Введение к работе
Актуальность. В связи с повышением требований к теплозащитным
свойствам ограждающих конструкций зданий, установленным СНиП И-3-
79**, большое внимание в нашей стране стало уделяться созданию и
применению в строительстве эффективных утеплителей. К их числу можно
отнести теплоизоляционный неавтоклавный пенобетон. Он сочетает в себе
хорошие строительно-технические свойства, долговечность,
экологическую чистоту, пожарную безопасность и ряд других преимуществ. Возможность монолитной заливки на фоне тенденции к увеличению доли монолитно-каркасного домостроения предопределяет рост потребности в этом материале.
В настоящее время превалирует промышленный выпуск теплоизоляционного пенобетона марки D400, в то время как для повышения эффективности теплозащиты необходим материал более низкой плотности. Часто получаемый пенобетон характеризуется низким уровнем стабильности основных характеристик. Все это обусловливает актуальность расширения номенклатуры, повышения качества и увеличения объемов производства теплоизоляционного пенобетона.
Диссертационная работа выполнялась в рамках фанта Т-02-12.2-1582 «Теоретические разработки эффективных пенобетонов с комплексными добавками с использованием синтетических пенообразователей» и научно-технической программы Минвуза РФ № 02.01.128 «Разработка новых видов пенообразователей и малоэнергоемкой технологии многокомпонентных пенобетонных смесей и изделий на их основе» на 2003-2005 гг.
Цели и задачи работы. Разработка составов и технологических приемов получения теплоизоляционного пенобетона с улучшенными показателями качества на модифицированных пеноцементных смесях.
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
выявление факторов, обусловливающих устойчивость пеноцементной смеси до момента затвердевания и формирование заданной структуры и свойств пенобетона;
обоснование реологических параметров пеноцементной смеси, обеспечивающих ее транспортирование с минимальным разрушением поризованной структуры.
изучение процессов гидратации, протекающих в пеноцементной смеси в присутствии пенообразователей различной природы;
определение основных требований к сырьевым материалам и добавкам-стабилизаторам структурной прочности пеноцементной смеси и пенобетона;
получение математических моделей влияния состава и технологических факторов на процесс формирования структуры и свойства теплоизоляционного пенобетона;
РОС. НАЦИОНАЛЬНА/' ; БИБЛИОТЕКА
определение оптимальных режимов твердения пенобетона;
подготовка нормативно-технологических документов для реализации теоретических и экспериментальных исследований в промышленных условиях;
апробация полученных результатов в производственных условиях и определение физико-механических характеристик изготовленных теплоизоляционных пенобетонов.
Научная новизна. Установлена взаимосвязь физико-химических процессов структурообразования в пеноцементной смеси и основных физико-механических свойств теплоизоляционного пенобетона.
Выявлено, что равновесное состояние пеноцементной смеси до момента затвердевания определяется поверхностным натяжением пенной пленки о и предельным напряжением сдвига цементного раствора межпоровых перегородок, при этом устойчивость пеноцементной смеси и формирование заданной структуры и свойств пенобетона обеспечиваются применением пенообразователей с повышенным значением поверхностного натяжения, созданием избыточного давления внутри воздушных пор и увеличением предельного напряжения сдвига матрицы из цементного раствора.
Установлены закономерности изменения реологических характеристик пеноцементной смеси: с увеличением сдвиговых усилий в смесях с разным водосодержанием происходит изменением соотношения между их упругими и вязкопластичными свойствами, с увеличением скорости сдвига вязкость пеноцементной смеси уменьшается. При В/Ц свыше 0,6 пеноцементные смеси проявляют свойства вязкоупругопластичного тела, которое до определенного значения сдвиговых усилий проявляет упругие свойства, а свыше - пластичные. При В/Ц ниже 0,6 у пеноцементных смесей преобладают пластичные свойства. Вязкость неразрушенной пеноцементной смеси зависит от ее воздухосодержания и не зависит от вида пенообразователя.
