Содержание к диссертации
Введение
1. Золосодержащие ячеистые бетоны: состав, технология, свойства 8
1.1 Ячеистый бетон 8
1.1.1 Сравнительные технико-экономические показатели ячеистобетонных материалов и конструкций 11
1.1.2 Краткий обзор развития производства ячеистого бетона 12
1.1.3 Основные способы изготовления ячеистых бетонов 15
1.1.4 Анализ существующих способов производства ячеистого бетона 18
1.1.5 Перспективные направления совершенствования технологии и повышения качества ячеистого бетона 28
1.2 Использование высококальциевых зол в ячеистом бетоне 30
1.2.1 Общие представления о золах 31
1.2.2 Получение газозолобетонного массива 36
1.2.3 Использование высококальциевых зол в неавтоклавном газобетоне 39
1.2.4 Использование высококальциевых зол в автоклавном газобетоне 41
1.2.5 Долговечность ячеистого бетона на основе высококальциевой золы 44
Выводы к главе 1 47
Цели и задачи исследования 48
2. Характеристика сырьевых материалов и основные методы исследования 49
2.1 Основные методы исследований свойств сырья 49
2.1.1 Физико-химические методы 50
2.2 Характеристика сырьевых материалов 57
2.3 Методы изготовления и испытания материала 60
2.3.1 Технология изготовления материала 60
2.3.2 Контроль параметров материала 61
2.3.3 Обработка результатов 63
Выводы к главе 2 61
3. Особенности формирования структуры газобетонного массива на основе высококальциевой золы 68
3.1 Закономерности поведения газозоломассы на стадии её приготовления и формования 68
3.2 Корректировка технологии и свойств газозолобетонного сырца 77
3.2.1 Газозоломасса на основе "коротких" зол 77
3.2.2 Газозоломасса на основе "длинных" зол 88
Выводы к главе 3 89
4. Особенности технологии изготовления автоклавного газобетона на основе высококальциевой золы 92
4.1 Корректировка прочности автоклавного газозолобетона 93
4.2 Деформации при тепловлажностной обработке 99
4.3 Влияние режимов тепловлажностной обработки на трещинообразование зольного камня 103
4.4 Долговечность газобетона 109
Выводы к главе 4 112
5. Технология изготовления неавтоклавного газобетона на основе высококальциевой золы 114
5.1 Газобетон на основе золы 115
5.1.1 Долговечность газобетона 122
5.2 Газобетон с добавкой золы 125
5.2.1 Долговечность газобетона 131
5.2.2 Производственная апробация изготовления газобетона с добавкой золы 132
Выводы к главе 5 135
Общие выводы по работе 137
Список используемой литературы 140
Приложение 149
- Анализ существующих способов производства ячеистого бетона
- Закономерности поведения газозоломассы на стадии её приготовления и формования
- Влияние режимов тепловлажностной обработки на трещинообразование зольного камня
- Газобетон с добавкой золы
Введение к работе
Актуальность проблемы. В связи с переходом на новые требования по теплозащите зданий и сооружений (изменение № 3 от 11.08.95 к СНиП 11-3-79) в значительной степени изменились ориентиры строителей от конструкционных стеновых материалов в сторону конструкционно-теплоизоляционных. Наиболее перспективными в этом отношении являются ячеистые бетоны. Традиционно сложившиеся технологии производства ячеистых бетонов предусматривают использование достаточно дорогих в настоящее время сырьевых материалов (известь, цемент), а также энергоёмкого процесса помола. Это отражается на стоимости и конкурентоспособности материала. Для расширения производств этих бетонов необходимы предложения по экономии вяжущих материалов и других тонкомолотых компонентов газобетонной смеси.
Одним из таких решений является применение высококальциевых зол от сжигания углей КАТЭКа. Однако опыт действующих производств подобных материалов выявил трудности при использовании высококальциевых зол, прежде всего из-за нестабильности их свойств, обусловленной значительными колебаниями состава различных партий зол. Следствием такой нестабильности является большая доля брака. Настоящая работа выполнена в рамках программ, финансируемых из средств федерального бюджета по единому заказ-наряду Минобразования РФ в 1996-2000 г.
