Содержание к диссертации
Введение
1 Технологии производства золосодержащих ячеистых бетонов 10
1.1 Разновидности ячеистых бетонов и технологии их производства 10
1.1.1 Актуальные вопросы производства ячеистых бетонов 13
1.1.2 Свойства ячеистых бетонов и факторы их обусловливающие 17
1.1.3 Использование техногенных отходов в производстве ячеистого бетона 23
1.2 Разновидности зол ТЭЦ, их состав и свойства 23
1.2.1 Высококальциевые золы ТЭЦ 27
1.2.2 Статистические взаимосвязи между составом и свойствами буроугольных зол 38
1.3 Технологии ячеистых бетонов на основе высококальциевых зол 40
Выводы к главе 1 42
Цели и задачи исследований 43
2 Методы исследования и характеристика сырьевых материалов 43
2.1 Методы исследования 43
2.1.1 Стандартные методы испытания 43
2.1.2 Оригинальные методы испытания 44
2.1.3 Рентгенофазовый анализ 45
2.1.4 Дифференциально-термический анализ 45
2.1.5 Метод инфракрасной спектроскопии 46
2.1.6 Метод электронной микроскопии 46
2.1.7 Статистическая обработка результатов 47
2.2 Характеристика сырьевых материалов 48
2.2.1 Высококальциевая зола ТЭЦ 48
2.2.2 Портландцемент 51
2.2.3 Песок 52
2.2.4 Химические добавки 52
3 Физико-химические процессы при формировании ячеистого материала на основе цемента и высококальциевой золы ТЭЦ 53
3.1 Роль химических добавок в технологии цементно-зольного газобетона 53
3.2 Особенности формирования фазового состава в цементно-зольных композициях с химическими добавками 56
3.2.1 Рентгенофазовый анализ 56
3.2.2 Дефференциально-термический анализ 75
3.2.3 Инфракрасная спектроскопия 84
3.2.4 Микроструктура цементно-зольного камня 92
3.3 Особенности вспучивания газобетонного массива в цементно-зольных композициях с химическими добавками 95
3.2 Кинетика развития пластической и ранней прочности в цементно-зольных композициях с химическими добавками 98
Выводы к главе 3 101
4 Оптимизация составов и технологических режимов изготовления цементно-зольного газобетона и закономерности изменения их строительно-технических свойств 103
4.1 Оптимизация составов и технологических режимов изготовления цементно-зольного газобетона 103
4.2 Закономерности изменения строительно-технических свойств неавтоклавного газобетона на высококальциевой золе ТЭЦ с химическими добавками 106
4.3 Плотность и пористость неавтоклавного цементно-зольного газобетона 107
4.4 Теплопроводность неавтоклавного цементно-зольного газобетона 112
4.5 Прочность при сжатии и изгибе неавтоклавного цементно-зольного газобетона 116
4.6 Собственные деформации газобетона 129
4.7 Морозостойкость ячеистого бетона 135
Выводы к главе 4 142
5 Опыт практической реализации и внедрения производства стеновых газобетонных блоков с применением высококальциевых зол ТЭЦ 143
5.1 Технологические схемы производства неавтоклавных цементно-зольных газобетонов с химическими добавками 143
5.2 Результаты производственных испытаний 148
5.3 Разработка технологической документации для производства неавтоклавного цементно-зольного газобетона 150
5.4 Экономическая эффективность производства 151
Выводы к главе 5 154
Общие выводы 155
Список литературы 157
Приложения 170
- Статистические взаимосвязи между составом и свойствами буроугольных зол
- Особенности формирования фазового состава в цементно-зольных композициях с химическими добавками
- Особенности вспучивания газобетонного массива в цементно-зольных композициях с химическими добавками
- Закономерности изменения строительно-технических свойств неавтоклавного газобетона на высококальциевой золе ТЭЦ с химическими добавками
Введение к работе
Актуальность работы. Производство неавтоклавных ячеистых бетонов, в том числе малыми предприятиями, - наиболее динамично развивающаяся сегодня отрасль стеновых материалов. Классическая технология таких бетонов базируется главным образом на цементе и немолотом песке. Применение зол ТЭЦ для ячеистых бетонов рекомендовано большинством нормативных документов. Наибольший эффект достигается при использовании высококальциевых зол.
