Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА I Состояние вопроса и задачи исследований
1. Характеристика пенополистирола как материала для приготовления трехслойных стеновых панелей 13
1.2 Методы ускорения твердения бетонов и влияние заполнителя на их применение 20
ГЛАВА II Материалы для приготовления бетона и методики проведения-исследований 29
2.1 Методика проведения исследований 32
ГЛАВА III Ускорение твердения полистиролбетона и керамзитобетона 37
3.1 Твердение бетонов при воздействиитемпературы 37
3.2 Структурообразование полистиролбетона при форсированном- электропрогреве в многослойных конструкциях 43
3.2.Г Режимы электропрогрева 48
3.2.2 Влияние режимов на формирование структуры полистирол-бетона при введении бисерного полистирола (ПНГ) 53
3.3 Взаимозависимость режимов электропрогрева и средней плот ности полистиролбетона 56
3.4 Оценка режимов электропрогрева при термообработке конструкциионных слоев из керамзитобетона 61
3.5 Электрофизические характеристики прогреваемого полистиролбетона и кинетика твердения при форсированном электропрогреве 64
ГЛАВА IV Свойства цементного камня в полистиролбетоне
4.1 Структура и фазовый состав цементного камня в полистирол - бетоне 74
4.2 Пористость и прочность цементного камня в полистиролбетоне 76
4.3. Теплопроводность полученных составов 89
4.4 Влияние режимов электропрогрева на сцепление между слоями 91
ГЛАВА V Внедрение результатов исследований и экономическая эффективность 96
5.1 Внедрение трехслойных стеновых панелей со средним слоем из теплоизоляционного полистиролбетона 96
Общие выводы 112
Список литературы
- Методы ускорения твердения бетонов и влияние заполнителя на их применение
- Влияние режимов на формирование структуры полистирол-бетона при введении бисерного полистирола (ПНГ)
- Электрофизические характеристики прогреваемого полистиролбетона и кинетика твердения при форсированном электропрогреве
- Пористость и прочность цементного камня в полистиролбетоне
Введение к работе
Актуальность темы. В условиях возрастающей ограниченности и невоспроизводимости топливных ресурсов, усложнения и удорожания их добычи, для удовлетворения потребности энергетического комплекса во всем мире, на первый план выходит проблема экономии топливных ресурсов. Одним из путей экономии топлива, является способ разумного его потребления. В связи с этим возникает задача создания эффективных строительных конструкций и материалов, позволяющих поддерживать условия микроклимата человека с минимальными затратами энергоресурсов. Применение легких бетонов является одним из главных путей создания ограждающих конструкций с улучшенными теплоизоляционными свойствами. С 1996 г. на предприятиях стройиндустрии России начался массовый переход на производство трехслойных стеновых панелей с наружными слоями из армированного тяжелого бетона и с внутренним слоем из плитного утеплителя (минераловатные плиты или плитный пенополи-стирол) и с различного вида связями. Эти конструкции даже при лучшем последнем варианте связей - базальтопластиковых, обладают рядом существенных недостатков: они ненадежны в эксплуатации вследствие недостаточной долговечности плитного утеплителя, низкой теплотехнической однородности и недостаточной обеспеченности теплозащитных свойств во времени. В связи с этим большую актуальность приобретают исследования, посвященные применению в бетонах заполнителей на основе вспученных полистиролов. Особое значение в данном случае приобретает проблема термообработки бетонов на таких сверхлегких заполнителях как вспученный полистирол марки ПСБ или ПСБ-С, так как современная заводская технология при термообработке имеет в основном паровой прогрев, то она имеет и присущие ему следующие недостатки:
длительная предварительная выдержка (2-5 час);
длительная термообработка конструкций до 1 б часов;
температурное ограничение изотермы не выше +70 С, из-за оплавления вспученного полистирола в твердеющем бетоне;
невозможность повысить прочность на сжатие и растяжение теплоизолирующего слоя из полистиролбетона, которая необходима при совместной работе слоев в конструкции;
подвспучивание заполнителя, состоящего из вспученных гранул полистирола при тепловом нагреве, создает большие температурные напряжения при изотерме более + 70 С;
в 3 слойной панели, при использовании традиционного парка форм, во избежание разрыва между слоями существует ограничение скорости подьема температуры;
Целью диссертационной работы является:
Разработка метода получения высококачественных одно- и многослойных изделий из полистиролбетона путем электропрогрева п жестких закрытых формах по форсированным режимам с целью отказа от длительных сроков термообработки пропариванием. Для достижения поставленной цели подлежат решению следующие задачи:
изучить структурные особенности полистиролбетона, его основные физико-механические свойства, теплофизические и электрофизические характеристики, подвергающихся форсированному электропрогреву в жестких закрытых формах;
исследовать процессы протекающие, в полистиролбетоне при температурном
воздействии, и определить оптимальные режимы термообработки;
исследовать пластические свойства полистиролбетона, характер расслоения и обеспечение надежного соеденения слоев в многослойных конструкциях;
разработать основные положения технологии производства сборных трехслойных изделий из полистиролбетона, в жестких закрытых формах с форсированным электропрогревом.