Делью работы является разработка технологий производства ячеистых бетонов со стабильными показателями при использовании высококальциевых зол от сжигания углей КАТЭКа, характеризующихся широким диапазоном изменения их состава и свойств.
Для достижения цели исследования необходимо решить задачи:
-
Изучить свойства золы и выявить их влияние на технологические параметры производства и свойства ячеистых бетонов.
-
С целью получения материала с прогнозируемыми характеристиками, найти существующие взаимосвязи между составом и свойствами золы и строительно-техническими свойствами ячеистого бетона.
-
Разработать технологии, позволяющие использовать любые партии высококальциевой золы для производства ячеистого бетона со стабильными характеристиками, отвечающими требованиям ГОСТ.
Научная новизна. Показано, что первичное структурообразова-ние газобетонного массива на основе высококальциевьгх зол, а также последующий набор прочности при ТВО всецело зависят от особенностей формирования эттршпитоподобньгх AFt фаз:
быстросхватывающиеся «короткие» золы содержат в больших количествах активные свободную известь, ангидрит, алюминаты и алюмо-ферриты, которые обеспечивают короткие сроки (не более 25 минут) накопления AFt фаз и быстрое схватывание газобетонного массива;
медленносхватывающиеся «длинные» золы самопроизвольно без ак-тивизаторов медленно накапливают AFt фазы, обеспечивая длительное схватывание массива (более, 50 минут);
быстрое разложение единственной структурообразующей AF, фазы газозоломассива при форсированных режимах ТВО при температурах более 80С приводит к массовому браку изделий на основе высококальциевых зол в виде «расплывания» и последующего слипания (срастания) газобетонных сырцовых изделий;
непрерывное разрушение первичной структуры на базе AF, фазы при перемешивании золоводной суспензии до момента завершения интенсивного образования зттринпггоподобных фаз пршщипиально изменяет скорость формирования структурной прочности и накопления продуктов гидратации, позволяет регулировать процесс формирования массива;
добавки CaSO4-0,5H2O и СаС12 обеспечивают увеличение скорости накопления AFt фаз, количества связанной воды, что позволяет достичь скорости структурообразования, достаточной для формирования качественного массива;
Установлено, что комплексный показатель состава и свойств (основности и активности) буроугольных зол - критерий AT, С характеризует не только основность зол, но и особенности эттрингитообразо-вания при их гидратации. В связи с этим данный критерий не является достаточным для характеристики основности зол, особенно для отличия разных проб, имеющих близкие величины критерия ДТ.
Показано, что более достоверной характеристикой основности высококальциевых зол является критерий, получаемый из реакций нейтрализации известьсодержащих фаз и 2 % раствора НС1 (заявка на патент № 20000119648 от 21.07.2000 г.).
Практическая значимость работы. Выявленные закономерности формирования AFt фаз в золо-водных суспензиях газобетонной технологии, позволили обеспечить формирование качественного массива на основе высококальциевой золы с широко изменяющимся составом:
- для быстросхватывающихся зол разработан способ получения нор
мально вспучивающегося массива за счёт непрерывного перемешива
ния суспензии до конца процесса первичного ускоренного формирова-
ния AFt фаз. Установлена зависимость времени перемешивания золо-водной суспензии от критерия AT, С и времени достижения максимальной температуры при определении критерия AT с коэффициентом корреляции г = 0,98 (заявка на патент № 200011399 от 02.06.2000 г.). - для медаенносхватывающихся зол предложено вводить добавки-активизаторы формирования AFt фаз.
Разработанный критерий оценки основности зол по количеству 2% раствора НС1, нейтрализованного золой, позволяет достоверно оценить требуемое оптимальное количество кислой или основной добавки к золам с коэффициентом корреляции г = 0,94 для автоклавного газобетона и 0,74 для неавтоклавного.
Полученные многочисленные математические модели по оптимизации состава и свойств автоклавного и неавтоклавного газобетонов позволяют оперативно корректировать технологический процесс на золах с широким диапазоном изменения их состава и свойств, обеспечивают получение материала с высокими стабильными свойствами.
