Содержание к диссертации
Введение
1. Современные представления о поризованном бетоне как эффективном теплоизоляционном материале 11
1.1 Основные характеристики и технологические особенности получения неавтоклавного газобетона 15
1.1.1. Ячеистые бетоны: свойства и особенности получения 16
1.1.2. Технико-экономическая и экологическая эффективность производства и применения газобетона неавтоклавного твердения 32
1.2. Проектирование составов газобетонных смесей 35
1.3. Анализ основных технологических факторов, влияющих на качество газобетонных изделий 39
1.3.1. Механизм формирования пористой структуры газобетонов 40
1.3.2. Реологические свойства газобетонной смеси и ее устойчивость 42
1.3.3. Способы регулирования реологических параметров при производстве неавтоклавного газобетона 44
1.3.3.1. Влияние водотвердого отношения 45
1.3.3.2. Виброформование 46
1.3.3.3. Добавки, влияющие на реологические свойства газобетонной смеси 48
1.4. Твердение газобетонной смеси и оптимизация процессов, происходящих при этом 51
1.4.1. Современные представления о твердении цемента 51
1.4.2. Использование объемных фазовых характеристик системы цемент-вода при исследовании процессов гидратации и твердения газобетонных смесей 56
1.4.3. Взаимодействие цемента с водой и химический состав новообразований 57
1.4.4. Влияние различных добавок на гидратацию и твердение цементной и газобетонной смесей 60
1.4.4.1. Влияние гипса на процессы гидратации и твердения 60
1.4.4.2. Роль эттрингита в формировании прочности и устойчивости цементной и газобетонной смесей 63
1.4.4.3. Влияние микрокремнезема 66
1.4.4.4. Водорастворимые полимеры неионогенного типа 67
1.4.4.5. Ускорители твердения 68
1.5. Предпосылки исследований 70
2 Используемые материалы и методики исследований 73
2.1. Характеристика сырьевых материалов 73
2.1.1. Вяжущее 73
2.1.2. Кремнеземистый компонент - кварцевый песок 74
2.1.3. Известь 74
2.1.4. Алюминиевая пудра 75
2.1.5. Добавки 75
2.2. Методики проведения исследований 76
2.2.1. Расчет состава газобетонной смеси 77
2.2.2. Методика определения реологических свойств газобетонной смеси 80
2.2.3. Методика исследования процессов гидратации цемента и твердения газобетонной смеси 81
3 Исследование реологических характеристик газобетонных смесей 86
3.1. Физико-химические основы создания высокопористой структуры материала 86
3.2. Регулирование реологических характеристик газобетонной смеси 89
3.2.1. Изменение реологических характеристик газобетонной смеси на ранних сроках твердения 91
3.2.2. Влияние температуры газобетонной смеси на ее реологические свойства 96
3.2.3. Влияние различных добавок на изменение реологических свойств газобетонной смеси 97
3.2.3.1. Влияние добавки полуводного гипса 99
3.2.3.2. Влияние добавки микрокремнезема 102
3.2.3.3. Влияние ускорителей твердения 106
3.3. Выводы 111
4 Исследование процессов твердения газобетонной смеси 113
4.1. Формирование межпоровой перегородки газобетона 113
4.2. Использование объемных фазовых характеристик в исследовании процессов происходящих при получении газобетона 116
4.2.1. Закон постоянства объемного фазового состава дисперсных систем 116
4.2.2. Диаграмма изменения фазового состава газобетонной смеси 124
4.3. Описание процесса поризации газобетонной смеси с помощью объемных фазовых характеристик 124
4.4. Проектирование состава газобетонных смесей с использованием объемных фазовых характеристик 127
4.5. Исследование процессов гидратации и твердения газобетонной смеси с добавками и без них 129 4.5.1. Влияние поливинил ацетатной дисперсии на процессы твердения газобетонной смеси 133
4.5.2. Влияние гипса на процессы твердения газобетонной смеси 135
4.5.3. Влияние микрокремнезема на процессы твердения газобетонной смеси 137
4.5.4. Влияние ускорителей твердения на процессы твердения газобетонной смеси 138
4.5.4.1. Хлористый кальций 139
4.5.4.2. Сульфат алюминия 140
4.5.5. Влияние комплексной модифицирующей добавки на процессы твердения газобетонной смеси 141
4.5.6. Роль эттрингита в формировании прочной межпоровой перегородки газобетона 142
4.5.7. Прочность газобетона неавтоклавного твердения 149
4.6. Фазовые диаграммы процесса твердения газобетонной смеси 151