Все предыдущие решения по разработке технологий неавтоклавных газобетонов на основе высококальциевых зол ТЭЦ от сжигания Канско-Ачинских углей были направлены на максимальное их введение в сырьевые смеси. Это приводило к неоправданно сложным и энергоемким технологиям (постоянное изменение дозировок и технологических режимов в соответствии с колебаниями свойств зол, обязательное пропаривание, и в некоторых решениях помол компонентов или сушка изделий). Все это не позволило широко внедрить предложенные технологии, особенно в условиях малых производств. Поэтому требовалась разработка технологии неавтоклавного газобетона на основе высококальциевых зол ТЭЦ, обеспечивающая получение материала со стабильно высокими строительно-техническими свойствами по технологии, не требующей пропаривания, помола и других сложных для малых производств переделов.
Работа выполнялась в рамках тематического плана госбюджетных НИР Федерального агентства по образованию и Алтайского научно-образовательного комплекса (тема № 57-06).
Цель работы. Разработка состава неавтоклавного золосодержащего газобетона с химическими добавками и технологии его производства для получения материала с улучшенными строительно-техническими свойствами без пропаривания и помола компонентов.
6 Задачи исследования.
Провести анализ физико-химических процессов технологии золосодержащих композиций для улучшения характеристик газобетона.
Исследовать физико-химические процессы при формировании фазового состава ячеистого материала на основе цемента, высококальциевой золы ТЭЦ и химических добавок, а также оценить их влияние на технологию и свойства газобетона.
Исследовать строительно-технические свойства материала и оценить влияние статистики колебаний состава высококальциевых зол на его свойства.
Провести заводское опробование технологии, разработать нормативно-техническую документацию и внедрить в производство неавтоклавный газобетон из предложенных композиций.
Научная новизна. Обоснован состав композиции для неавтоклавного газобетона, включающий цемент, 50-70 % высококальциевой золы и добавку NaCl или Na2S04. Выявлены закономерности протекания процессов структуро - и фазообразования при твердении предложенной композиций. При этом установлено, что в результате обменных реакций между хлоридом или сульфатом натрия и свободной известью золы в присутствии алюминатов и алюмоферритов кальция образуется NaOH, а также AFt и AFm - фазы различного состава. Образовавшаяся щелочь является катализатором процессов газовыделения, a AFt и AFm - фазы - активными структурообразующими компонентами камня. Также установлено, что:
- при использовании добавки хлорида натрия в золо-цементной системе наряду с ускорением гидратации свободного оксида кальция, исходных клинкерных минералов цемента и высококальциевой золы, увеличивается доля AFm - фаз по сравнению с эттрингитоподобными AFt - фазами. При этом AFm - фазы представлены: C3A»CaS04*12H20; С3А«СаС12»10Н2О и СзА^СаСОз'ПНгО и кроме них в такой системе образуется значительное
количество гидрокалюмита, который является членом серии твердых растворов между СзА'СаСЬ'ЮНгО и С4АН13.19;
- при применении добавки сульфата натрия образуется повышенное
количество эттрингита, гидросиликатов кальция типа CSH (I и II) и кальцита.
В такой системе отмечаются противоположные явления, заключающиеся в
замедлении гидратации СаОСВОб золы в ранние сроки за счет образования
коллоидного эттрингита с одной стороны, и более интенсивное связывание
портландита - с другой;
- установлены достоверные математические модели изменения основных
строительно-технических свойств золо-цементного газобетона от состава и
свойств высококальциевой золы: плотности, теплопроводности, прочности
при сжатии и изгибе, собственных деформаций, морозостойкости. Главными
параметрами золы, влияющими на отмеченные свойства материала,
являются: свободная известь золы в открытом и закрытом состоянии,
показатель активности золы - в виде критерия AT, водопотребность и другие.
Практическое значение. Предложенные и запатентованные (патент № 2259975) композиции, включающие портландцемент, высококальциевую золу ТЭЦ, а также хлорид или сульфат натрия, обеспечивают:
- снижение оптимального количества воды затворения в среднем на 5-10 %
при увеличении высоты вспучивания массива на 15-20 %. Увеличение
пластической прочности газобетонного массива на 120-180 % при сокращении
времени ее достижения на 5-20 % по сравнению с цементно-песчаным
газобетоном;
- компенсацию избыточных деформаций расширения золо-цементного
камня за счет обменных реакций между свободной известью золы и
химическими добавками. При этом предложенные составы позволяют
получать неавтоклавный безусадочный газобетон со стабильными
собственными деформациями;
получение конструкционно-теплоизоляционного газобетона с пониженными средней плотностью (р = 600-700 кг/м ) и коэффициентом теплопроводности (к = 0,15-0,16 Вт/мС), при соответствии всех остальных характеристик требованиям ГОСТ 21520 и 25485.