Научная новизна работы 1. Разработка новой высокоэффективной технологии изготовления стеновых панелей с утеплителем, в состав которого входит вспученный полистирол (ПВГ) и вспучивающийся бисерный полистирол (ПНГ).
Выявление взаимосвязи между интенсивностью режимов термообрі ботки полистиролбетоиа и его структурой и физико-техническими xapaicrept стиками.
Влияние невслученного гранулированного полистирола (Г1НГ), вводи мого в бетонную смесь, на улучшение структуры и повышение прочностны свойств бетона при вспучивании в процессе термообработки.
4.Определение основных закономерностей протекания физико-химически: процессов в цементном тесте в процессе высокотемпературной термообработ ки, без оплавления вспученного полистирола.
5. Возможность получения надежного сцепления утеплителя из полис ролбетона с несущими слоями из легкого бетона. Практическое знамение работы
Создание новой технологии термообработки трехслойных стеновых конструкций с внутренним теплоизолирующим слоем из полистиролбетоиа. имеющего улучшенные прочностные и теплотехнические характеристики.
Разработка режимов электротермообработки с длительностью от 15 минут до нескольких часов без предварительного выдерживания бетонной смеси, Для изготовления теплоизоляционного слоя изучен полистиролбетон со средней плотностью от 240 до 400 кг/м .
3. Получение поризации цементного камня в пределах 50% и более, без
введения порообразующих добавок;
4. Повышение прочности цементного камня прошедшего термообработку
до 100 % по сравнению с полистиролбетоном нормального твердения, которое
сохраняется и в более поздние сроки от 28 суток до 6 лет.
Внедрение результатов работы. Выпуск опытной партии трехслойных панелей был проведен для производственных зданий серии 1.030.1 - 1/88 . размерами 0,19 х 1,2 х 3,0 м., на заводе ЖБИ №1 г. Краснодара. Расчет себестоимости панелей, прошедших электротермообработку, показал снижение затрат на энергоносители по сравнению с панелями прогретыми паром от 12 дс
42%. Производственные испытания по термообработке 3 слойных наружных стеновых панелей серии ПНСУ - 1, для зданий из объемных блоков серии БКР - 2, проведенные на Краснодарском комбинате обьемного домостроения (ОБД), показали преимущество электродного прогрева. Расчетная прибыль для домостроительного комбината ОБД, занятого строительством жилья, при выпуске 19 тыс. м3 трехслойных стеновых панелей в год. составит 121,822 млн. руб., в ценах (декабрь) 2007 года.
Прочностные характеристики на сжатие и осевое растяжение термообра-ботанных электрическим током изделий, на марку выше традиционных прогретых паром, что позволяет считать конструкцию выполненной в едином технологическом цикле.
Апробация работы. Основные результаты работы доложены на VII международной научной конференции «Состояние биосферы и здоровье людей» (МК-38-7), Пенза 2007; XII международной конференции «Экологическая и экономическая безопасность: проблемы и пути решения» (Краснодар 2007); Публикации. Основные результаты диссертационной работы опубликованы в 9 статьях и 1 патенте.