4.7. Структурообразование в твердеющей межгоровой перегородке 158
4.8. Выводы 161
5. Практические рекомендации для получения неавтоклавного газобетона 164
Общие выводы 171
Литература 174
Приложения 192
- Проектирование составов газобетонных смесей
- Методики проведения исследований
- Регулирование реологических характеристик газобетонной смеси
- Проектирование состава газобетонных смесей с использованием объемных фазовых характеристик
Введение к работе
Актуальность темы. Проблемы энергосбережения и экологической безопасности поставили перед многими отраслями народного хозяйства ряд неотложных задач, среди которых решающую роль играет создание новых теплоизоляционных материалов и производств, обеспечивающих их выпуск. Особенно остро в таких материалах нуждаются регионы Сибири с их суровыми климатическими условиями. Кроме того, изменение требований по теплоизоляции зданий к 2000г. еще более обострило вопрос разработки, производства и применения в конструкциях современных теплоизоляционных материалов. Основными требованиями потребителей сегодня являются не только низкая плотность и высокая прочность материалов, но и простота технологии изготовления и небольшая стоимость изделий.
Наиболее эффективными теплоизоляционными материалами, отвечающими этим требованиям, являются ячеистые бетоны, в частности газобетоны, которые обладают низким коэффициентом теплопроводности и изготовляются из дешевого исходного сырья.
В настоящее время производство ячеистых бетонов основано на автоклавном способе тепловой обработки изделий. Вместе с тем, повышается интерес к неавтоклавным ячеистым бетонам вследствие более низких экономических затрат на производство. В перечень сниженных затрат на получение ячеисто-бетонных изделий без автоклавной обработки входят такие технологические операции как прием и переработка сырья; дозирование компонентов; тепловлажностная обработка: снижается расход электроэнергии, пара, ниже потребность в рабочей силе, а также в несколько раз снижается металлоемкость оборудования.
Одним из основополагающих свойств теплоизоляционных материалов является пористость, которая, в основном, и определяет величину коэффициента теплопроводности. Газобетон относится к высокопористым материалам. Непосредственно " в технологии газобетонных изделий формирование пористой структуры материала происходит на стадии формования, которая является весьма ответственной технологической операцией. В процессе вспучивания и структурообразования газобетонных смесей необходимо строгое соблюдение принципа соответствия скоростей газовыделения и увеличения реологических свойств смеси. В связи с этим весьма большое значение приобретает регулирование реологических свойств смеси, а именно вязкости и предельного напряжения сдвига, непосредственно в период интенсивного газовыделения. Оптимизация реологических характеристик газобетонной смеси в момент вспучивания может осуществляться путем увеличения значений пластической вязкости и уменьшения значений предельного напряжения сдвига и пластичности по Воларовичу. Это дает возможность стабилизировать процесс вспучивания газобетонной смеси и создать материал с оптимальной пористой структурой.
Основным недостатком газобетона неавтоклавного способа твердения является низкая степень гидратации вяжущего, в отличие от автоклавного способа производства, при котором твердение газобетонной смеси происходит как в результате гидратации вяжущего при повышенных температуре и давлении, так и в результате гидротермальной реакции взаимодействия диоксида кремния (кварцевый песок) и оксида кальция (известь). Специфика технологии безавтоклавного газобетона требует повышенного расхода цемента, при гидратации и твердении которого в режиме пропаривания (t=80-85°C) формируется конечная прочность изделий за счет высокого химического потенциала системы цемент-вода. Низкая степень гидратации цемента, которая является следствием плохой закристаллизованное™ продуктов гидратации, может быть причиной усадки неавтоклавных газобетонов в процессе эксплуатации. Преодолеть данный недостаток можно за счет использования ускорителей гидратации и твердения, активных минеральных добавок и снижения начального водотвердого отношения с помощью ПАВ.