Реализация работы. Разработаны технологические регламенты на производство неавтоклавного газобетона по резательной технологии и с применением многоместных форм. Результаты работы внедрены с 2003 г. на 16 малых предприятиях г. Барнаула. Это обеспечивает использование в летний период полного объема образующейся высококальциевой золы на ТЭЦ-3. Месячный объем производства в летний период оценивается в 4 тыс. м газобетонных изделий.
На защиту выносится:
- теоретическое обоснование и экспериментальное подтверждение
эффективности золо-цементной композиции с NaCl и Na2S04 для газобетона
по темпам структурообразования, ранней и поздней прочности, собственным
деформациям камня и его долговечности;
- закономерности формирования фазового состава в исследуемых системах
с химическими добавками;
установленные закономерности и математические модели изменения основных строительно-технических свойств золо-цементного газобетона с химическими добавками от состава и свойств высококальциевой золы: плотности, теплопроводности, прочности при сжатии и изгибе, собственных деформаций, морозостойкости;
результаты опытно-промышленной апробации и внедрения технологии неавтоклавного золо-цементного газобетона.
Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались и обсуждались на международной научно-технической конференции "Современные строительные материалы", г. Новосибирск, 2004 г.; на X Академических чтениях РААСН «Достижения, проблемы и перспективные направления развития теории и практики строительного материаловедения», г.
Казань, 2006 г; на XIII международном семинаре Азиатско - Тихоокеанской академии материалов (АТАМ) "Строительные и отделочные материалы, стандарты XXI века", г. Новосибирск, 2006 г.; а также на ежегодных научно-технических конференциях студентов, аспирантов и профессорско-преподавательского состава АлтГТУ, г. Барнаул 2003 - 2006 гг.
Публикации. Результаты исследований изложены в 13 научных публикациях, в том числе в двух статьях в центральных рецензируемых изданиях, рекомендованных ВАК РФ, 1 патент РФ на изобретение.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов, содержит 210 страниц машинописного текста, 25 таблиц, 52 рисунка, список литературы из 145 источников и 5 приложений.
Статистические взаимосвязи между составом и свойствами буроугольных зол
Проведенный статистический анализ Безверхим А.А., Игнатовой О.А., Овчаренко Г.И., Плотниковой Л.Г., Франценым В.Б., Заезжаевой И.Н., Патрахиной В.В., Черных К.П. и другими выявил большой разброс показателей состава и свойств зол углей КАТЭКа. Для некоторых характеристик состава коэффициент вариации достигает 50 %, а показатели свойств изменяются в 2-50 раз. Чтобы эффективно работать с таким материалом, были установлены существующие закономерности и взаимосвязи между показателями. С этой целью в [47, 94, 142, 143] были просчитаны коэффициенты корреляций между характеристиками золы.
Полученные результаты показали высокую взаимную корреляционную зависимость между отдельными показателями основности золы, такими, как: общее содержание СаО в золе, коэффициент качества (Кк), коэффициент основности (Кое,) (г = 0,862 - 0,950).
Взаимосвязь содержания в золе свободного СаО с показателями основности зол менее четкая. Коэффициенты корреляции составляют соответственно 0,735 и 0,777 с Кк и Косн. Еще меньше величина коэффициентов корреляции между основностью золы и содержанием в ней S03 (г = 0,637 -0,724).
Для других показателей было найдено, что существует определенная зависимость между водопотребностью золы и содержанием несгоревших частиц (г = 0,730), водопотребностью и удельной поверхностью (г = 0,566).
Наличие корреляционной связи между температурным эффектом ранней гидратации золы и ее активностью указывают на возможную связь между активностью золы (по Кк или Косн) и тепловыделением при ее гидратации. Следовательно, величина полного тепловыделения при гидратации золы углей КАТЭКа может служить характеристикой ее гидравлической активности.
Черных К.П. 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. Так же разработанный им 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.
Таким образом, в результате проведенного анализа установлены определенные взаимосвязи между отдельными характеристиками состава и свойств золы, что позволяет, зная один из показателей, с известной степенью достоверности определять другие характеристики качества золы.
