Содержание к диссертации
Введение
1. Теплофизические свойства строительных материалов на цементной основе. постановка работы, цели, задачи, методы и методики исследования 11
1.1. Теплофизические свойства строительных материалов на цементной основе. Постановка работы, цели, задачи работы. 11
1.2. Методики исследований и испытаний, стандарты и ГОСТы 41
2. Влияние энергетических параметров природы твердых фаз в теплопроводности материала 47
3. Химико-технологические основы получения автоклавного композиционного пеноматериала 57
3.1. Твердение пеноматериала в автоклавных условиях 57
3.2. Физико-химические исследования пенобетона D500 автоклавного твердения 61
3.3. Подбор пенобетона D400... D600 автоклавного твердения 69
4. Химико-термодинамические и технологические основы получения раствора строительного легкого ... 105
4.1. Модифицирование строительных пен 105
4.2. Калориметрические исследования модифицированной твердеющей системы 114
4.3. Термодинамический анализ модельных композиционных пенома-териалов 115
4.4. Фазообразование в присутствии модифицированных пен 128
4.5. Получение строительного раствора легкого 136
4.5.1. Исследование влияния крупности заполнителя на тепло- и механофизические характеристики пенорастворной смеси средней плотности 1100-1400 кг/м3 136
4.5.2. Подбор состава пенораствора средней плотности 1100... 1400 кг/м3 138
4.5.3. Тепло- и механофизические характеристики пенораствора средней плотности 1100... 1400 кг/м3 149
5. Технология использования модифицированных пенокомпозиций в качестве самонивелирующих покрытий для полов и утепления чердаков 166
5.1. Технология использования модифицированного монолитного пенобетона в качестве теплоизоляционного чердачного покрытия 166
5.2. Технология использования монолитного пенобетона при устройстве полов 171
5.3. Коррозионно-защитные свойства пенораствора по отношению к арматуре 174
6. Критерии использования природного и техногеиного сырья в качестве заполнителя при производстве пенобетона 176
6.1. Физико-химические характеристики природного и техногенного сырья 176
6.2. Оценка эффективности заполнителя по величине электродного потенциала и концентрации ионов водорода водных суспензий заполнителя 183
6.3. Исследование кислотно-основных свойств поверхности твердых тел 192
6.4. Тепло- и механофизические характеристики пенобетона 201
6.5. Физико-химические исследования пенобетона 211
6.6. Разработка составов пенобетона с комбинированными заполнителями 224
6.7. Разработка технологии получения монолитного пенобетона 230
6.7.1. Подбор состава бетона средней плотности 600, 800,1000 кг/м3 с учетом природы заполнителя и пенообразующей добавки 231
6.7.2. Разработка технологической схемы получения монолитного пенобетона 247
6.8. Производство и внедрение монолитного пенобетона 251
6.8.1. Монолитное домостроение 252
6.8.2. Технико-экономические показатели строительства малоэтажных жилых домов в несъемной опалубке 259
7. Твердение пенораствора строительного при пониженных положительных и отрицательных температурах 267
7.1. Особенности кинетики твердения пенораствора при пониженных положительных и отрицательных температурах 267
7.2. Влияние добавки Антифриз-ДС на физико-технические свойства пенорастворной смеси и пенораствора 269
7.3. Тепло- и механофизические характеристики пенораствора. 272
7.4. Промышленное производство модифицированного пенораствора с противоморозной добавкой Антифриз-ДС 275
Общие выводы по работе 282
Список литературы 286
Приложения 304
- Физико-химические исследования пенобетона D500 автоклавного твердения
- Фазообразование в присутствии модифицированных пен
- Технология использования монолитного пенобетона при устройстве полов
- Подбор состава бетона средней плотности 600, 800,1000 кг/м3 с учетом природы заполнителя и пенообразующей добавки
Введение к работе
Актуальность работы
Современное состояние по запасам природных ресурсов, а также требования улучшения комфортности и экологичности гражданских и промышленных сооружений диктуют необходимость поиска путей экономии топлива и улучшения теплозащиты зданий и сооружений. По экологической чистоте и теплозащите - пеноматериалы - одни из лучших на сегодня. В соответствии с современными представлениями о композиционных материалах, твердый каркас строительного пеноматериала может быть рассмотрен как композиция из цементной матрицы и добавок в виде пенообразующих веществ, наполнителей и заполнителей. Взаимосвязи средней плотности материла и его прочности , теплопроводности в настоящее время определены благодаря работам многих отечественных и зарубежных научных школ. Природа же композиционной неорганической цементной основы пеноматериала , как правило, больше рассматривалась в связи с ее аморфностью - кристаличностью. Однако природа твердых фаз может содержать и другие резервы, использование которых улучшило бы некоторые тепло- и механофизических свойства неорганической основы и всего пеноматериала в целом. Исследованию влияния твердой композиционной основы на свойства пеноматериала посвящена данная работа.