Диссертационная работа выполнялась с 1998 по 2002гг. Цель работы: Разработка составов и научно-обоснованных приемов получения газобетона неавтоклавного твердения.
В соответствии с намеченной целью решались следующие задачи работы:
1. исследование состава и свойств сырьевых материалов;
2. исследование реологических свойств газобетонной смеси;
3. изучение влияния полимерных и минеральных добавок на реологические свойства газобетонной смеси;
4. исследование процессов гидратации и твердения газобетонной смеси с полимерными и минеральными добавками;
5. получение газобетона неавтоклавного твердения с заданными свойствами и с использованием различных добавок и выявление закономерностей, позволяющих оперативно корректировать составы в производственных условиях.
Научная новизна:
1. установлена возможность использования объемных фазовых характеристик - объемной концентрации твердой, жидкой и газообразной фаз и закона постоянства, фазового состава дисперсной системы для исследования процессов поризации и твердения газобетонной смеси;
2. установлено, что оценку реологических свойств газобетонной смеси в период поризации, длительность которого составляет 30-45 мин, целесообразно проводить с помощью показателя пластичности по Воларовичу. При значениях пластичности в пределах 0,32 - 0,70 с"1 достигаются оптимальные реологические свойства газобетонных смесей, т.е. высокая вязкость и низкое предельное напряжение сдвига, обеспечивающие устойчивость смеси в процессе поризации. Введение модифицирующих добавок способствует достижению оптимальных реологических свойств газобетонной смеси;
3. установлено, что особенностью получения газобетона является образование значительного количества гидроалюминатов кальция, присутствие которых отрицательно сказывается на прочности изделий. Связывание примерно 50% образующихся гидроалюминатов кальция с помощью добавки коллоидной суспензии двуводного гипса, приготовленной на основе полуводного, в результате чего образуется эттрингит с игольчатой формой кристаллов, что позволяет сформировать прочную межпоровую перегородку за счет ее микроармирования. Кроме того, образовавшиеся кристаллы эттрингита повышают устойчивость газобетонной смеси в процессе ее поризации;
установлено, что повышение прочности газобетона и уменьшение его усадки связано с увеличением объемной концентрации твердой фазы в процессе гидратации цемента до значений близких к исходной величине свободного порового пространства, что достигается введением тонкодисперсных добавок и ускорителей процесса гидратации цемента; установлено, что добавка хлорида кальция в количестве 2% от массы цемента положительно влияет на образование эттрингита, а также длина его игольчатых кристаллов в присутствии СаСЬ увеличивается в размере до 5мкм.
Практическая ценность работы.
Предложены составы газобетонных смесей, позволяющие получать неавтоклавный газобетон с объемным весом 300-900 кг/м3 с прочностными показателями, сопоставимыми с прочностью автоклавного газобетона;
установлены оптимальные количества добавок: полуводного гипса, необходимого для приготовления гипсовой суспензии, - на 1 г алюминиевой пудры необходимо 4.66 г гипса; микрокремнезема- 3% от массы цемента; хлорида кальция- 2% от массы цемента, обеспечивающие устойчивость смеси в процессе поризации и необходимую прочность изделий; 3. предложена новая методика расчета состава газобетонных смесей с плотностью в пределах 300-900 кг/м с использованием объемных фазовых характеристик дисперсных систем;
4. предложено графическое изображение изменений фазового состава в процессе поризации и твердения газобетонной смеси, позволяющее проследить траекторию развития указанных процессов во времени и эффективность действия вводимых добавок.
Апробация работы. Диссертационная работа и отдельные ее части обсуждались на III, IV, V, VI, VII Международном научно-техническом симпозиуме «Геология и освоение недр», г.Томск, 1999-2003 гг., на Международном научно-техническом семинаре «Нетрадиционные технологии в строительстве», Томск, 1999г., на Международном симпозиуме «KORUS -2002», г.Новосибирск.