На основе анализа публикаций таких исследователей как А.В. Волженский, П.И. Боженов, Э.Г. Оямаа, Е.А. Галибина, Т.А. Ухова, А.А. Безверхий, К.В. Гладких, В.К. Козлова, Г.И.Овчаренко, А.В. Ришес, В.Б.Францен, В.В. Костин, Черных К.П., Василовская Н.Г., Артемьева Н.А. и других, показаны преимущества использования высококальциевых зол в производстве ячеистых бетонов.
Применение зол в производстве ячеистых бетонов в действительности представлено во всевозможных вариантах, от использования её как основного сырьевого компонента до введения золы в состав сырья в качестве добавки. Так как высококальциевые золы обладают всеми исходными характеристиками сырья для изготовления ячеистых бетонов (дисперсность и вяжущий потенциал), к тому же ячеистая структура смягчает деструкции расширения золы в поровое пространство без развития трещин.
Основное препятствие при использовании золы как сырья для производства строительных материалов является содержание в ней свободных оксидов кальция и магния в состоянии пережога. Другое препятствие - это широкий разброс состава высококальциевой золы, определяющий значительные колебания свойств (прочности, средней плотности, морозостойкости и т.д.) готового материала.
Особенности формирования фазового состава в цементно-зольных композициях с химическими добавками
Цементно-зольное вяжущее представляет собой гетерогенную смесь соединений, реагирующих с водой и обусловливающих схватывание и твердение камня. Поэтому, прежде чем перейти к рассмотрению процесса гидратации золо-цементного вяжущего с химическими добавками, усложненного наложением реакций гидратации отдельных составляющих, необходимо проанализировать продукты гидратации цемента и золы в чистом виде, а затем - с применением химических добавок.
Результаты рентгенографического анализа продуктов гидратации цемента с добавками NaCl и Na2S04 приведены на рисунках 3.1, 3.2 и таблице 3.1, 3.2. Образцы твердели в течение 3 суток и 3 месяцев в нормальных условиях (W 100 %, t 20 ± 2 С).
На рентгенограмме затвердевшего цементного камня имеются линии негидратированных минералов (3 суток, рис. 3.1), интенсивность которых уменьшается с продолжительностью гидратации (3 месяца, рис. 3.2). В цементном камне при отсутствии химических добавок основными гидратными фазами в 3 суточном возрасте являются: Са(ОН)2 (d/n = (4.89; 2.623; 1.923; 1.793; 1.483; 1.683) 10"8 мм), эттрингит (d/n = (9.968; 5.617; 4.71; 3.23; 2.202) 10"8 мм), и гидросиликаты кальция CSH (I и II) (d/n = (12.131; 2.854; 2.803; 2.443; 2.02; 1.822) 10"8 мм). Рентгенофазовым анализом фиксируются также пики МГСАК и гидроалюминатов кальция состава С4АН13_ ,9. Линии d/n = (3.027; 2.493; 2.279; 1.86; 1.54; 1.447) 10"8 мм свидетельствуют о присутствии кальцита, а линии d/n = (2.75 - 2.77 и 2.18 - 2.19) 10 8 мм соответствуют негидратированному C3S и р - 2CaOSi02. Также через 3 суток фиксируются линии характерные для ангидрита d/n = (2.854; 2.317; 2.202; 1.86; 1.738) 10"8 мм.
Изменение интенсивности линий эттрингита и МГСАК дает основание полагать, что добавка хлористого натрия увеличивает содержание высоко -и низкосульфатной формы гидросульфоалюмината кальция. Интенсивность линий карбоната кальция и негидратированных C3S и р - 2CaOSi02 несколько ниже, чем у исходного цемента. Также в результате идентификации дифракционных линий в этой композиции было установлено соединение гидрокалюмита Са4АІ2»(ОН)і4 6Н20 d/n = (3.863; 2.88; 2.44; 2.315; 1.661; 1.627) 10" мм, который является членом серии твердых растворов между С3А»СаС12 10Н2О и С4АНіз.,9.