Цель работы состояла в установлении закономерности изменения основных тепло- и механофизических свойств в зависимости от композиционной цементной основы пеномтериала.
Для решения поставленной цели требовалось решить следующие задачи:
- определить и проследить влияние параметров твердой композиционной цементной системы на тепло - и механофизические свойства пеноматериа-лов;
- создать пеноматериалы на композиционной цементной основе с улучшенными тепло - и механофизическими свойствами разного назначения;
- разработать технологии получения и использовать пеноматериалы с композиционной цементной основой в строительстве северо-западного региона России.
На защиту выносятся:
- параметры оценки твердых фаз в виде стандартного энергосодержания фаз, (стандартной энтальпии образования) АН°Ш, кДж/моль, молекулярных масс, М,г/моль и их взаимосвязи с коэффициентом теплопроводности , X, Вт/м-°С для предварительной оценки теплопроводности неорганической композиционной основы пеноматериала;
- модели контактов твердых фаз в композиции;
- создание на композиционной цементной основе пеноматералов с улучшенными тепло- и механофизическими свойствами различного назначения, а также технологий их производства;
- использование полученных композиционных пеноматериалов в строительной практике северо-запада России.
Научная новизна работы
1. Предложено рассматривать твердую неорганическую основу пеноматериала как композиционную, отдельными тепло- и механо- физическими свойствами которой можно управлять, исходя из особенностей природы фаз и границ их разделов. В качестве матрицы неорганической композиционной цементной основы пеноматериала рассматривается цементная составляющая, а все другие твердые фазы - в качестве дисперсионных фаз -включений. Развитие этих представлений позволило конструировать пеноматериалы с улучшенными тепло- и механофизическими свойствами.
2. В качестве предварительной информации о неорганических фазах предложено учитывать параметры изменения их стандартных энтальпий образования ( -А#298) и молярную массу М,г/моль. Установлена закономерность взаимосвязи этих параметров и коэффициентов теплопроводности фаз. По казано, что прогнозировать изменение теплопроводности композиционной цементной основы можно в зависимости от объемной доли добавляемых фаз, рассчитывая теплопроводность по формуле Ван-Флека; при этом теплопроводность композиции может быть снижена более чем на 30 %.
3. Показано, что обеспечивать понижение коэффициента теплопроводности твердой композиции можно образованием или введением к цементной матрице в качестве наполнителя, добавки или заполнителя неорганических фаз с наинизшим уровнем энергосодержания (наиболее отрицательное значение энтальпии образования) повышенным значением молярных масс и соответ-ствено низкого значения коэффициента теплопроводности. Образованию таких фаз способствует технология автоклавирования.
4. Впервые рассчитаны термодинамические резервы (ТР) модельной матрицы из клинкерных минералов для разных концентраций модифицированной протеинсодержащей добавки и показано, что наибольшей гидратационной активностью отличаются силикатсодержащие минералы портландцемента и все минералы портландцемента характеризуются достаточно высоким термодинамическим резервом, что создает основу упрочнения твердой основы пеноматериала во времени.
5. Предложены модели контактов в цементной композиции, показано, что возможно увеличивать прочность при изгибе пеноматериала на неорганической композиционной основе присутствием наполнителей с особыми акцепторными свойствами ионов, отличающимися направленными ганталевидными орбиталями, которые придают линейный или плоский мотив, обеспечивающий композиции повышенную прочность при изгибе. Обнаружено также методами инструментального физико-химического анализа, что такие вещества, как доломитизированный известняк, усиливают гидратационные процессы в естественных условиях твердения пеноматериалов; предлагаются каталитические модели объяснения гидратационных процессов в таких условиях по схеме кислотно-основного катализа. Эти положения были ис пользованы в дальнейшем при разработке пеноматериалов по монолитной технологии повышенной трещиностойкости.