Реализация результатов работы. На предприятии по производству неавтоклавного газобетона ООО «Регион Холдинг» г. Барнаула осуществлена проверка работоспособности предложенных составов неавтоклавного газобетона. Производственные испытания показали положительный результат и выявили возможность улучшения качества газобетона без дополнительных затрат. Предприятию ООО «Скиф», производящему чисто зольный неавтоклавный газобетон, даны рекомендации по стабилизации свойств производимой продукции.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на научно-технической в г. Новосибирске в 2000 г., на 56 - 58 научно-технических конференциях студентов, аспирантов и профессорско-преподавательского состава Алтайского государственного технического университета.
Публикации. Материалы диссертации опубликованы в 11 работ.
Структура и объём диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, основных выводов, списка используемой литературы из 120 наименований. Она включает 111 страниц машинописного текста, 45 рисунка, 16 таблиц и 1 приложение.
Анализ существующих способов производства ячеистого бетона
Производство изделий из ячеистого бетона включает следующие основные технологические операции: подготовку сырьевых материалов, приготовление ячеистобетонной смеси, формование изделий и их тепловлажностную.обработку.
Первой операцией для всех способов производства ячеистых бетонов является подготовка сырьевых материалов.
Подготовка сырьевых материалов включает обжиг извести или меловой породы, помол песка, получение вяжущего.
Обжиг извести ведут в шахтных и вращающихся известеобжигательных печах, в печах кипящего слоя или циклонно-вихревых, работающих на газе или жидком топливе, и в напольных и пересыпных шахтных, топливом для которых служит каменный уголь.
Для обеспечения повышенной устойчивости поризованной массы на стадиях формования изделий и набора структурной прочности, а также для создания большего объёма цементирующих новообразований при твердении используют помол кремнезёмистого компонента и извести. Цемент и алюминиевая пудра уже имеют достаточно высокую удельную поверхность.
На практике применяют два способа подготовки сырьевых материалов. Мокрый помол основной массы кремнезёмистого компонента (песка), где содержание воды в песчаном шламе поддерживают на уровне, обеспечивающем хорошую его текучесть (плотность шлама около 1,6 г/см3). И сухой помол известко-во-песчаного вяжущего (при соотношении известь/песок - 1/2). Совместный сухой помол компонентов сырьевой шихты осуществляется при влажности песка не выше 2 % по массе.
После помола основные компоненты сырьевой смеси должны характеризоваться следующей дисперсностью S уд , см г : кремнезёмистый компонент (песок) - не менее 1500...2000; известь - 4500...5000; цемент - 3000...4000.
Как мокрый, так и сухой помол должен проводиться в присутствии ПАВ, что интенсифицирует измельчение, частично предотвращает агрегирование частиц, уменьшает намол металла. Дозировка ПАВ - 0,1...0,25 % от массы сухих компонентов.
Далее сырьевые компоненты усредняются, дозируются и попадают в смеситель. Способы приготовления формовочных масс зависят от принятой на данном производстве технологии (литьевой или вибрационной) и вида применявмого порообразователя. При газобетонной технологии приготовление формовочной смеси включает дозирование и смешивание всех компонентов до получения однородного раствора с заданными технологическими свойствами. Пори-зация в этом случае происходит на стадии формования изделий. Наиболее важным фактором, влияющем на ячеистую структуру, является равномерность распределения небольшого количества (0,6-0,7 кг/м3) газообразователя во всём объёме смеси. Отдозированные компоненты смеси загружают в самоходный газобетоносмеситель при включённом перемешивающем механизме. Загрузку производят в последовательности: песчаный или зольный шлам, недостающее количество воды, вяжущее с добавкой (гипс, жидкое стекло, ПАВ и др.), газообразова-тель. Алюминиевую пудру осаждают путём активного перемешивания в водном растворе ПАВ и вводят в смесь в виде суспензии. Перемешивание составляющих до загрузки газообразователя - 3...5 минут, после загрузки газообразователя - 1...3 минуты во время перемещения газобетоносмесителя к формовочному посту. При вибрационной технологии перемешивание осуществляется при вибрации корпуса смесителя.
Приготовление формовочных масс для газобетона предусматривает прогрев шлама и воды до 40...50С. Это обеспечивает интенсификацию взаимодействия алюминиевой пудры с Са(ОН)2 раствора [12].
Проектирование составов ячеистобетонных смесей производят в соответствии с рекомендациями СН - 277-80 [31].