Обьем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка литературы и приложений. Работа изложена на 147 страницах машинописного текста, из них 36 рисунков, 34 таблицы, 187 наименований литературы, 8 приложений. Диссертационная работа выполнена в НИИЖБ - филиале ФГУП «НИЦ «Строительство» и в Кубанском государственном технологическом университете.
Методы ускорения твердения бетонов и влияние заполнителя на их применение
Применяемый в строительстве полистирол марок ПСБ и ПСБ-С получают суспензионной полимеризацией стирола С6Н5-СН=СН2. После сушки его рассыпают в мешки (15-20 кг), которые должны храниться при t = 25 С, с неизменяемыми свойствами 2 месяца. Гранулы вспученного полистирола состоят из мелких ячеистых гранул диаметром 3-10 мм. Внутри каждой гранулы имеются микроячейки диаметром 40 - 150 мкм. Газообразователем служит карбонат аммония (ТМН СОз или бикарбонат натрия КаНСОз. Для применения в строительстве гранулы полистирола вспучивают в автоклавах при t = +120....+ 150 С в паро-воздушной среде. Для достижения нужной объемной плотности вспучивание проводят по 2 стадийной обработке с промежуточным и окончательным выдерживанием в воздушно-сухих условиях, при этом объемная плотность лежит в пределах 12-40 кг/м в зависимости от технологии вспучивания. При тепловой обработке, для вспучивания бисерного полистирола применяют различные теплоносители: водяной пар, горячую воду, воздух или инфракрасные лучи. Водяной пар оказался наиболее экономичным и удобным для предварительного вспучивания. Степень расширения гранул бисерного полистирола характеризуется коэффициентом вспучивания, который зависит от гранулометрического состава и длительности воздействия теплоносителя. Наибольшим коэффициентом вспучивания обладают гранулы бисерного полистирола размером 1-2 мм. Оптимальное время вспучивания при температуре t = + 95...+ 100 С составляет 3-7 минут. Для получения максимально возможной механической прочности гранулы выдерживают 4-14 дней при свободном доступе воздуха и нормальной температуре. После чего гранулы обретают упругость. Вспученный поли стирол, имея насыпную объемную массу 12-40 кг/м обладает прочностью при сжатии 0,05 - 0,15 МПа. Может применяться при температуре от t = + 70 С, до t = - 180 С [156].
Основные свойства вспученного беспрессового полистирола по В.А.Павлову [121]: - водопоглощение, зависит от продолжительности. При длительном увлажнении происходит увеличение, которое для ПБС 0,25 %; - водостойкость, характеризуется снижением прочности при сжатии после выдержки в воде; -гигроскопичность, характеризует степень увлажнения парами воздуха: - до 5 % при кажущейся плотности 20 кг/м - до 2 % при кажущейся плотности 30 кг/м
С уменьшением кажущейся плотности при» повышенных температурах более заметно снижает формоустойчивость. Как конструкционный материал может применяться до температур t = + 60.. .+75 С. При более высоких температурах ведет себя как нелинейное вязко упругое тело, способное к необратимому течению. При пониженных температурах прочность и упругость вспученного полистирола увеличивается на 20 - 30 %. Таблица 1 — Зависимость прочности вспученного полистирола ПСБ от тем пературы. - вспученный полистирол может склеиваться с другими материалами с помощью различных клев ЭПЦ-1, Н-88, БФ-2, БФ-4, ВС-10Т, ВС-350, К-154, ВИАМ-БЗ; - электрические свойства вспученного полистирола характеризуются ди электрической проникаемостью є, и тангенсом угла диэлектрических потерь tn. Он является одним из лучших высококачественных диэлектриков. Ди электрическая проницаемость чистого полистирола составляет є = 2,5-2,56, а тангенс угла диэлектрических потерь tn = 0,0002-0,0004. Электризация гра нул пенополистирола появляется в результате контакта с медью, стеклом, сталью, дюралюминием, сухим деревом, при этом гранулы заряжаются отри цательно, при контакте с полистиролом и поливинилхлоридом — положи тельно.