6. Созданы технологические основы получения автоклавного пенобетона на композиционной цементной основе с образованием фаз с наинизшим энергосодержанием, высокими мольными массами и наиболее низкими значениями коэффициентов теплопроводности пеноматерала при соблюдении физико-механических характеристик, соответствующих ГОСТу на ячеистый бетон.
7. Впервые установлено, что использование комплексных модифицированных пенообразующих добавок, включающих противоморозные типа Антифриз-ДС, позволяет получать монолитный пенобетон при пониженных положительных и отрицательных (до -4-6°С) температурах, что позволяет увеличить сезонное время строительных пенобетонных работ.
Практическая ценность
1. Представления об учете роли природы твердых фаз и границ их раздела в композиционной основе пеноматериала позволили разработать новые теплосберегающие материалы с прогнозируемыми свойствами , отличающиеся экологической безупречностью и экономической целесообразностью.
2. Разработана технология получения автоклавного пеноматериала на цементной композиционной основе без извести и построен завод в г. Гатчина производительностью 12000 м3 в год. Производится выпуск пенобетона D500 и D600 с улучшенными до 20% теплозащитными свойствами, а также улучшенными механо- физическими характеристиками по прочности при сжатии и изгибе.
3. Впервые разработаны и исследованы свойства строительных модифицированных пенорастворов для кладки эффективного кирпича. Показано, что пенорастворная смесь характеризуется пониженным коэффициентом теплопроводности на 15...21 % , пониженной расслаиваемостью, не пре вышающей 6,0 %, повышенной водоудерживающей способностью, равной 95 - 98 % и повышенной прочностью до 20 % в сроки твердения до 28 суток. Установлено в соответствии с ГОСТ 26254-84, что стена из кирпичной кладки на модифицированном пенорастворе отличается однородностью теплозащитных свойств по всему объему, определено также отсутствие высолов на натурных объектах .
Впервые предложено использование техногенных Кингисеппских песков и мелких природных песков Гатчинсктого района в технологии пенобетона, а также глиносодержащих продуктов и иловых (кремнеземистых) отходов; получен пенобетон средней плотности 200 кг/м3, который имеет коэффициент теплопроводности А= 0,05 Вт/м.°С и повышенное отношение Rror / R еж = 0,8, что отражает повышенную трещиностойкость. Показано, что оптимальным является комбинированный, полифазовый заполнитель, состоящий из равных частей кингисеппского песка и доломитизированного известняка, в котором каждая фаза обеспечивает определенные тепло- и механофизические свойства, достигая значений прочности при сжатии 3,9 МПа при средней плотности пенобетона 600 кг/м , при этом водопоглощение составляет 15... 16%, усадка при высыхании- 1,2мм/м.
В рамках решения экологической проблемы города Санкт-Петербурга разработана технология производства пенобетона средней плотности 600,800 кг/м3 при частичной замене песка иловой золой очистных сооружений С-Петербурга. Показано, что введение до 15% золы вместо песка не изменяет основные физико-технические характеристики пенобетона.
Проведены подборы пенобетона средней плотности 600 , 800 и 1000 кг/м3 на основе техногенного кингисеппского песка и комбинированного полифазового заполнителя и разработана технология получения монолитного пенобетона, которая использована при проведении мало этажного строительства коттеджного типа в Гатчинском и Кингисеппском районах.