Газобетонная технология предусматривает вспучивание (поризацию) смеси до заданных значений средней плотности непосредственно в форме. При пе-нобетонной технологии пенобетонная масса с заданными значениями пористости и средней плотности, достигнутыми в пенобетоносмесителе, заливается в формы на полный объём, причём в дальнейшем значительного изменения пористости не происходит.
В газобетонной технологии основное условие формирования пористой структуры материала - соответствие кинетики газовыделения изменению реологических свойств массы.
Регулирование этих процессов осуществляют путём изменения температуры поризуемои массы, а также изменением её водосодержания в совокупности с введением ПАВ. Например повышение водосодержания смеси приводит к недостаточной газоудерживающей способности. Образующиеся газовые пузырьки всплывают на поверхность смеси, что создаёт своеобразный эффект "кипения", сопровождающийся оседанием вспучившейся массы, слиянием газовых пор, ухудшением всей структуры ячеистого бетона. Недостаточная связность смеси вызывает седиментацию частиц цемента, извести и песка, отсюда разная плотность изделий по высоте. Вспучившиеся смеси твердеют медленно. Снижение же В/Т увеличивает вязкость смеси, что затрудняет формирование в ней пористой структуры. Газ может локализоваться в отдельных местах, образуя в теле бетона полости [2, 32]. Также регулирование кинетики газовыделения и изменения реологических свойств массы можно производить внешним динамическим воздействием (вибрированием смеси при вспучивании).
При литьевой, технологий (В/Т = 0,55...0,6) вспучивание массы происходит в неподвижных формах в течение 25...50 минут, при вибровспучивании (В/Т = 0,35...0,4) форму со смесью установленную на виброплощадке, вибрируют в течение всего процесса газовыделения (3...6 минут) с частотой 15... 150 Гц и амплитудой 0,6... 0,2 мм.
Для получения теплоизоляционного бетона низкой средней плотности эффективно применять предварительную произацию смеси, так называемую газопенную технологию. Этот технологический приём осуществляют, аэрируя песчаный шлам на стадии мокрого помола песка в присутствии ПАВ или формовочную смесь на стадии приготовления ячеистобетонной массы в смесительном аппарате.
Для обеспечения нормального вспучивания формовачной массы температура окружающей среды должна быть не ниже 18С.
При изготовлении ячеистобетонных изделий существует несколько способов придания формы изделиям, но наиболее перспективным из них является резательная технология [33]. Из ячеистой массы формуется блок объёмом 10 - 20 ж\ после выдерживания при температуре 50...70С и после достижения массивом "критической прочности" (0,05...ОД МПа) снимается бортоснастка формы и массив разрезается в зависимости от заданных размеров изделий. Массив разрезается металлическими струнами в трёх взаимно перпендикулярных направлениях на специальной резательной машине.
Разрезанный на заданные размеры массив на поддоне направляется в автоклав (в случае автоклавной технологии). После автоклава изделия подвергаются индивидуальной механической обработке [34]. В случае неавтоклавного ячеистого бетона блоки после резки перемещаются в щелевую камеру, обогреваемую ТЭНами [35], либо в пропарочную камеру, либо подвергаются электропрогреву с помощью электродов [29, 30], либо твердеют в естественных условиях.
Твердение неавтоклавного ячеистого бетона X. Лохер и В. Рихартц [10, 106] дали следующее изложение процесса гидратации портландцемента. Сразу же после добавления к цементу, воды образуется поровый раствор, пересыщенный относительно гидроокиси кальция и содержащий ионы сульфата SO/\ гидроокиси кальция Са2+, ОН" и щелочей, а также, по П.П. Будникову, небольшое количество двуокиси кремния, окиси алюминия и окиси железа. Из этого раствора в качестве первичных новообразований осаждаются эттрингит (3CaC-Al203-3CaS04-32 Н20) и Са(ОН)2 [Ш]. Примерно на 7 - 28-е сутки нормального твердения все имеющиеся поры постепенно заполняются продуктами последующей гидратации, причём гидросиликатокальциевый гель образуется в виде коротких волокон. К концу гидратации в прочном затвердевшем цементном тесте имеются C-S-Н-гель, Са(ОН)2, 4CaO(Al203-Fe203 1ЗН20, а также моносульфат 3CaO-Al203-CaS04-12H20, образовавшийся из эттрингита, обломки церазложившихся клинкерных зёрен, кристаллики, образовавшиеся в результате карбонизации Са(ОН)2-СаС03, и кусочки металла, попавшего при помоле.