При применении добавки сульфата натрия, в результате обменной реакции Na2S04 с гидроксидом кальция образуется дополнительное количество гипса CaS04»2H20 и NaOH. В условиях повышенной щелочности жидкой фазы, увеличивается количество эттрингита в камне (d/n = (9.956; 5.596; 5.00; 3.863; 2.77; 2.60; 2.561; 2.199; 2.164) 10"8 мм). Эттрингит является одним из основных продуктов гидратации в цементном камне при твердении в присутствии добавки Na2S04- Также на рентгенограмме наблюдается усиление линий кальцита по сравнению с контрольным цементным составом и с составом с добавкой хлорида натрия. Линии кальцита фиксируются по d/n = (3.035; 2.489; 2.085; 1.604; 1.522; 1.447) 10"8 мм (рис. 3.1).
Через 3 месяца у цементных образцов с применением хлорида натрия наблюдается снижение интенсивности линий эттрингита, увеличивается содержание: МГСАК d/n = (4.009; 2.868; 2.738; 2.44; 2.08; 1.82; 1.663; 1.628) Ю-8 мм, С3А СаС03»12Н20 (d/n = (4.009; 2.868; 1.663) 10 8 мм) и С3А«СаС12«10Н2О (d/n = (7.858; 3.947; 3.84; 2.158) Ю-8 мм). Также на рентгенограммах наблюдается снижение интенсивности линий относящихся к кальциту и гидрокалюмиту (рис. 3.2).
На рентгенограммах цементных образцов с сульфатом натрия фиксируется дальнейшее увеличение содержания эттрингита (d/n = (9.73; 5.604; 3.879; 3.469; 3.252; 2.773; 2.561; 2.2; 2.164; 1.664) 10 8 мм) и кальцита (d/n = (3.035; 2.489; 2.085; 1.604; 1.522; 1.447) 10 8 мм). Наблюдается снижение количества и интенсивности линий МГСАК (d/n = (8.76; 4.446; 4.009; 2.742; 2.453; 2.053; 1.82; 1.664; 1.627) 10 8 мм) (рис. 3.2).
Из данных рентгенофазового анализа видно, что при твердении золы без добавок через 3 суток твердения в нормальных условиях (W 100 %, t 20 ± 2 С) отмечается уменьшение интенсивности линий свободного оксида кальция d/n = (2.77; 2.39; 1.69) 10" мм, уменьшение интенсивности линий в области углов 16 - 17 0, относящихся к белиту, алюминатам и алюмоферритам кальция (рис. 3.3). Вместе с этим появляются новообразования, из которых наиболее четко фиксируется эттрингит d/n = (9.70; 5.59; 4.977; 4.98; 3.87 и другие) 10"8 мм, менее отчетливо - МГСАК d/n = (3.988; 2.867; 2.454; 2.059; 1.821; 1.657; 1.626) 10"8 мм, гидросиликаты кальция типа CSH (I и II) d/n = (12.564; 3.078; 2.858; 2.83; 2.398; 1.993; 1.83; 1.67; 1.56) 10 мм, гидроалюминаты кальция состава С4АН13 _ 19 d/n = (10.54; 7.88; 3.96; 2.87; 2.858; 2.691; 2.52; 1.657) 10 8 мм (таблица 3.3).
Твердение золы в присутствии хлорида натрия значительно интенсифицирует процессы гидратации свободного оксида кальция (рис. 3.3, таблица 3.3). Линии новообразований менее интенсивны. Среди продуктов новообразований фиксируется эттрингит d/n = (9.656; 5.92; 4.703; 3.888; 3.489; 3.252; 2.207; 2.166) 10 8 мм, МГСАК d/n = (8.72; 4.00; 2.456; 1.825; 1.626) 10 8 мм. Также присутствуют линии характерные для соли Фриделя -C3A»CaCl2 10H2O d/n = (7.857; 3.84; 2.166) 10"8 мм и гидрохлорида кальция d/n = (3.988; 3.48; 2.77; 2.614; 2.166) 10"8 мм. Уменьшается количество и интенсивность линий гексагональных гидроалюминатов кальция состава С4АН13 _ 19, карбоната кальция по сравнению с бездобавочным зольным составом. Увеличивается интенсивность линий гидрокалюмита d/n = (8.222; 3.88; 2.456; 1.629; 2.186) 10" мм, который является членом серии твердых растворов между СзА СаС ЮНгО и С4АН13.19.