Новизна разработок в целом подтверждена 12 патентами, 8 техническими условиями и технологическими регламентами, экономический эффект от внедрения разработанной технологии составляет 15000 тысяч рублей в год. На созданные материалы разработаны технические условия ТУ 5745-006-51556791-2002 «Растворы строительные легкие»; ТУ 5745-004-03984267-2002 «Растворы строительные легкие, твердеющие при отрицательной температуре»; ТУ 5870-003-51556791-2001 «Бетон ячеистый (пенобетон) для полов жилых зданий»; ТУ 5870-002-51556791-2001 «Бетон ячеистый (пенобетон) теплоизоляционный», ТУ 5741-004-51556791-2002 "Блоки стеновые из ячеистого бетона (пенобетона)". Материалы использованы в учебном процессе ПГУПС для строительных специальностей. Образцы сверхлёгкого пенобетона и фрагмент стены из пенобетона в несъёмной опалубке экспонировались на VI Международной строительной выставке " Интерстрой экспо 2000" (Санкт - Петербург, 2000 г.). Автор диссертации за разработку технологий применения лёгких бетонов в жилищном строительстве награждён дипломом № 503 Всероссийского выставочного центра на выставке в г. Москве постановлением от 18 мая 1999 г№ 5 п. 6.
Физико-химические исследования пенобетона D500 автоклавного твердения
Физико-химические исследования проводились при помощи рештенофазо-вого и дифферешшльно-термического методов анализа.
На первом этапе исследований рассматривалось влияние количества песка с Sya=200 м2/кг на степень гидратации цемента и на образование новых гидратных фаз. Полученные рентгенограммы представлены на рис. 3.4.
Идентификация рентгенограмм показывает, что при содержании песка в твердой неорганической основе от 0 до 10% (кр.1.2) обнаружено присутствие высокоосновного гидросиликата типа C2SH(A) , которому соответствуют межплоскостные расстояния при d/n = 4,22; 3,90; 3,54; 2,87; 2,80; 2,60 А. Образование C2SH(A) подтверждено и дифференциально-термическими исследованиями (табл. 3.1). Эндоэффекты в области температур 436; 482 и 890С обусловлены дегидратацией высокоосновного гидросиликата . Автоклавный пенобетон D500 при содержании песка от 0 до 10% имеет наименьшее значение прочности, равное »1,2 МПа , вероятно , в результате образования Сг8Н(А), который характеризуется низким значением прочности /77/.
При увеличении содержания Si02 до 20% установлено повышение прочности пеноматериала и по данным РФА (рис. 3.4., кр.З) и дифференциально-термических исследований наблюдается образование небольшого количества то-берморитоподобного гидросиликата C2SH(I) (d/n = 3,07; 2,80; 2,4; 2,1; 1,83; А) и гидросиликата 2Ca03SiOr2H20 (d/n = 9,6; 4,24; 3,84; 3,36; 3,16;2,85; А) эндоэф-фекты при t=150C и 770С обусловлены дегидратацией гидросиликатов, а экзо-эффекты в области температур 835С соответствуют переходу обезвоженного продукта в волластонит /73-126/.
При увеличении песка с Sya=200 м2/кг до 50%, как указывалось выше, прочность пеноматериала имеет наибольшее значение 1 =1,7 МПа , а коэффициент теплопроводности понижается более, чем на 8% и достигает значения 0,11 Вт/(мС). По данным физико-химических исследований в продуктах гидратации обнаружено присутствие хорошо закристаллизованного тоберморитоподобного гидросиликата CSH(I) (d/n = 3,07; 2,80; 2,4; 2,1; 1,83 А). При увеличении песка с Syfl=200 м2/кг свыше 50% не обнаружено образования новых гидратных фаз и не отмечено существенного влияния на тепло- и механофизические характеристики пенобетона. Процесс связывания гидролизной извести с тонкомолотым песком в гидротермальных условиях протекает по известным уравнениям:
Эндоэффект в области t от 150 до 800С (табл. 3.1.)обусловлен дегидратацией тоберморитоподобного гидросиликата. По потери массы, которая составляет 2,96%, рассчитано, что образуется 0,22 моля CSH(I) , так как при полном теоретически возможном, прохождении реакции и образовании 1 моля CSH(I) потери массы составляют 13,4%.
Фактически образовавшийся CSH(I) в количестве 0,22 моля занимает объем равный 1,2% в смеси, состоящей из портландцемента, содержащего =60% C3S , песка и воды при соотношении цемент: песок = 1: 1 и В/Т отношение = 0,2 .