Закономерности поведения газозоломассы на стадии её приготовления и формования
На первом этапе исследований изучалась возможность наиболее эффективного использования высококальциевой золы при изготовлении газобетона. Для газобетонов любых видов твердения (автоклавного и неавтоклавного) общей стадией является формирования ячеистой структуры. При изучении этой стадии как в лаборатории, так и на производстве (ООО "Скиф" г. Барнаул) нами были выявлены нежелательные явления, для разных проб золы свои, связанные с кинетикой схватывания золомассы при её вспучивании:
- после заливки газобетонный массив схватывается в процессе вспучивания, т.е. происходит неполное вспучивание массива (недовспучивание) в.результате быстрого набора пластической прочности газомассы, что делает невозможным получение газобетона требуемой средней плотности;
- массив при вспучивании вскипает т.е. в первые 10-15 минут вспучивание газомассы происходит нормально, но затем пузырьки газа в массиве объединяются в большие полости диаметром 2 см и более, и Газ вырывается наружу, газомасса как бы втекает в себя, заполняя эти полости, в результате чего весь массив неравномерно оседает;
- массив после вспучивания не схватывается вплоть до 2-3 суток т.е. в течение этого времени массив не может набрать распалубочной или пластической прочности, при которой осуществляют его резку.
Вместе с тем, существует доля проб высококальциевой золы (около 15-20 % от всего исследуемого количества проб), которые не имеют недостатков и пригодны для изготовления газобетона по классической технологии.
Анализируя все недостатки при формовании, можно сделать вывод, что такое разнообразное поведение газозоломассы объясняется значительными колебаниями различных проб золы по срокам схватывания в результате различий их состава. Эти различия можно наблюдать на рентгенограммах разных проб золы (рис.3.1).
Из рентгенограмм видно, что колебания состава проб золы происходят в основном в количественном соотношении их фаз, в то время как качественный состав более или менее постоянен.
Это такие составляющие как кварц (Si02 - 4,26; 3,34; 1,82; 1,54), известь (СаО - 2,77; 2,4; 1,7; 1,45), ангидрит (CaS04 - 3,87; 3,49; 2,85), белит (2,77; 2,18; 2,6), браумиллерит (C4AF - 2,77; 2,63; 1,92), а так же в области углов 15-18 0 имеется множественное суммирующиеся отражения, где можно ожидать наличие различных по основности алюминатов и алюмоферритов кальция и др.
Так на рентгенограмме пробы 24 пик СаО находится приблизительно на одном уровне по интенсивности со 100 %-ным пиком кварца, а пик CaS04 составляет около 20 % от пика кварца, в то время когда у пробы 14 100 %-ный пик кварца превосходит по интенсивности пик СаО в 4 раза, пик CaS04 составляет" 10% от - кварца. Соответственно и алюминатные и алюмо ферритные фазы пробы 24 имеют более интенсивные отражения (в 1,5 раз) в соответствующей области углов (15-180).
В зависимости от преобладания тех или иных соединений в составе золы и будут формироваться при затворении золы водой те или иные гидратные фазы, определяющие механизм твердения зольной системы.
В эксперименте использовали 16 проб высококальциевой золы с началом схватывания от 7 до 88 минут и концом схватывания от 17 до 242 минут (см. таблицу 2.3).
Период схватывания газозоломассы следует разделить на периоды вспучивания и после вспучивания. Кинетику схватывания в период вспучивания можно контролировать текучестью золомассы во времени. Этот параметр определяется таким образом. Золоводную смесь с В/Т, соответствующим необходимой средней плотности газобетона (по СН 277-80), после перемешивания оставляют в покое и через определённые промежутки времени отбирают пробы смеси для определения расплыва на приборе Суттарда до момента потери текучести золоводной смеси. Далее, по полученным данным, делают сравнительную характеристику схватывания различных проб золы в период вспучивания. Таким же образом определяют влияние длительности предварительного перемешивания золомассы на её.текучесть (рис. 3.2). В период после вспучивания кинетику схватывания определяют набором пластической прочности газозоломассы (рис. 3.3). По этим показателям также можно судить о нестабильности схватывания золомассы в зависимости от пробы высококальциевой золы.
