конференции «Научные исследования, наносистемы и ресурсосберегающие технологии в стройиндустрии» (Белгород, 2007) На Всероссийской выставке научно-технического творчества молодежи при поддержке ЮНЕСКО «НТТМ-2005» (Москва, 2005) проект удостоен золотой медали «За успехи в научно-техническом творчестве»
Публикации. Результаты исследований, отражающие основные положения диссертационной работы, изложены в восьми научных публикациях, в том числе в одной статье в центральном рецензируемом издании, определенном ВАК РФ.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, выводов, списка литературы из 140 наименований и 5 приложений Общий объем диссертации 201 страница машинописного текста, включающий 76 рисунков, 31 таблицу, 27 страниц приложений