Публикации. По материалам работы опубликовано 14 работ в виде тезисов, докладов и статей в специализированных журналах, в том числе получен приоритет по заявке на изобретение.
Объем и структура диссертационной работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, основных выводов по работе, списка используемой литературы. Работа изложена на 213 страницах машинописного текста, содержит 23 таблиц и 44 рисунка.
Проектирование составов газобетонных смесей
Известно несколько методов подбора состава ячеистых бетонов: с учетом микрогранулометрии составляющих массу компонентов, условий формования и водотвердого отношения; по СН 277-70; на известково-цементном вяжущем и др.
Метод подбора состава газобетонной смеси с учетом микрогранулометрии составляющих компонентов, условий формования и водотвердого отношения позволяет оценивать влияние того или иного способа подготовки ячистосиликатной или ячеистобетонной смеси, ее вспучивания и формования на качество материала; он дает возможность определить такой состав, который будет способствовать получению материала наилучшей структуры при оптимальных технологических режимах.
По способу, рекомендуемому СН 277-70 (авторы Баранов А.Т., Бахтияров К.И. и Розенфельд Л.М.) назначают исходные по массе отношения кремнеземистого компонента и вяжущего С.
Содержание алюминиевой пудры или водного раствора пенообразователя Рп вычисляют по формуле:кг/м ; Кс - коэффициент увеличения массы в результате твердения за счет химически связанной воды, равный 1,1; W - удельный объем сухой смеси, л/кг , где уф - фактическая объемная масса раствора]; а - коэффициент р )использования порообразователя, равный 0,85 при использовании алюминиевой пудры и 0,8 - пены; V - заданный объем ячеистобетонной массы, л; К - коэффициент выхода пор, т.е. отношение объема пены или газа к массе порообразователей, равный 1390 л/кг при использовании алюминиевой пудры и 20 л/кг - пенообразователей.
Массу сухих материалов определяют по формуле:вяжущем, в долях. Водотвердое отношение определяют с учетом текучести раствора по расплыву на приборе Суттарда /4/.
Способ подбора состава газосиликата разработан Бородкиным B.C. под руководством Горяйнова К.Э.. Сущность способа заключается в том, что водотвердое отношение, содержание активного оксида кальция в смеси, а также алюминиевой пудры определяют по графику, построенному по данным специально проведенных экспериментальных работ. При этом состав назначают в зависимости от марки газосиликата, его объемной массы, тонкости помола известково-песчаного и кремнеземистого компонента, а также от режима автоклавной обработки.
Применяемые в настоящее время общие правила подбора состава ячеистого бетона, в частности, рассмотренные выше, полностью основаны на приготовлении опытных замесов. Отсутствие расчетной части в этих правилах и характерная многовариантность составов смеси при получении требуемых характеристик прочности и долговечности при заданной средней плотности приводят к необходимости приготовления большого количества опытных замесов.
Установлены определенные закономерности изменения свойств ячеистого бетона в зависимости от его состава и технологических факторов изготовления. Это позволило Федынину Н.И. /56/ разработать метод расчета и подбора состава ячеистого бетона с предварительным определением перед приготовлением пробных замесов оптимальных соотношений между кремнеземистым компонентом и вяжущим веществом Ссв, а также водотвердого отношения В/Т, обеспечивающего требуемую текучесть смеси расчетным путем.
По предлагаемому методу расчет состава бетона с заданными прочностью при сжатии Re и средней плотностью ячеистого бетона в сухом состоянии ус сводится к определению Ссв с помощью формулы (1.1): где А - коэффициент, учитывающий влияние вида кремнеземистого компонента и его удельной поверхности.
Затем находится оптимальное значение водотвердого отношения В/Т по формуле (1.2):где к и b - коэффициенты линейной функции: для газобетона и газозолобетона разных способов формования равно Ь=3,4; значение коэффициента к различаются: для газобетона литьевой технологии - к=2, вибрационной - к=1,6, для газозолобетона литьевой технологии - к=2,15, вибрационной - к=1,9;S - удельная поверхность кварцевого компонента, см2/г. Дальнейший расчет количества порообразователя, а также расход материалов на замесы осуществляется по формулам, предложенным в СН 277-80 и широко применяемым на практике.