Из рисунка 3.2 видно, что золомасса из пробы №11 имеет более пологую кривую снижения текучести во времени при схватывании, а - пробы 13 более крутую, что говорит о разнице свойств проб золы на ранних стадиях их гидратации. Этот же рисунок доказывает возможность регулирования кинетики текучести золомассы во времени способом более длительного её перемешивания. После 10 минут перемешивания золомассы линии снижения текучести во времени стали более пологими.
". Пробы затворяли водой с В/Т=0,5, тщательно перемешивали в течение 30 секунд и оставляли гидратировать до определённого момента (7 минут и 120 минут), гидратацию останавливали ацетоном. При сравнении рентгенограмм данных проб было замечено отличие в интенсивности пиков эттрингита (d/n= 9,73; 5,60). Это означает, что процессы эттрингитообразования (прежде всего количественный фактор) играют решающую роль в процессах схватывания и начальных сроках твердения зольных систем. Это подтверждается данными ДТА (рисунок 3.4) «короткой» золы ( пр. 13), где просматривается эн-доэффект при 140-150 С.
Анализируя исходный состав золы (рис 3.1), можно сделать вывод, что в ней содержатся все необходимые соединения (CaO, CaS04, алюминаты и алюмоферриты кальция), обеспечивающие формирование AFt фаз. При этом, определяющую роль на сроки формирования начальной структуры камня играет содержание СаО свободного и ангидрита. У пробы 14 с началом схватывания 48 минут интенсивность пиков СаО в 2,5 раза и CaS04 в 1,2 раза ниже, чем у пробы 24 с началом схватывания 23 минуты.
Так же производили анализ связывания воды при гидратации золы (описание проведения анализа в гл. 2), который показал, что разброс в сроках схватывания зависит не только от кинетики накопления эттрингита, но и от последовательности образования AFt и AFm фаз.
Уже через 7 минут гидратации золы основными водосодержащими фазами являются AFm (C3ACaS04-12H20 + C4AH13.19 -дегидратация при 200 и 140С) и AFt (дегидратация при 140С) фазы с небольшим количеством Са(ОН)2 (дегидратация при 480 С). При этом общее количество связанной воды в «коротких» золах в 1,5-2 раза больше, чем в «длинных». В быстросхватывающихся золах AFt является преобладающей фазой.
Активизация «длинных» зол добавкой полуводного гипса также позволяет перераспределить сульфоалюминатные фазы в пользу AFt (рис 3.5 и 3.6).
Влияние режимов тепловлажностной обработки на трещинообразование зольного камня
Следующая проблема, встречающаяся в технологии зольного газобетона, это трещинообразование в процессе твердения в автоклаве. Она перекликается с проблемой объёмного расширения образцов при ТВО.
Для прослеживания за трещинообразованием было решено образцы, изготовленные из зольного вяжущего, пропарить в прозрачном термостойком стакане с термометром, встроенным в крышку стакана. Температуру поднимали со скоростью 2С в минуту до 100С. В результате эксперимента было установлено, что трещинообразование начинается при достижении 90С, а при дальнейшем подъёме температуры и небольшой выдержке при 100С происходит раскрытие трещин.
Одновременно или чуть позже с трещинообразованием происходило расширение образцов. Существуют образцы из проб золы, которые заметно расширяются без образования трещин. Расширение "чисто" зольных образцов при подъёме температуры до 100С составляет 0 - 5% (таблица 4.3). Образцы, приготовленные из составов с добавкой оптимального количества молотого кварцевого песка, имели меньшее расширение - соответствующее уменьшению содержания золы в составе вяжущего. Так же было замечено, что чем крупнее трещины на образцах, тем более прочные они были и наоборот чем мельче трещины, тем более мягкие образцы. При автоклавной обработке таких составов на стадии подъёма (подъём до 150 С + быстрый спуск давления) образцы имели незначительную прочность - "чисто" зольные 0-0,6 МПа и расширение до 9%, а с корректирующей добавкой - 0,4-0,9 МПа и расширение до 5% (таблица 4.4).