При твердении золы в присутствии сульфата натрия также наблюдается интенсификация гашения свободного СаО, но в меньшей мере, чем при использовании хлорида натрия. Линии новообразований более четкие и интенсивные. Среди продуктов гидратации наблюдается увеличение интенсивности линий эттрингита и кальцита, а также эттрингитоподобных AFt - фаз, таких как С3А»ЗСаС03 32Н20 d/n - (9.44; 2.529) 10"8 мм и C3F«3CaS04«32H20 d/n = (2.966; 2.456; 2.282; 2.067; 1.899; 1.836) 10"8 мм (рис. 3.3, таблица 3.3).
При последующем твердении золы без химических добавок (в течение 3 месяцев) в нормальных условиях линии свободного СаО продолжают устойчиво фиксироваться, хотя их интенсивность несколько снижается. Интенсивность и количество линий относящихся к эттрингиту осталось практически неизменным, количество МГСАК и кальцита немного увеличилось (рис. 3.4, таблица 3.4).
Особенности вспучивания газобетонного массива в цементно-зольных композициях с химическими добавками
Так как вспучивание и набор структурной прочности газобетонным массивом существенно зависят от водотвердого отношения, то на первом этапе осуществляли поиск оптимального количества воды затворения в золо-цементных газобетонных композициях (В/Т).
С целью определения влияние водотвердого отношения (В/Т) на вспучивание газобетона были изготовлены газобетонные смеси с В/Т в диапазоне от 0,36 до 0,46. В этом случае газобетонные смеси изготовляли на основе цемента и песка или на основе цемента и буроугольной золы с применением химических добавок.
Смесь готовили следующим образом: пробу золы или песка смешивали с водой, имеющей оптимальную температуру 30 - 50 С (глава 4.1), добавляли цемент и перемешивали в течение 3 минут. Далее в каждый состав вводили одинаковое количество алюминиевой суспензии из расчёта получения средней плотности газобетона 700 кг/м3, перемешивали еще в течение 30 секунд и заливали в прозрачный мерный цилиндр, где происходило вспучивание этой смеси при температуре окружающей среды 20 С. После полного вспучивания смеси контролировали её высоту вспучивания в процентах от высоты заливки. Затем выявляли оптимальное количество воды и химической добавки по максимальной высоте вспучивания. Полученные результаты представлены в таблице 3.7 и на рисунке 3.26.
Исследования показали, что в изученном диапазоне с увеличением В/Т высота вспучивания цементно-песчаного газобетона увеличивается. Для золо-цементного газобетона имеется оптимум по В/Т отношению, который составляет 0,44. С применением химических добавок NaCl и Na2S04 количество воды не изменяется за исключением составов, в которых указанные добавки используются в малых количествах (0,5 %). Уменьшение В/Т отношения в этом случае возможно происходит за счет «разжижения» смеси из-за эффекта пептизации тонкодисперсных частиц в щелочных условиях, что позволяет получить газобетон с равномерной пористостью при меньшем количестве воды.
Ячеистый бетон, изготовленный при оптимальном В/Т отношении характеризуется равномерной пористой структурой. Кроме этого, применение буроугольной золы вместо песка позволяет увеличить высоту вспучивания на 11%, а применение химических добавок - дополнительно ещё от 3 до 10 % за счет интенсификации процессов газовыделения в результате постепенного образования NaOH в обменных реакциях (3.1, 3.2), который активизирует процессы газовыделения.
Применение химических добавок позволяет сократить сроки схватывания газомассы, так как в таких условиях фактором, обеспечивающим быстрое схватывание массива, является быстрое связывание воды и накопление твердой фазы с возможно большим охватом заполняемого пространства. Как правило, это обеспечивается за счет дополнительного интенсивного синтеза AFt и AFm фаз, связывающих повышенное количество НгО, которые обладают высокой скоростью роста и обеспечивают набор структурной прочности.
Увеличение В/Т отношения до 0,46 приводит к расслоению исходной смеси с образованием крупных каверн диаметром до 2 см. Это происходит как правило, за счет ассинхронности процессов вспучивания и схватывания газомассы. Кроме этого, увеличение В/Т способствовало удлинению сроков вспучивания и схватывания газомассы, так как оно сопровождалось уменьшением предельного напряжения сдвига и соответственно пластической прочности ячеистого бетона. Введение дополнительного количества воды приводит к снижению прочности бетона, увеличению собственных деформаций и конечной влажности материала.