При подборе состава газобетона критерием обычно служит прочность при сжатии, которая, однако, не определяет трещиностоикости ячеистого бетона. Основные показатели бетона, влияющие на повышение его эксплуатационной трещиностоикости - растяжимость, усадка, прочность при растяжении, - при подборе состава бетона не учитываются. Анализ путей управления этими характеристиками бетона показывает, что наиболее доступно повышение прочности бетона при растяжении.
Авторы работы /57/ определили несколько направлений повышения предела прочности ячеистого бетона при растяжении:- создание оптимального состава новообразований (повышение содержания гидросиликатов кальция, характеризующиеся высокими значениями прочности при изгибе);- армирование межпоровых перегородок бетона;- повышение плотности межпоровых перегородок; - уменьшение дефектности микроструктуры бетона снижением кристаллизационного давления на стадии образования начальной и конечной структур;- уменьшение собственных напряжений в кристаллическом сростке бетона, возникающих на стадии изготовления.
Увеличению прочности при растяжении способствует подбор оптимального состава и гранулометрии компонентов, а также режимов тепловлажностной обработки, обеспечивающих получение ксонотлита, образующегося в условиях повышенных температур (при 1,0-1,6 МПа), наряду с гидросиликатами CSH(I) и тоберморитом.
Приведенные способы цодбора и расчета газобетонной смеси разработаны в основном для получения автоклавного газобетона. Немногочисленные и несистематизированные сведения в научной литературе по технологии неавтоклавного газобетона дают основания полагать, что эта технология находится на рецептурно-технологическом; уровне.
Методики проведения исследований
В работе применялись общепринятые методики проведения лабораторных испытаний материалов, изложенные в соответствующих стандартах, а также методики, разработанные ведущими научно-исследовательскими институтами и ВУЗами.
Газобетонная смесь (ГБС) является типичной гетерогенной дисперсной системой, состоящей в исходном состоянии из двух фаз - твердой (Т) и жидкой (Ж) и практически не содержит газовой фазы. Общий объем смеси складывается из объемов твердой и жидкой фаз. Принимая, что при гидратации и твердении вяжущих примерно 10% воды переходит в химически связанное состояние, то есть в состав твердой фазы, имеем:
В/Т - заданное значение водо-твердого отношения; ри - истинная плотность материала твердой фазы, кг/м . Относительные объемы твердой и жидкой фаз или их объемные концентрации Кть Кжі в исходном состоянии определяются:и для исходного состояния справедливо соотношение:
Проектирование состава ГБС с использованием массовых количеств компонентов является достаточно сложной задачей и поэтому для основного метода расчета состава смеси используется метод абсолютных объемов, являющийся частным случаем закона постоянства объемного фазового состава дисперсной системы.Исходной характеристикой для расчета является объемная масса готового изделия.Расход вяжущего (цемента) подсчитывают по формуле:где рсух - заданная плотность ячеистого бетона в сухом состоянии, кг/м3; К - коэффициент учитывающий увеличение массы сухой смеси при тверденииза счет связанной воды, принимаемый равным 1,1; V - объем замеса, м ; С -число частей по массе кремнеземистого компонента, приходящихся на 1 часть по массе вяжущего вещества, С=0,3.
Расход кремнеземистого компонента (кварцевого песка):Водотвердое отношение является постоянной величиной и выбирается в зависимости от используемой технологии формования газобетонного изделия, в данном случае В/Т= 0,65.