Если воспользоваться формулой Ван -Флека , то получаем расчетный коэффициент теплопроводности твердой неорганической основы пеноматериала, содержащей, образовавшийся гидросиликат CSH(I)
Вт/мС, следовательно АА=0,11Вт/мС, то есть на эту величину должен понизится коэффициент теплопроводности твердой неорганической основы, которая в полном объеме пеноматериала D500 (рассматриваемый пример) составляет приблизительно 23% и это приведет в целом к понижению коэффициента теплопроводности пеноматериала D500 8% при прочих равных условиях (одинаковая структура пеноматериала). Фактически коэффициент теплопроводности автоклавного пеноматериала D500 при использовании песка с Sya=200 м2/кг составил Л=0Д1Вт/мС(рис.З.З.а).
Таким образом, для пеноматериала применима формула Ван-Флека, которая отражает изменение коэффициента теплопроводности материала при введении в его состав дисперсий с пониженным коэффициентом теплопроводности, а также полученные результаты экспериментальных исследований согласуются с высказанными теоретическими предположениями о том, что образующиеся гидратные соединения, имеющие повышенное отрицательное значение энтальпии, понижают коэффициент теплопроводности твердой неорганической основы и пеномате-риалавцелом.
По выше приведенным исследованиям установлено, что на тепло- и механо-физические характеристики пеноматериала оказывает влияние не только количество песка, но и тонкость его помола.
По данным физико-механических исследований обнаружено, что наибольшей прочностью и наименьшим коэффициентом теплопроводности характеризуется пеноматериал, полученый при использовании песка с удельной поверхностью 300 м2/кг.
По данным рентгенофазового и дифференциально-термического исследования при оптимальной тонкости помола песка, равной 300 м2/кг, в качестве продуктов гидратации обнаружено, в основном, образование тоберморита 11,3 А, C5S6H3 (d/n = 5,6; 3,07; 2,97; 2,8; 2,28; 2,15; 1,83 А) (рис.3.5.,кр.З). Процесс гидра-таци и синтеза в гидротермальных условиях можно представить следующим образом:
Фазообразование в присутствии модифицированных пен
Если о степени гидратации цемента судить по суммарному проценту потерь химически связанной воды, то можно сказать, что в возрасте 56 суток она значительно увеличивается и особенно в присутствии модифицированной пенообразующей добавки. Максимальные потери наблюдаются при минимальном расходе МПД, равном 0.17 мас.% от массы цемента, что подтверждает ранее сделанное предположение о том, что система, содержащая МПД, в более позднем возрасте, от 28 до 56 суток и выше, характеризуется повышенной гидрагационной активностью по сравнению с системой без добавки, что должно обеспечить получение пеноматериала, характеризуемого повышенной долговечностью.
Проведенные физико-химические исследования и термодинамические расчеты показали, что в присутствии модифицированной пенообразующей добавки заметно усиливается гидратационная активность мономинералов C3S и C2S, а также установлено, что все мономинералы портландцемента характеризуются достаточно высоким ТР, что свидетельствует о возможном упрочнении пеноматериалов во времени и росте его долговечности.
Оценка фазообразования цементсодержащей системы на основе МПД произведена методами инструментальных исследований (дифференциально-термического и рентгенофазового). Установлено, что в возрасте 28 суток в образце на основе C3S (рис. 4.3) происходит образование Са(ОН)2, для которого характерны линии при d/n - (4,9; 3,16; 1,93) -10"10 м и двухкальциевого силиката C2SH(A) / d/n = (3,87; 3,28; 2,32; 2,09; 1,82) 10"10 м, что согласуется с данными дифференциально-термических исследований и обнаруженные продукты подтверждены эндоэффектами, представленными в табл.4.15, но степень гидратации трехкальциевого силиката в зависимости от количества пенообразующей добавки различная и имеет максимальное значение при наименьшем расходе МПД в рассматриваемых опытах, равном 0,17 мас.% от массы цемента.
Физико-химические исследования искусственного камня на основе мономинерала C2S в присутствии МПД свидетельствуют о некотором увеличении интенсивности линий, соответствующих новому фазообразованию по сравнению с бездобавочным образцом. Установлено по уменьшению интенсивности линий, характерных для C2S, что степень гидратации мономинерала C2S в присутствии МПД увеличивается, но при этом не обнаружено образования новых фаз.