Акустические свойства (для ограждающих конструкций и звукоизоля-ционных) вспученного полистирола марки ПСБ — С, плотностью у = 35 кг/м приведены в таблице 2. Таблица 2 — Акустические свойства вспученного полистирола
Ранее вспученный полистирол применялся в панелях наружных стен и конструкциях покрытий, несущие элементы которых изготовлены из традиционных строительных материалов — железобетона, кирпича, армоцемента и т.п. Многие зарубежные- фирмы имеют многолетний опыт производства и применения различных ограждающих конструкций с вспученным полистиролом, которые находят достаточно широкое применение в жилищных, куль турно-бытовых, административных и промышленных зданиях. В основном вспученный полистирол закладывается в среднюю часть панели или конструкции в качестве теплоизолятора [48].
Теплопроводность вспученного полистирола марки ПСБ хорошо видна в сравнении с другими материалами в таблице 3. Таблица 3 — Теплоизоляционные свойства вспученного полистирола и других материалов В нашей стране приоритет использования вспученного полистирола в сочетании с керамзитом (авт.св. № 288623 кл. 8 В 1/09 с 04 В 15/02) принадлежит Бужевичу Г.А. с соавторами, которые описывают керамзитополисти-ролбетон с прочностью при сжатии до 3,5 МПа, в котором кроме керамзитового гравия и песка содержалось также различное количество гранул вспу 17 ченного полистирола с размерами гранул 5-10 мм и менее 5 мм [23]. В дальнейшем был получен конструктивный бетон на основе комплексного заполнителя: керамзит-вспученный полистирол с прочностью на сжатие от 30 кг/см2 до 230 кг/см2, в зависимости от количества вводимого в состав по-листирола при плотности от 800 кг/м до 1380 кг/м [15 ].
Считается рациональным применение вспученного полистирола в ограждающих двух и трехслойных строительных конструкциях. Исследования таких конструкций проводил Национальный центр по строительству и Экспериментальная станция во Франции, а также Исследовательский центр Национальной ассоциации жилищного строительства в США. Панели, проверенные этой организацией, были одобрены- Федеральным управлением по жилищному строительству США. В этих странах трехслойные панели широко используют в качестве ограждающих конструкций малоэтажных сборных жилых зданий, складов и сооружений заводского изготовления.
Толщина таких панелей 4-8 см. Обвязка выполнена из дерева или жесткого поливинилхлорида. Основной недостаток трехслойных плит с обшивками из поливинилхлорида, это температурные деформации стыков панелей, которые достигают 10 мм, однако герметизирующие мастики отечественного производства не могут следовать за этими деформациями. При других вариантах решения стыков путем сварки, устройства компенсаторов, деформации также велики.
Влияние режимов на формирование структуры полистирол-бетона при введении бисерного полистирола (ПНГ)
При остывании бетона интенсивность теплопотерь оказывает влияние на набор прочности, что очень существенно. Учет этой прочности позволяет определить минимальное время изотермического прогрева. Отсюда видно, что важное значение приобретают правильный учет теплопотерь и расчет основных режимов прогрева на основе правильно выбранных коэффициентов теплопередачи опалубки. Большие исследования в этой области производил Р.В. Вегенер [30]. Он показал выбор коэффициента теплопередачи опалубки, результаты полученные опытным путем существенно отличались от теоретических. При этом показано, что в конечном итоге тепловой расчет электропрогрева бетона по выведенным коэффициентам дает экономию электроэнергии. Очень важно подбирая режимы электропрогрева учитывать экзотермию цемента, температурный диапазон, влагопотери, предельно допустимые температуры прогрева, длительность прогрева, время остывания, условия остывания, размещение электродов, вид электродов. Результатом теплового воздействия необходимо рассматривать два фактора: структуру полученного бетона и прочность бетона по срокам твердения.