Далее трещинообразование и расширение исследовалось при твердении в автоклаве. Для этого производили запаривание образцов при 5 и 9 атмосферах с плавным и быстрым подъёмом температуры и давления.
Режим 1: подъём температуры 1 час + изотермическая выдержка 3 часа + естественный спуск (около 3 часов),
Режим 2: подъём температуры 4 час + изотермическая выдержка 3 часа + естественный спуск (около 3 часов).
После обработки образцов из чисто зольного вяжущего при 5 атмосферах по режиму 1 их прочность была от 0,5 до 3,9 МПа, а по режиму 2 - от 0,5 до 3,2 МПа - линейные расширения составляли 13-20 %, образцы имели крупные трещины и осыпались при трении пальцем руки о их рёбра. Из этого следует, что скорость подъёма давления до 5 атмосфер практически не влияет на характеристики вяжущего. В отличие от запаривания при 5 атмосферах, запаривание при 9 атм показывает, что скорость подъёма давления сильно влияет на конечные характеристики зольного вяжущего. Образцы как "чисто" зольные, так и с корректирующей добавкой, запаренные по режиму 1, почти все разрушались в руках (рассыпались) или имели низкую прочность (до 2-6 МПа) и большое расширение (до 45%), а образцы запаренные по режиму 2 показали высокие прочности - для "чисто" зольных 2,4-15,7 МПа и для оптимизированных составов молотым песком 9,6-16,3 МПа (таблица 4.5).
Для изучения формирования фаз автоклавного камня нами были использованы рентгеновский и термический методы. Расшифровку фаз производили по источникам [96, 97, 114].
Для разрушившихся полностью образцов, запаренных при 9 атм по режиму 1, на рентгенограмме чисто зольного вяжущего (пр. 27) фиксируется пик СаО большей интенсивности, чем запаренных при 5 атм по любому режиму. Для тех же составов, но запаренных по режиму 2, пик кварца (3,34) приблизительно в 2 раза меньше, чем у образцов, запаренных по режиму 1, а пик СаО (2,40) исчезает, уменьшается C4AF (2,77; 2,63; 1,92) и C2F (2,69; 2,63), также вырисовываются чёткие пики гидрагранатов кальция (5,05; 4,39; 3,25; 2,76; 2,53), С3АНб (2,8; 2,3; 2), C-S-H(I) и тоберморита (3,25; 3,07; 3,04; 3,03; 2,99; 2,82; 2,79; 2,74; 1,99; 1,84; 1,83), и появляется ксонотлит (6,98; 2,04) (рис. 4.6). Образование комплекса таких соединений как C-S-H(I), тоберморита и гидрогранатов объясняет высокие прочности в не разрушившихся образцах.
При сравнительном анализе дериватограмм (рис 4.7) проавтоклавирован-ных по режиму 2 чисто зольного и с оптимальной добавкой кварцевого песка составов показывает преобладание низкоосновных гидросиликатов кальция тобер-моритовой группы у вторых. Эндоэффекты при 120, 140 и 220 С связаны с удалением воды из фаз C-S-H. Более глубокий эндоэффект налюдаемый в зольном составе при 440 С говорит о более высоком содержании высокоосновных гидросиликатов кальция. Экзоэффекты при 520 и 540 С вероятно вызываны выгоранием коксовых остатков, причём на чисто зольных составах эффект больше. Эндоэффект 825 С соответствует удалению химически связанной воды из кристаллической решётки низкоосновных гидросиликатов, а также разложением кальцита. Экзоэффект при 850 С характерен для C-S-H (I) и тоберморита.
Кривая ДТА оптимизированного состава песком (2) указывает на наличие в автоклавном камне тоберморита, C-S-H (I) и возможное содержание гидрогранатов, для чисто зольного камня - гидрогранаты и C-S-H (I) с малым количеством возможно тоберморита. Кривая 2 имеет температурное смещение эффектов в сторону увеличения на 20 - 40 С, что вероятно обусловлено более устойчивой микроструктурой, менее основных продуктов гидратации.
Анализируя полученные данные, можно констатировать, что: Оптимальное количество корректирующей добавки к золе создаёт условия для образования тоберморита, определяющего прочность камня.