На рентгенограммах образцов искусственного камня на основе мономинерала C2S с МПД (рис. 4.4.) наблюдается наличие линий при d/n = (3,07; 2,80; 2,40; 1,83) 10"10 м, соответствующих тоберморитоподобному гидросиликату типа C2SH2.
Дифференциальнотермические исследования подтверждают образование гидросиликата C2SH2 у контрольного образца в системе с МПД (табл. 4.8 и 4.9). Проведенные комплексные физико-химические исследования искусственного камня на основе мономинерала С3А показали, что в процессе самопроизвольного твердения в системе с добавкой и без нее образуются, в основном, гидроалюминаты кальция С3АНб. На образование шестиводного гидроалюмината кальция указывают линии, появившиеся на рентгенограммах (рис.4.5) при d/n - (5,1; 4,45; 3,14; 2,42; 2,08) 10"10 м, которые согласуются с эндоэффектами дифференциально-термических исследований, представленных в табл.4.10. При использовании мономинерала C4AF, по данным рентгенофазового анализа (рис.4.6.), в образце с добавкой и без нее, в основном наблюдается появление линий при d/n - (4,45; 3,35; 2,3; 2,04) -10"10 м, относящихся к шестивод-ному гидроалюминату кальция СзАНб. Искусственный камень на основе C4AF в присутствии пенообразующей добавки не отличается повышенной гидратационной активностью и только в случае минимального количества пенообразующей добавки, равного 0,17 мас.% от массы цемента, прочность материала превышает прочность контрольного образца. В настоящее время практически во всех отраслях народного хозяйства актуальной является проблема теплоизоляции. Известно, что суммарная площадь окон при строительстве жилых зданий составляет примерно 15 % от всей площади стен. При использовании современных герметичных стеклопакетов, теплопотери на этом участке стены здания несущественны. Наибольшая часть теплопотерь приходится на стены. Однако использование последних разработок в области керамики, а именно эффективного керамического кирпича и камня позволяют существенно снизить эффект этого негативного явления. Остается единственный путь прохождения тепла сквозь массив стены - через кладочный шов, очевидно, что устранение этого фактора, позволит существенно снизить общие теплопотери здания. Поэтому разработка строительного раствора, соответствующего теплопроводности и прочности эффектщщрго кирпича, является весьма актуальной задачей. На первом этапе исследований определена оптимальная крупность песка, используемого в качестве заполнителя, обеспечивающая максимальную проч- ность при сжатии пеноматериала. Для этого в работе использовали портландцемент Пикалевского объединения «Глинозем», морской песок и изготавливали образцы-кубы размером 10x10x10 см и образцы-балочки 10x10x40 см.
Технология использования монолитного пенобетона при устройстве полов
На пенобетон теплоизоляционный разработаны технические условия ТУ №5870-002-51556791-2001 «Бетон ячеистый (пенобетон) теплоизоляционный» (Приложение № 6). Модифицированный пенобетон средней плотности D300 использован для утепления чердачного помещения площадью 700 м2 и 1150 м2 (Акт №3 от 02.09.2002 и № 4 18.09.2003 о проведении работ по утеплению чердачного помещения Приложение № 7).
Разработанный модифицированный пенобетон по данным табл. 5.5. характеризуется повышенным значением Rror/Rc»t, т.е. имеет улучшенные параметры, которые необходимы при изготовлении пола, кроме того, пенорастворная смесь, по своей природе отличается высокой подвижностью, что и позволяет рекомендовать ее для изготовления самовьфавниваюпщхся полов.
При исследовании возможности применения пенобетона для изготовления черных полов жилых зданий были произведены расчеты на максимальную сосредоточенную нагрузку. Максимальная сосредоточенная нагрузка на пол принята от стеллажа с книгами (Р=600 кг) на четыре ножки площадью S=3 см х 3 см = 9 см2. В качестве верхнего покрытия возможно применение линолеума, паркета или керамической плитки.
Расчеты, произведенные в проектно-конструкторском отделе института ЛЕНЖЕЛДОРПРОЕКТ показали, что в жилом помещении максимальная точечная нагрузка составляет 20 кг/см2. Основным лимитирующим параметром, определяющим качество пола, является прочность при изгибе верхнего покрытия. Учет физико-механических характеристик используемых материалов позволяет использовать для покрытий пола композиционный пенобетон средней плотности от 400 до 1200 кг/см3.