Как вывод исследований сказано, что теплозащитные свойства опалубки ухудшаются при увеличении влажности опалубки, особенно при отрицательной температуре и ветре. Опытным путем были получены коэффициенты теплопередачи, значительно меньше вышеуказанных теоретических значений и что тепловые показатели при электропрогреве бетона с достаточной для практики точностью могут быть рассчитаны без введения коэффициента запаса 1,6 рекомендуемого ТУ при тепловых расчетах для прочих способов зимнего бетонирования [30 с.9]. Тепловой расчет по вышеуказанным коэффициентам приводил к завышенным результатам (почти вдвое). Во всех слу 24 чаях, как при пропаривании, так и при электропрогреве бетона на портланд-цементах повышенных марок, необходимо считаться с возможностью некоторого (на 10 - 15 %) снижения 28 дневной прочности по сравнению с прочностью при нормальном выдерживании. В работе [108] С.А. Миронов показывает, что действие электротока промышленной частоты на бетон практически сводится к тепловому эффекту, интенсивность твердения бетона при электропрогреве была такой же, как и при других способах тепловой обработки. И только применение постоянного тока дает кроме теплового воздействия электроосмотическое обезвоживание.
Электропрогрев бетона имеет свои наиболее рациональные области применения: в неармированных конструкциях, в конструкциях, где армирующие сетки послойно не соединены между собой. В случае со значительным содержанием арматуры защитный слой должен иметь толщину более 20 мм и подъем температуры следует осуществлять со скоростью не более 3-5 С в час. Все это связано с влиянием арматуры на электрические и температурные поля.
Выше перечисленные недостатки устраняются применением форсированного элёктроразогрева. Одним из таких методов является предварительный электроразогрев бетонной смеси до укладки смеси в конструкцию. Смесь разогревается в течение нескольких минут, укладывается в конструкцию, уплотняется и укрывается. Это один из самых эффективных способов ускорения твердения бетонов [92]. Расход электроэнергии при этом методе не высок и составляет 30 - 60 KBT/MJ [144], и с этой позиции он наиболее экономичен. Недостаток этого метода заключается в том, что во избежание потерь пластических свойств, время от разогрева до укладки не должно быть более 15 минут.
Более удобен форсированный электроразогрев бетона в форме с последующим уплотнением. Здесь нет потерь тепла при перегрузке смеси и ее укладке. После окончания формования и разогрева изделия можно выдержи 25 вать методом термоса. При этом гидратация получает ускорение на раннем этапе.
Наряду с электродным прогревом в строительстве широко применяется электрообогрев. Преимущество его заключается в возможности прогрева бетона независимо от насыщенности конструкций арматурой. Но он уступает электродному методу по расходу электроэнергии, поскольку электронагреватели отдают бетону только часть выделившегося в них тепла. Плотность излучения нагревателей резко возрастает при температурах более t = +250 С. Нагреватели, выделяющие тепло при температуре излучающей поверхности менее 250 С, относятся к низкотемпературным, более t = +250 С - к инфракрасным. Инфракрасные лучи обладают низкой проникающей способностью (для бетона 1 мм) и отдают бетону только тепловую энергию, которая распространяется постепенно от периферии изделия к центру. При температуре бетона на греющей поверхности конструкции 80 С, толщина его слоя с относительно равномерной температурой при установившемся изотермическом режиме не превышает 20 см. Поэтому изделия толщиной более 20 см прогревают с двух сторон.
Уже вышел из стадии экспериментирования индукционный прогрев. Он удобен для термообработки бетона в конструкциях с жесткой арматурой, в густоармированных стыках, железобетонных трубах, кольцах и т.д. При этом методе нагрев бетона осуществляют от разогревающихся в электромагнитном поле стальных элементов форм, арматуры, закладных деталей. Однако этот метод не находит широкого применения из-за высокого расхода электроэнергии и высокой трудоемкости по установке и демонтажу индукторов.