Общий объем воды для замеса рассчитывается исходя из суммы твердого вещества и водотвердого отношения:
Следующим этапом расчета состава смеси является определение объема пор в газобетоне:где V - объем ячеистого бетона, м3;Vu - объемное содержание цемента в смеси, которое определяется поР формуле Vu = —, где Рц, и рц - расход (кг) и истинная плотность (кг/м3) Рццемента соответственно;Vn - объемное содержание кварцевого компонента (песка) вгазобетоннойр смеси, которое определяется по формуле Vn =—-, где Рп и рп - расход (кг) иистинная плотность (кг/м ) кварцевого песка соответственно;
В - общий объем воды, необходимый для приготовления газобетонной смеси, л.Теоретический расход газообразователя (алюминиевой пудры) определяется по реакции газовыделения:
По этому уравнению 54г. алюминия выделяют 3 грамм-молекулы (или 6 г.) водорода; т.к. объем каждой грамм-молекулы газа при нормальных условиях79 равен 22,4 л, то весь выделившейся водород займет объем 22,4-3=67,2 л. Следовательно, 1г. алюминиевой пудры выделяет водород в количестве 1,25 л.
Так как температура газобетонной смеси в момент газовыделения находится в пределах 40С, то объем водорода, выделяемого 1г. алюминиевой пудры будет определяться по закону Гей-Люссака:
Практический расход алюминиевой пудры больше теоретического за счет неполного протекания химической реакции между алюминием и гидроксидом кальция, а также частичной потери образовавшегося газа в окружающую среду. Практический расход алюминиевой пудры (Ап) подсчитывают по формуле:где Ки - коэффициент использования порообразователя, Ки=0,85.
Объединяя формулы (2.10) и (2.11) при VT= 1,42 л. получаем формулу для определения расхода алюминиевой пудры:При производстве неавтоклавного газобетона в качестве вяжущего используется портландцемент, а известь добавляется в небольших количествах только с целью создания сильной щелочной среды, что является определенным толчком для осуществления процесса поризации. Количество извести также определяется по реакции газообразования, т.е. по абсолютным объемам реагирующих веществ.
Для снятия парафиновой пленки с частичек алюминия при приготовлении алюминиевой суспензии необходимо вводить стеарат натрия (хозяйственное мыло) в количестве 5% от расхода алюминиевой пудры.
Регулирование реологических характеристик газобетонной смеси
В результате изучения литературных источников по теме исследования реологических характеристик газобетонной смеси было установлено, что для регулирования реологических свойств газобетонной смеси в процессе ее поризации наиболее целесообразно использование модифицирующих добавок. В тоже время на изменение реологических характеристик смеси довольно сильное влияние оказывает как температура окружающей среды, так и температура самой смеси. Также необходимо обращать внимание на характер изменения реологических свойств газобетонной смеси во времени.
В исследовании характера изменения реологических свойств газобетонной смеси в качестве основных компонентов использовались Топкинский портландцемент М 400, известь, молотый кварцевый песок. При получении газобетона с плотностью 300 кг/м использовались смеси с постоянным водотвердым отношением В/Т = 0,65, состав которых представлен в табл.3.1. Особенностью исследований является то, что газообразователь (алюминиевая пудра) не вводился в смесь в процессе ее приготовления, и изменение реологических характеристик определялось в зависимости от времени выдержки смеси и содержания добавки. В качестве тонко дисперсного наполнителя в смесь вводили кварцевый песок, в нескольких составах он заменялся высокодисперсным микрокремнеземом, содержащим до 98% SiC .
Измерения реологических характеристик проводились у свежеприготовленной смеси и смеси, выдержанной в течение 15, 30 и 45 минут с помощью ротационного вискозиметра РВ-8, конструкция которого представлена в п.2.2.2, гл.2.
Процесс поризации газобетонной смеси начинается спустя 10 мин после приготовления и заканчивается по истечении 45-60 мин. В данный период (10-45 мин) также начинает интенсивно развиваться процесс гидратации цемента, то есть процесс вспучивания смеси сопровождается набором начальной прочности образцов газобетона. Изменение значений реологических свойств газобетонной смеси во времени происходит с возрастанием. Характер увеличения значений зависит от состава смеси, то есть от вида и количества вводимых добавок. Изменение значений реологических свойств газобетонных смесей во времени представлено в табл.3.2. и на рис. 3.2-3.7.