Технология изготовления пола из пенобетона при реконструкции зданий состоит в следующем: сначала из помещения, где планируется устройство теплого пола удаляется существующее покрытие, вскрываются черные полы, удаляется существующая теплоизоляционная засыпка (керамзит, шлак). Затем вся площадь помещения делится на сектора при помощи деревянной опалубки. В секторах расставляются маяки для определения уровня и равномерности заливки, и при необходимости укладывается арматура (рис. 5.1).
Приготовление пенобетонной смеси, возможно, как на мобильной установке, так и непосредственно в миксере, для чего в миксер наполненный цементно-песчаным раствором из пеногенератора подается пена, которая и перемешивается в течение 1-2 минут (рис.5.2). Готовый пенораствор при помощи бетононасоса подается на объект (рис.5.3).
Процесс заливки проводят по секторам. Изготовление пола из пенобетона показало, что формируется гладкая и ровная поверхность (рис.5.4, 5.5). На пенобетон для изготовления пола, разработаны технические условия ТУ 5870-003-51556791-2001 «Бетон ячеистый (пенобетон) для полов жилых зданий» (Приложение № 8) производства пенобетона для изготовления полов. Пенобетон D1200 и пенобетон D400, использован, соответственно, для изготовления пола под линолеум, площадь которого составила 400 м и под паркет площадью 200 м (Акт № 6 от 05.08.2002 и Акт№ 5 от 17.01.2003 Приложение № 9).
При изготовлении пола из пенобетона, при необходимости, требуется укладка сетки из металлической проволоки. С этой целью в работе произведена оценка защитных свойств пенобетона по отношению к стальной арматуре в соответствии со СТ СЭВ 4421-83 при помощи потенциодинамического метода.
По многочисленным работам кафедры «Инженерная химия и естествознание» известно, что цементная паста, рН которой = 12,4 обладает коррозионно-зашитными свойствами по отношению к арматуре /101,103/. В проведенных исследованиях в данной работе установлено, что модифицированная пенобетонная смесь имеет значение рН » 12, и характеризуется хорошей адгезией к металлу в т.ч. к арматуре, что является благоприятным фактором для пассивации арматуры.
Потенциодинамическими исследованиями установлено, что пенораствор с разработанной МПД обладает пассивирующим действием по отношению к стальной арматуре и при использовашш арматуры в пенобетонных конструкциях не требуется проведения специальных мер ее защиты. Данные исследования подтверждены в лаборатории НИИЖБа. 1. Разработан состав и определены основные физико-механические характеристики пенораствора строительного легкого D1100.. .D1400. 2. Разработаны технические условия ТУ5745-006-51556791-2002 "Растворы строительные легкие" и технологический регламент 3. Разработан пенобетон, средней плотности D3 00... D400 и рекомендован для утепления чердачных перекрытий. 4. Пенобетон средней плотности D400...D1200 рекомендован для изготовления черного пола под линолеум, паркет или керамическую плитку 5. Установлено потенциодинамическими исследованиями, что модифицированные пеноматериалы обладают пассивирующим действием по отношению к стальной арматуре и при изготовлении армированного пенобетона не требуется проведения специальных мер защиты арматуры.
Подбор состава бетона средней плотности 600, 800,1000 кг/м3 с учетом природы заполнителя и пенообразующей добавки
Для выяснения роли заполнителя, в твердеющей системе и оценки степени его влияния на гидратационную активность пенобетонной композиционной системы, исследованы кислотно-основные свойства поверхности твердых тел различной природы и исследована взаимосвязь поверхности заполнителя с компонентами пенобетонной смеси.
Изучению свойств поверхности твердых тел посвящены работы Сычева М.М., Алесковского В.Б., Корсакова В.Г., Поповой О.С., Сватовской Л.Б., Не-чипоренко А.П. и др. исследователей / 2, 74, 123,129,163, 165, 166/, в которых показана впервые зависимость между поверхностью заполнителя и свойствами композиционных материалов для полимерных композитов.
Продолжением исследований в данном направлении явились работы О.С.Поповой /164/, в которых сформулирована и подтверждена гипотеза об избирательной адсорбции органических соединений из жидкой фазы поверхностями зерен цемента или поверхностями гидратных новообразований.