Всем этим видам электропрогрева присущ эффект нагревания проводника при пропускании через него тока. Проводником является бетон, а электродами могут быть стены опалубки, либо используется арматура изделия в качестве электрода, либо набор металлических пластин, расположенных с определенным шагом, либо стержневые электроды. Конечной целью всех этих методов является нагрев бетона до расчетных температур с последую 26 щим изотермическим выдерживанием. Естественно, что каждый из методов электропрогрева применяется для определенных видов конструкций.
Краткий анализ активных методов электротермообработки позволяет выделить из них форсированный электроразогрев, который имеет ряд преимуществ, по срокам термообработки и по экономичности с точки зрения энергозатрат позволяет поднять температуру до заданного уровня в течение нескольких минут.
Температурный режим электропрогрева рекомендуется назначать в зависимости от заданной прочности бетона, модуля поверхности изделия, вида и активности цемента с учетом прочности, набираемой бетоном во- время медленного остывания прогретого изделия.
Электропрогрев, как и паропрогрев, может осуществляться по различным режимам. Режим, предусматривающий разогрев и последующее остывание (электротермос) рекомендуется для массивных конструкций с модулем поверхности до 5, а также при прогреве изделий в замкнутых со всех сторон формах: кассетных, либо горизонтальных с верхним щитом-электродом. Наиболее целесообразен этот режим при изготовлении изделий из легких бетонов толщиной более 20 см [90].
Электрофизические характеристики прогреваемого полистиролбетона и кинетика твердения при форсированном электропрогреве
Установлено, что при наличии необходимой влажности, твердение бетона, как правило, происходит интенсивнее с повышением температуры [49]. При этом возрастает степень гидратации, повышается скорость растворения клинкерных минералов и кристаллизация новообразований, что ускоряет формирование структуры и твердения бетона [50]. Скорость химических реакций возрастает по мере повышения температуры до +100 Си относительно температуры +20 С различна. Так, при температуре +80 С скорость реакций в 6 раз выше базовой +20 С. А при +100 С в 10 раз [100]. Л.А. Малинина, обобщая данные, приведенные в работах Ю.М. Бутта, В.В. Колбасова, В.Н. Тима-шева, П.П. Будникова, СМ. Рояка, Ю.С. Малинина, М.М. Маянца, С.А. Миронова, X. Тейлора, Дж. Калоузека, Р. Переа и др., считает, что нет существенной разницы между конечным фазовым составом новообразований, возникающих при твердении при нормальной температуре и пропаривании. По данным Б.А.Крылова аналогичная картина имеет место и при электротермообработке. Основными продуктами гидратации портландцемента в температурном интервале t = +20 С ...+100 С являются слабо кристаллические гидросиликаты кальция группы C-S-H состава: C2SH2, CSH(B), Са(ОН)2 и СаСОз- В небольшом количестве обнаружены Сз8Н2, и C2SH(A), а также другие гидросиликаты кальция, возникающие в виде метастабильных фаз. При гидратации алюминатов и алюмоферритов кальция образуются эттрингит, СзАНб и С4АН11.19.
При изучении процессов твердения бетонов, большое внимание ученых уделяется оболочкам, возникающим на поверхности исходного зерна цемента. Поскольку последующая гидратация определяется скоростью диффузии влаги через эту оболочку и зависит от её толщины и плотности, механизм гидратации до образования оболочки и после неё различается, так как последующая гидратация исходных зерен идет под оболочкой, а объем образующейся фазы больше вступившего в реакцию вяжущего, возможно образование в ней напряжений разрушения, что отражается на прочности цементного камня. Это хорошо было показано А.Е.Шейкиным [165].