Наиболее опасными в плане проявлений деструкции расширения при автоклавной обработке зольных составов являются интервалы подъёма температуры от 90 до 100 и от 140 до 173С (от 5 до 9 ати). Для уменьшения расширения и трещинообразования при твердении необходимо организовывать более плавный подъём температуры на опасных периодах автоклавирования (не более 1 градуса в минуту). Это объясняется кинетикой связывания СаО при различных режимах запаривания и в основном скоростью подъёма температуры и давления. То есть, при плавном подъёме температуры происходит наиболее полная гидратация СаО в пластично-подвижном состоянии, в отличие от быстрого подъёма, где остаточный СаО (d/n=2,4) (рис 4.6) гидратируется во время изотермической выдержки в сформировавшемся камне с разрушением образца.
Газобетон с добавкой золы
Классические составы неавтоклавного конструкционно-теплоизоляционного газобетона характеризуются повышенными дозировками цемента (290-420 кг на м3 газобетона) при невысокой прочности (В 1 - В 5), а в качестве заполнителя используется молотый или (что наиболее часто) немолотый мелкий песок. Такие составы газобетона на немолотом мелком песке имеют ряд недостатков и требуют введения тонкодисперсного компонента. Высококальциевые золы здесь наиболее эффективны, так как это обусловлено следующими причинами:
1) Использование невысоких дозировок высококальциевой золы не может оказывать заметного влияния нестабильности собственных её свойств на газобетон;
2) Использование золы в более "мягких" условиях твердения без ТВО позволит уменьшить опасность деструктивных явлений;
3) Позволит обеспечить более высокие прочностные характеристики газобетона. Применение высококальциевой золы необходимо и из-за плохого качества мелкого песка, содержащего до 11 % глинистых, илистых и пылеватых примесей. Это приводит к резкому снижению прочности готового газобетона (0.8 - 1.8 МПа при плотности 700 - 900 кг/мЗ). С целью уменьшения содержания некачественного заполнителя, а также увеличения активности сырьевой смеси мы производили замену части песка высококальциевой золой.
Исследуемые составы сырьевой смеси показаны в таблице 5.1.
В эксперименте использовали шесть проб высококальциевой золы (пробы 27 - 32, см. таблицу 2.3). В качестве реакционной добавки газообразования использовали 0,1 % - NaOH.
Образцы газобетона исследованных составов твердели в нормальных условиях и при пропаривании по режиму 3+6+3 часа и изотермической выдержке 80 С. Образцы естественного твердения испытывались на прочность через 10, 28 и 65 суток, а пропариваемые - через сутки после ТВО.
В ходе эксперимента были выявлены оптимальные проценты замены песка пробами высококальциевой золы, характеризуемые максимумами по прочности при сжатии (см. рисунок 5.11).
В эксперименте установлено, что для подавляющего большинства проб золы при естественном твердении, оптимальное её содержание составляет 30% от массы сухих компонентов. Причём приведённая прочность такого модифицированного газобетона колеблется от 2,3 до 3,6 МПа при прочности контрольного беззольного 1,8 МПа. Для пропариваемого газобетона оптимальное содержание-золы составило 22,5% при приведённой прочности образцов 1,6 - 3,8 МПа, где контрольный образец показал прочность 1,42 МПа. Плотность модифицированного газобетона составила 600 - 750 кг/мЗ при плотности контрольного 850 кг/м3 Смещение максимума по прочности при пропаривании в сторону уменьшения содержания золы, можно объяснить более интенсивными деструктивными явлениями, чем при естественном твердении за счёт выделения большего количества деформирующих новообразований, таких, как Са(ОН)2.
Основываясь на экспериментальных данных, нами была проведена их математическая обработка, В результате были установлены зависимости между оптимальной заменой песка золой и свойствами золы (рисунок 5.13).
Зависимость прочности газобетона с оптимальным содержанием золы от свойств золы
Используя вторые зависимости, можно определить сферы применения такого материала. Так, например, партию пропариваемого газобетона, изготовленного с добавкой золы, имеющей AT 7 С, можно применять в ответственных конструкциях, несущих нагрузку, а при AT 7 С - для перегородок и теплоизоляции.