Основные свойства газобетонной смеси прямо зависят от реологии золо-цементного и цементного (для цементно-песчаного газобетона) теста. Под влиянием физико-химических процессов, протекающих при взаимодействии цемента, буроугольной золы и воды, реологические свойства таких смесей изменяются. Изменяется вязкость и предельное напряжение сдвига, растет пластическая прочность системы. Степень изменения реологических характеристик зависит от вида сырьевой смеси газобетона, водотвердого отношения и применяемых добавок.
От ускоренного структурообразования газобетонных смесей зависит время нахождения массива в форме до распалубки и резки. Поэтому исследование реологических характеристик таких систем является актуальной задачей.
Для определения пластической прочности газобетона были выбраны составы с наибольшим процентом вспучивания. Полученные результаты представлены на рисунке 3.27. Замедленным структурообразованием, судя по медленному набору пластической и конструкционной прочности (рисунок 3.28) и повышенной усадке (гл. 4.5) обладает классический цементно-песчаный газобетон. Для него характерен медленный рост пластической прочности, составляющий к концу схватывания цемента (3 ч. 50 мин) 0.75 Па, а через 8 часов - всего 1.8 Па, в то время как для кантования и резки массива газобетона необходимо, согласно СН 277 - 80 иметь 2.50 - 3.0 Па.
Особенности вспучивания газобетонного массива в цементно-зольных композициях с химическими добавками
Качество ячеистого бетона автоклавного и неавтоклавного твердения определяется показателями, установленными ГОСТ 25485 «Ячеистые бетоны. Технические условия». Их основными свойствами является средняя плотность и прочность, которые связаны между собой и другими свойствами материала. При этом класс прочности газобетона должен составлять не менее В 1,5.
Основным отличием неавтоклавного газобетона от автоклавного является повышенная собственная деформация (усадка или удлинение).
В связи с тем, что одним из основных компонентов газобетонной смеси является буроугольная зола ТЭЦ, которая имеет состав и свойства, колеблющиеся в довольно широких пределах (таблица 2.1), необходимо было статистически проверить работоспособность оптимального состава для неавтоклавного газобетона с добавкой Na2SC 4, а также разработать методы, которые позволят прогнозировать его свойства.
С этой целью на 15 пробах буроугольных зол ТЭЦ - 3 г. Барнаула (отобранных в различное время с 2005 по 2006 год) были изготовлены блоки из газобетона в условиях малого предприятия ООО «ГОСТ», которые твердели при нормальных условиях (1, 3, 7 и 28 суток). В результате проведенного эксперимента были установлены статистические изменения физико-механических характеристик, которые представлены в приложении А, таблица А. 1.
С помощью программы «STATISTIKA 6.0» были просчитаны взаимосвязи между полученными свойствами газобетона и различными характеристиками применяемых зол ТЭЦ. Полученные результаты представлены в приложении А, таблице А.2.
Одним из основных свойств ячеистого бетона является средняя плотность и пористость. Эти характеристики предопределяют то или иное свойство материала. Поэтому на первом этапе этих исследований были изучены характеристики проб зол влияющих на плотность и пористость неавтоклавного газобетона. Полученные результаты представлены в таблицах 4.2, 4.3, графические модели наиболее значимых зависимостей отображены на рисунках 4.1 - 4.3 и в приложении Б, рис. Б.1 - Б.8.
Установлено, что на плотность материала в наибольшей степени оказывают влияние следующие характеристики золы: свободный открытый оксид кальция (Са00ТК), время достижения максимальной температуры ранней гидратации золы (т) и её температурный эффект (ДТ), сроки схватывания зольного теста нормальной густоты.
Известно, что главным условием для получения качественной газобетонной смеси является согласование двух процессов: газообразования и нарастания пластической прочности газобетонной смеси, которые в свою очередь зависят от консистенции газобетонной смеси.
При повышении ТНГ золы и водотвердого отношения в целом снижается вязкость смеси, в результате чего уменьшается ее газоудерживающая способность. Часть газа может прорываться наружу, смесь осядет после вспучивания, и материал будет иметь повышенную среднюю плотность. Снижение же ТНГ и В/Т увеличивает вязкость смеси, что затрудняет вспучивание массива и также увеличивает его плотность. Газобетон в этом случае, помимо повышенной плотности, будет иметь пониженную прочность из-за неоднородной структуры. Все выше отмеченное характеризует графическая модель на рисунке 4.1, из которой можно проследить, что оптимальность воды затворения золо-цементного газобетона, существенно зависит от ТНГ золы.