Процесс взаимодействия цемента с водой начинается сразу же после за-творения, при этом количество цемента вступающего в химическую реакцию-незначительно. Основная часть связанной воды приходится на долю эттринги-та. Количество воды, связанной с гидросиликатами; через 50 минут после за-творения составляет около Ь % [55]. Поэтому основной процесс гидратации цемента при производстве изделий происходит при тепловой обработке в условиях повышенной, температуры. В работе Л.А. Малининой [100 с. 12] показано, что тепловая обработка в виде пропаривания увеличивает степень гидра- -тации (табл. 11). Таблица 11— Влияние пропаривания на степень гидратации цемента и А. В. Волженский считает, что твердение при повышенных температурах ведет к образованию более крупных, лучше закристаллизованных новообразований, обладающих пониженными вяжущими свойствами. При этом увеличение степени гидратации цемента не всегда может компенсировать отрицательное влияние новообразований на прочность. При одинаковой объемной кон 39 центрации; новообразований: прочность термообработанного камня? меньше1 [34] Это доказывает зависимость прочности- цементной камня не:только от химических процессов, таких как степень гидратации; фазовышсостав новообразований., кристаллографическая, структура; но» и от дисперсности? новообразований; определяющее: количество и прочность контактов; срастания новообразований; При этом однотипные мелкие кристаллы срастаются: лучше; чем" кристаллы различной;структуры: Є точкшзрения» физико-химических; процессовшо L38]f увеличение температуры должно ускорять процесс повышения»энергиш активации Е, и может быть описано уравнением Аррениуса; интегральное выражение которогошмеет вид:: RT ч где к— константа скорости:реакции;: Е — кажущаяся энергия активации; RJ- универсальнаягазовая постоянная; Т- температура; К;
В — постоянная, учитывающая влияние различных факторов на; скорость реакций; Данное уравнение: справедливо для изотермических условий; В; процессе же тепловой обработки подъем температуры происходит постепенно; по мере протекания реакции. Поэтому характер зависимости скорости, гидратации от температуры имеет иной вид, и на него существенно влияет химический и гранулометрический состав компонентов.
Исследования П; П; Будникова G. М. Рояка; Ю. Є. Малинина, М;М; Ма-янцашоказали; что:с увеличением температуры тепловлажностной1 обработки; уменьшается продолжительность индукционного периода процесса гидратации m возрастает пропорциональная? скорости? реакции; При этом , повышение температуры на 10; Є вызывает увеличение последней дляфазличных композиций цементных минералов в пределах 10 - 45 % [100]. Є повышением температуры большее количество исходного вяжущего подвергается; ускоренной гидратации: Поэтому температурный фактор является потенциальным резервом для сокращения длительности твердения цементного камня;
Л1А. Малинина, анализируя роль избыточного давления среды; при тепло-влажностной обработке [100 с.99]!, показывает, что обжатие бетона, создаваемое механическим путем, равное 0,005-0,01 МПа , позволяет значительно сократить цикл пропаривания:при одновременном увеличении- прочности бетона в 1,2-1,5 раза. В: опытах, проведенных Л;А. Малининой С.А. Мироновым, :Е.Г Королевой; прочность бетона подвергаемого прогреву в;формах;под давлением 0 25 МИа;.бьіла в 1,5 раза выше, чем в обычных закрытых формах. Далее сообщается, . что механическое обжатие; создавалось в основном- пригрузом бето-: на, находящегося в жестких формах.
ЗіМі Ларионова! [95; c.43]j сообщает, что некоторые исследователи сделали; попытку получить максимально плотный цементный камень. Формовались образцы цементного камня, под большим давлением с; нагреваниемі и без: него- (D нагреванием были получены прочности при сжатии 550 - 650 МПа; без нагревания 300 - 350 МПа. Образцы с нагреванием имели пористость 2-5 %,, а,без нагревания 10 —15 %. Степень гидратации этих образцов была незначительной и составляла 29 - 37 %.
Пористость и прочность цементного камня в полистиролбетоне
В проведенных экспериментах, присутствуют четыре вышеуказанных процесса. В, процессе термообработки растет температура прогрева, удаляется не вступившая- в реакцию гидратации вода, химическое взаимодействие частиц цемента с водой есть реакция гидратации. В результате меняется вязкость цементного раствора, поэтому данный метод ускорения твердения, следует отнести к процессу роста кристаллов цемента, путем удаления растворителя коим является вода. Отсюда получается пересыщенный раствор. Скорость реакции взаимодействия частиц с ростом температуры резко возрастает за счет повышения энергии активации роста кристаллов. При достижении температуры изотермы и ее стабилизации, вязкость раствора будет возрастать дополнительно. Итогом комплексного воздействия кристаллизации и внутриобьемного давления в цементном тесте, при высокой температуре мы получаем повышенную прочность поризованного цементного камня.