Зависимость реологических свойств газобетонной смеси от температуры имеет сложный и многофакторный характер. С одной стороны, повышение температуры приводит к понижению поверхностного натяжения и вязкости воды, что снижает предельное напряжение сдвига и вязкость смесей, затворяемых водой. С другой стороны, при этом сокращается период гидратации вяжущего и коллоидации различных тонкодисперсных систем, что приводит к возрастанию реологических показателей. При повышении температуры газобетонной смеси скорость процесса газообразования резко увеличивается и возникает реальная возможность сопоставить скорости газовыделения и повышения значений реологических характеристик при ускоренном схватывании и твердении вяжущих веществ в смеси.
При традиционном способе производства газобетонных изделий приготовление смеси предполагает необходимое условие, которое заключается в том, что для наилучшего проведения процесса поризации газобетонная смесь должна быть нагрета до температуры порядка 45С, а также заполняемая форма должна иметь температуру 45-50С. Это может достигаться либо за счет затворения газобетонной смеси горячей водой (около 60С), либо подогревом свежеприготовленной смеси разлитой в формы.
В данной работе был проведен сравнительный анализ изменения реологических свойств газобетонной смеси в холодной - 20С и горячей - 45С средах. Результаты сравнительного анализа, представленные в табл. 3.3 и на рис.3.2-3.7, показывают, что значения пластической вязкости и предельного напряжения сдвига в горячей среде выше, чем в холодной. Следовательно, в газобетонной среде, температура которой повышена до 45С процессы гидратации цемента и накопления первичных тонкодисперсных продуктов гидратации, являющиеся причиной увеличения значений реологических свойств газобетонной смеси, протекают более интенсивно. В тоже время реакция газообразования с повышением температуры до 45С протекает также с довольно хорошей скоростью.
Таким образом, по результатам исследований влияния температуры на реологические свойства газобетонной смеси, можно сказать, что значения данных свойств при повышенной температуре увеличиваются, увеличивается скорость набора начальной прочности газобетона, однако и скорость реакции газообразования также увеличивается. Это приводит к несоответствию скоростей газовыделения и изменения реологических свойств газобетонной смеси. Поэтому необходимо использовать другие методы регулирования вязкости и предельного напряжения сдвига в период поризации, основным из которых является применение модифицирующих добавок.
Среди веществ положительно влияющих на реологические свойства газобетонной смеси большую роль играют полимеры неионогенного типа, поливинилацетатная дисперсия и полиакриламид, которые снижают вязкость системы и способствуют образованию равномерной пористой структуры с порами округлой формы и оптимальных размеров, что показано также в литературных источниках /11/. Однако введение подобных добавок, в частности ПВА, в газобетонную смесь отрицательно сказывается на процессах гидратации и твердения цемента. Так, при добавлении ПВА в смесь она ингибирует обычные процессы гидратации цемента, но реагирует с Са2+ и А13+ с образованием поперечно-сшитой сетки полимера и ацетата кальция. В данном случае материал представляет собой в основном зерна клинкера или продуктов гидратации, диспергированные в непрерывной полимерной матрице /102/. Хотя газобетонные изделия имеют равномерную и крупнопористую структуру, которая представлена на рис.3.8.
В качестве тонкодисперсных минеральных добавок применяли полуводный гипс, микрокремнезем, а также ускоритель твердения хлорид кальция.Выбор добавок обусловлен их значительным влиянием на коллоидно-химические свойства жидкой фазы суспензии при небольшом содержании этих добавок, а также положительным влиянием на процессы гидратации и твердения цемента. К тому же доказано, что добавка хлористого кальция интенсифицирует реакцию газовыделения, так как ионы хлора в щелочнойсреде активизируют процесс растворения алюминия благодаря их адсорбции на окисленной поверхности частиц и замещению в ней ионов кислорода. Это явление способствует ускоренному растворению пассивирующих пленок на частицах алюминия в присутствии гидроксильных ионов /17/.
