Введение к работе
Актуальность. Получение пенобетонов высокой механической прочности является одной из важнейших технологических задач современности, поскольку их применение позволяет осуществлять в строительстве энерго- и ресурсосбережение. Однако до настоящего времени не установлен полный перечень факторов, влияющих на возможность получения материалов с заданными свойствами. В производственных условиях при малейших изменениях свойств сырья практики сталкиваются с резкими колебаниями свойств пенобетонов. Для них нормативные документы регламентируют учет ряда свойств сырьевых компонентов: цемента по ГОСТ 10178-85, мелкого заполнителя по ГОСТ 8736-93, воды по ГОСТ 23732-79. Других требований к сырью не предъявляют.
Вода занимает более 50% объема плотной составляющей пенобетонной смеси любой плотности. Именно в её объеме происходят все процессы тепло- и массопереноса, которые управляют воздухововлечением цементно-песчаного шликера и формированием структуры межпоровых перегородок. Следовательно, от свойств воды весьма существенно зависят эксплуатационные свойства пенобетонов.
Из фундаментальных законов материи известно, что тепловое движение молекул воды управляет адсорбционными свойствами поверхностно-активных веществ (ПАВ) и механическими свойствами пен. В свою очередь, от устойчивости пен в период начального структурообразования зависит уровень дефектности затвердевшего пенобетона и, как следствие, его прочность. Кроме того, вода - единственная жидкость, которая в довольно узком интервале температур аномально изменяет свои свойства. Поэтому учет их изменения в зависимости от температуры в технологии пенобетонов чрезвычайно важен.
Этим и определяются актуальность, цели и задачи исследований. В основу работы положена фундаментальная закономерность физической химии,
отражающая взаимосвязь между растворимостью поверхностно-активных веществ (ПАВ) и температурой воды. На основе указанной закономерности сформулирована гипотеза о том, что охлаждение воды затворения до температуры, соответствующей её максимальной плотности, позволяет снижать расход пенообразователя при получении фибропенобетонов и создаёт предпосылки для комплексного улучшения их физико-механических свойств.
Цель диссертационной работы - установление закономерностей влияния воды затворения максимальной плотности на процессы раннего структурообразования в фибропенобетонных смесях, а также параметры рецептуры и механические свойства фибропенобетонов.
Для достижения цели необходимо решить следующие задачи:
- выявить свойства воды, которые могут оказывать влияние на
агрегативную устойчивость фибропенобетонных смесей и скорость их
начального структурообразования;
изучить влияние температуры воды на свойства пен для изготовления фибропенобетонных смесей;
установить зависимость между температурой воды затворения и водопотребностью цементно-песчаных смесей;
оценить влияние свойств воды максимальной плотности на величину рационального расхода пенообразователя при изготовлении фибропенобетонных смесей;
изучить влияние свойств воды максимальной плотности на скорость фазовых переходов в фибропенобетонных смесях и физико-механические свойства фибропенобетонов.
Научная новизна работы. Впервые сформулировано, что плотность воды затворения, зависящая от её температуры, является управляющим фактором, влияющим на:
- стойкость и устойчивость пен;
- воздухововлекающие свойства цементно-песчаных растворов,
содержащих поверхностно-активные вещества (ПАВ);
- агрегативную устойчивость и скорость протекания фазовых переходов в
фибропенобетонных смесях.
Впервые установлено, что вода максимальной плотности, предназначенная для изготовления фибропенобетона, обеспечивает возможность понижения:
- водопотребности цемеятно-песчаной смеси на 10%;
- расхода пенообразователя при изготовлении равноплотных
фибропенобетонных смесей на 20-30%.
Перечисленные закономерности имеют важное научное значение для совершенствования рецептур фибропенобетонов, так как предопределяют характер капиллярной пористости этих материалов.
На защиту выносятся:
научное обоснование целесообразности применения в технологии фибропенобетонов воды затворения с температурой +4С, обладающей при нормальном атмосферном давлении максимальной плотностью;
результаты экспериментальных исследований влияния температуры воды затворения на свойства пен для изготовления фибропенобетонных смесей, их рецептуру, меру агрегативной устойчивости и скорость фазовых переходов;
теоретические представления об особенностях структурообразования фибропенобетонных смесей в зависимости от температуры воды затворения;
результаты исследований влияния температуры воды затворения на физико-механические свойства фибропенобетонов;
- технологическая схема изготовления изделий из фибропенобетона.
Практическое значение. Результаты системного анализа особенностей
структурообразования фибропенобетонных смесей при затворении их водой максимальной плотности и комплексных экспериментальных исследований позволили:
- установить степень влияния свойств сырьевых компонентов на
процессы массопереноса в фибропенобетонных смесях;
выявить факторы, повышающие их агрегативную устойчивость;
оптимизировать расходы сырьевых компонентов при изготовлении фибропенобетонных смесей;
решить прикладные задачи повышения качества фибропенобетона неавтоклавного твердения.
Результаты исследований фибропенобетонных смесей в зависимости от температуры воды затворения использованы:
- в ходе промышленной апробации разработанной технологии при
изготовлении пено- и фибропенобетонов D500 и D800 на технологической
линии ИП Атояна А.С. (Ростовская область - акт от 14.04.2010 г.);
- при разработке темы «Малоэтажное строительство: проекты,
инвестиции, строительные материалы и технологии» (Администрация
Ростовской области - акт № 4.4/217 от 30.06.2010 г.)
при создании схемы территориального планирования Краснодарского края на период до 2020 года (Администрация Краснодарского края - договор № 21.04-01 от 8.12.06, акт от 17.10.2008 г.);
в учебном процессе РГСУ при выполнении НИР студентов, бакалавров и магистров.
Получен патент на изобретение № 2337084 "Способ приготовления сырьевой смеси для получения пенобетона".
Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались и обсуждались на МНПК «Строительство» 2003...2010 (Ростов н/Д, 2003...2010); МНПК «Железобетон, строительные материалы и технологии в Ш тысячелетии» (Ростов н/Д, 2003); «1 съезде инженеров Дона», (Ростов н/Д, 2007); МНК «Перспектива - 2008» (Нальчик, 2008); Международном конгрессе «Наука и инновации в строительстве» (Воронеж, 2008); МНТК «Наука и технология строительных материалов: состояние и перспективы их развития»
(Минск, 2009); МНК «Надежность и долговечность строительных материалов, конструкций и оснований фундаментов» (Волгоград, 2009); МНТК «Достижения и проблемы материаловедения и модернизации строительной индустрии: Материалы XV Академических чтений РААСН» (Казань, 2010).
Публикации. По результатам исследований опубликованы 23 работы, в том числе 3 статьи в изданиях из списка ВАК и 1 патент РФ.
Структура н объем диссертации. Работа состоит из введения, 5 глав, общих выводов, библиографического списка и приложений. Диссертация изложена на 151 странице машинописного текста, содержит 43 рисунка, 18 таблиц, 7 приложений и библиографический список из 175 наименований.
Автор выражает благодарность сотрудникам лабораторий кафедры ТСП и ДортрансНИИ РГСУ за организационную поддержку при экспериментальных , исследованиях, а также лаборатории кафедры технологии машиностроения ДГТУ за методическую помощь при выполнении электронной микроскопии.