Для решения поставленной задачи в технологическом плане, желательно поддерживать давление определенное время, что бы рост кристаллов происходил с постоянной скоростью в условиях сближения частиц цементного зерна, что позволит получить цементный камень повышенной прочности в более короткие сроки. Поэтому необходимо поддерживать температуру прогрева такое время, которое необходимо для получения прочности цементного камня, превышающего температурные деформации твердеющего бетона при снижении температуры прогрева. Приближенно время необходимое для создания прочной структуры, можно определить из формулы Чепелевецкого М.Л. [168 с.69], по которой он определял массу суммы кристалликов образовавшихся за время индукционного периода. т = \к р1-к\Чх = n,V (4.3) о где К1 - константа скорости кристаллизации т - длительность индукционного периода I - скорость образования зародышей X - линейная скорость роста кристаллов p - плотность кристаллов отсюда минимальное время прогрева равно: где: z - максимальный размер зародившихся кристаллов X - линейный размер кристалла Однако выведенные значения соответствуют процессу кристаллизации одной соли, а в- нашем случае это полиморфное соеденение, и ближе к истинному показателю будет полученное в результате экспериментов значение, от 15 минут при термосном выдерживании в утепленных формах, до 1 часа в неутепленных формах, при температуре окружающей среды в пределах 18 — 20 С.
Таким образом, дальнейшая задача сводится к нахождению сил прочности срастающихся кристаллов, которая должна превосходить силы растяжения в теле цементной матрицы при ее остывании. В технологическом плане для этого не должно быть резкого скачка при остывании, после достижения пика температурного прогрева. Как видно из приведенных данных, эффект вспучивания бисерного полистирола и подвспучивания гранул заполнителя полистирола в условиях прямого форсированного электропрогрева, позволяет поризовать цементное тесто с одновременным приложением внутреннего давления по всему объему полистиролбетона.
Исследованиями Юнга было установлено, что механические колебания в растворе способствуют возникновению центров кристаллизации [168 с.31]. Исследованиями Е.Ф.Вегмана [36] установлено, что массовая-кристаллизация заключается образовании в одном объеме множества кристаллов. К ней относится твердение бетона, получение солей и т.п. [36 с.92]. При достижении критического напряжения в формирующейся кристаллической решетке происходит перекристаллизация. Сущность процесса перекристаллизации заключается в сочетании процессов растворения и кристаллизации. Часть кристаллов или кристаллических слоев отдельных кристаллов1, растворяется, и вместо них из раствора выкристаллизовываются новые кристаллические образования. Перекристаллизация в насыщенных растворах происходит благодаря динамическому равновесию между жидкой и твердой фазами. Это приводит к образованию более крупных кристаллов за. счет растворения мелких частиц и отложения растворившейся части твердой фазы на поверхности более крупных кристаллов..Вследствие этого находящиеся-в контакте с насыщенным раствором осадки изменяют свой гранулометрический состав, становятся более однородными [168 с.86]. Многократной перекристаллизацией в ходе образования твердой фазы объясняют, в частности, правомерность закона Хлопина распределения примесей между жидкой и твердой фазами, которому во многих случаях подчиняется распределение микрокомпонентов между жидкой и твердой фазами при изотермической кристаллизации. Кроме динамического равновесия между кристаллами и жидкой фазой в насыщенном растворе, перекристаллизация объясняется также зависимостью растворимости частиц от размеров [168 с.87]. В поставленных опытах, это хорошо видно на графике зависимости тока от температуры (рис 3.19), где горизонтальные участки графика изменения тока, т. е. индукционный период (латентный, скрытый) переходят в наклонные прямые (процесс кристаллизации), совпадающие с графическими данными Е.В.Хамского (рис 4.12), [168 с.63-64 рис.15]. с с Рисунок 4.12 Изменение