В.И.Соломатов и его школа /14/ продолжили учитывать взаимодействие в системе: цемент - наполнитель, впервые исследуя и учитывая кислотно - основные свойства поверхности наполнителя в цементных и полимерных бетонах. Учеными данной школы, сделано предположение, что межфазное взаимодействие на поверхности дисперсных частиц представляет килотно-основной характер, и показано, что материалы различной природы одинаковой дисперсности по разному адсорбируют одни и те же вещества, что, по-видимому, обусловлено различными свойствами поверхности.
В диссертационной работе исследованы кислотно-основные свойства поверхности твердых материалов природного и техногенного происхождения , которые рассматриваются как потенциальные заполнители пенобетона, для чего производилась оценка концентрации и силы активных центров их поверхности при помощи спектров распределения адсорбции (РЦА).
"В литературе существует множество определений понятий "кислота" и "основание", данные Аррениусом , Франкинноло, Бренстедом , Германом, Льюисом, Кановичем, Бьеррумом, Джонсоном и др. /163 /. Наиболее распространенными и используемыми являются представления Бренстеда, Лоири и Льюиса. Согласно определениям, предложенным Бренстедом и Лоири, кислота - это вещество являющееся донором протона, а основание - вещество, являющееся акцептором протона. По Льюису , кислота - это акцептор , A D , вещество , способное использовать свободную пару электронов другой молекулы для образования устойчивой электронной оболочки, а основание - это донор электронной пары, вещество, обладающее собственной парой электронов, которая может быть использована для образования устойчивой электронной конфигурации другой молекулы, т.е. возможно донорно-акцепторное взаимодействие по схеме: Для исследования донорно- акцепторных свойств поверхности твердых минеральных веществ в работе использован индикаторный метод определения распределения центров адсорбции в спектрофотометрическом варианте, разработанный д.т.н. А.П. Нечипоренко / 76 / . Согласно современным представлениям поверхность твердорго вещества представляет собой совокупность центров Льюиса и Бренстеда как кислотного, так и основного типа. Принадлежность центров к льюисовскому типу определяется наличием акцепторного или донорного поверхностного состояния, локализованного по поверхности вещества. Льюисовский кислотный центр, как рассматривалось выше, представля ет собой вакантный уровень, свободную орбиталь , атома метала, Э+ D, т.е. ак цептор, способный принимать электронную пару. Основные центры Льюиса образованы орбиталями кислорода - донорами, содержащими электронную па ру , на поверхности которая способна вступать в химическое взаимо действие с передачей пары электронов на энергетический уровень адсорбиро ванной молекулы. Кислоты и основания Бренстеда образуются в результате адсорбции молекул воды и ее фрагментов на соответствующих центрах Льюиса; соответственно, по кислотному Полное описание кислотно - основных свойств поверхности твердого вещества подразумевает определение концентрации и силы активных центров, т.е. получение их распределения с дифференциацией на кислоты и основания. Индикаторный метод используемый в работе, основан на том, что адсор-бируясь индикатор может менять окраску, которая является мерой кислотности (основности) поверхности. Величина силы кислоты или основания понятие энергетическое и выражается через величины соответствующих констант диссоциаций, являющихся мерой энергии химической связи. Согласно современной электронной теории вся химическая индивидуальность адсорбированной молекулы скрыта в одном параметре - положении ее локального уровня, который с позиции теории кислот и оснований может быть охарактеризован соответствующими значениями рКа /76, 163 /. Применение данного метода позволяет оценить кислотность или основность поверхности, а также определить активный центр твердой поверхности и установить к какому типу он относится (льюисовскому или бренстедовскому), что позволит оценить механизм влияния поверхности на свойства бетонной смеси и бетона. При помощи спектров распределения адсорбции - РЦА в работе исследованы поверхности твердых тел природного и техногенного происхождения (табл. 6.8). При проведении эксперимента все материалы измельчались до одинаковой тонкости оцениваемой по остатку на сите № 008 равному 10%. Полученные спектры распределения центров адсорбции (РЦА) поверхностями исследованных веществ представлены в табл. 6.8, где ЧрКа - содержание (количество) активных центров.