Установлен характер влияния вида используемого пенообразователя на прочность пенобетона, заключающийся в изменении морфологии гидратных новообразований за счет разной адсорбционной способности ПАВ. При взаимодействии цемента с раствором пенообразователя из природного сырья наблюдается формирование плотной кристаллической структуры цементного камня, что объясняется более низкой адсорбционной способностью высокомолекулярных пептизированных белков. В присутствии синтетических пенообразователей из-за их высокой адсорбционной способности происходит формирование гелеобразных новообразований с размытыми гранями и сеткой из длинных нитевидных кристаллов, вероятно, кальциевых солей алкилсульфатов. Адсорбция пенообразователей происходит в основном на алюмосодержащих
минералах цемента, поэтому, чем выше содержание в исходном цементе С3А, тем ниже прочность пенобетона при всех прочих равных условиях.
Получены графоаналитические зависимости основных физико-механических свойств пенобетона от состава и способа ввода минеральных компонентов в смесь, позволяющие прогнозировать свойства материала.
Практическое значение работы. Установлено, что физико-механические свойства пенобетонов формируются на ранней стадии структурообразования и зависят в первую очередь от вида применяемого пенообразователя. Показано, что прочность пенобетонов на синтетических пенообразователях на 15-20% ниже, а теплопроводность на 4-5% выше аналогичных показателей для пенобетонов на пенообразователях из природного сырья. Улучшить показатели пенобетона на синтетических пенообразователях возможно путем модифицирования пеноцементной смеси вводом минеральных добавок и повышения давления внутри газовых пузырьков.
Предложены составы и способ получения пенобетонов марок по средней плотности D200, D250, D300, D350 с прочностью от 0,3 до 0,5 МПа, коэффициентом теплопроводности в сухом состоянии от 0,053 до 0,09 Вт/(мС), сопротивлением паропроницаемости от 0,62 до 0,34 мг/мч-Па.
Разработан комплект технической документации: технические условия
на теплоизоляционный пенобетон и технологический регламент на его
производство. Выпущена опытно-промышленная партия
теплоизоляционных пенобетонов на синтетическом анионактивном пенообразователе «Пеностром» с минеральной добавкой на ООО «СОТИМ плюс» (г.Ст. Оскол, Белгородской области).
Внедрение результатов исследования. Технологические параметры и составы пеноцементных смесей апробированы в ООО «СОТИМ плюс» (г. Старый Оскол); при техническом содействии автора была выполнена теплоизоляция кровель из монолитного пенобетона марки по средней плотности D300.
Теоретические положения диссертационной работы, результаты экспериментальных лабораторных исследований используются в учебном процессе (лекционных курсах, УНИРС и при выполнении квалификационных работ) при подготовке инженеров строительного материаловедения.
Апробация работы. Результаты исследований и основные положения диссертации вошли в труды Международного конгресса «Современные технологии в промышленности строительных материалов и стройиндустрии» (Белгород, 2003, 2005); Международных научно-практических конференций «Ячеистые бетоны в современном строительстве» (С.-Петербург, 2004), «Бетон и железобетон в третьем тысячелетии» (Ростов-на-Дону, 2004), «Поробетон-2005» (Белгород, 2005); Международной научно-практической Интернет-конференции «Современные аспекты создания систем менеджмента
качества и сертификации в строительстве» (Белгород, 2004); Международной научно-технической конференции «Композиционные материалы. Теория и практика» (Пенза, 2004); Международного научно-практического семинара «Теория и практика производства и применения ячеистого бетона в строительстве» (Днепропетровск, 2005); Всероссийской научно-практической конференции «Современные тенденции развития строительного комплекса Поволжья» (Тольятти, 2005).
Публикации. Результаты исследований опубликованы в 15 научных статьях, в том числе в журналах с внешним рецензированием («Строительные материалы», «Цемент и его применение»). Получено положительное решение на выдачу патента РФ «Способ получения ячеистого бетона».
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, 6 глав, выводов, списка литературы из 168 наименований и приложений. Общий объем диссертации 252 страницы машинописного текста, включающего 81 рисунок, 53 таблицы, 38 страниц приложений.