Сравнение изменений значений реологических свойств газобетонной смеси в зависимости от вида и содержания добавок проводилось при 30-ти минутной выдержке газобетонной смеси в холодной и горячей средах. Время 30 мин с момента затворения соответствует периоду наиболее интенсивного
Проектирование состава газобетонных смесей с использованием объемных фазовых характеристик
Методы расчета и проектирования газобетонных смесей в процессе работы постоянно уточнялись /149, 150/. Было установлено, что графическое изображение процесса поризации газобетонных смесей в тройной системе координат в виде фазовой диаграммы значительно упрощает расчеты при проектировании составов газобетонов. Для этого необходимо знать три параметра: исходное водо-твердое отношение, пересчитанное на объемные доли, истинную плотность твердой фазы и заданную плотность проектируемого газобетона. Если в состав твердой фазы входят несколько компонентов, например, молотый кварцевый песок, то ее истинная плотность определяется по правилу аддитивности.
Учитывая связывание 10% воды в твердую фазу при гидратации и твердении цемента, расчетное количество твердой фазы в конечном состоянии газобетонной смеси при различных значениях В/Т определялось по формуле:где рг/б - заданная плотность газобетона, кг/м3;Результаты расчетов фазового состава газобетонов представлены в табл.4.2, из которой можно сделать выводы, что- при постоянном В/Т и различной плотности газобетона, соотношение между объемными долями твердой и жидкой фаз смеси как в исходном, так и в поризованном состоянии есть величина постоянная;
По известным значениям KTJ И Кжі на стороне треугольника Кт - Кж находится точка начального фазового состава, которая соединяется прямой линией с вершиной треугольника Кг. Конец процесса поризации определяется точкой пересечения линии поризации с горизонтальной линией Кт2 = const, уровень которой определяется по значению Кт2, рассчитанному по формуле (4.16). Необходимое количество газобразователя (А1-пудра) рассчитывается исходя из соответствующего объемного содержания газовой фазы в 1м3 ГБС.
Результаты расчетов объемного содержания газовой фазы для получения газобетона соответствующей объемной массы при температуре поризации (45С) приведены в табл. 4.3Зависимость необходимого объема газовой фазы от плотности получаемого газобетона носит линейный характер.
Неавтоклавный способ производства газобетона имеет весьма существенный недостаток, который заключается в том, что его усадка в процессе эксплуатации выше на 2-3 мм/м, чем у автоклавного газобетона при одинаковой плотности изделий. Величина усадки газобетонного изделия зависит от степени гидратации цемента в составе газобетонной смеси.
Процесс гидратации цемента происходит в межпоровой перегородке, особенности формирования которой подробно описаны в п.4.1, гл.4. Большое водотвердое отношение газобетонной смеси В/Т=0,65 предполагает специфичное развитие процессов гидратации цемента в межпоровой перегородке, которая представляет собой суспензию с толщиной прослоек жидкости между частичками цемента больше необходимого для создания плотной и прочной структуры твердения.
В этой связи для повышения концентрации твердой фазы и сокращения свободного порового пространства в межпоровой перегородке исходного состояния, а, следовательно, ее уплотнения и упрочнения необходимо применять высоко дисперсные добавки. Особое значение при этом приобретает повышение степени гидратации, в результате чего повышается также и степень заполнения свободного порового пространства межпоровой перегородки продуктами гидратации, и закристаллизованное продуктов гидратации при помощи введения добавок-ускорителей твердения. В качестве таких добавок в настоящей работе были использованы полуводный гипс, микрокремнезем, поливинилацетатная дисперсия, а также ускорители твердения хлорид кальция и сульфат алюминия.
Отличительной особенностью настоящего исследования является то, что установление закономерностей твердения цемента в составе газобетонной смеси проводилось на плотных модельных образцах размером 3x3x3 см, изготовленных из предварительно дегазированной в вакуум-эксикаторе газобетонной смеси в течение 30 мин, отображающих начальную структуру и свойства межпоровой перегородки газобетона. Определяя концентрацию твердой фазы в таких образцах можно достаточно точно проследить развитие процессов гидратации и твердения.
В качестве основных компонентов газобетонной смеси использовались портландцемент Топкинского завода М400 с удельной поверхностью 3100кг/м3, известь, газообразователь - алюминиевая пудра. При получении экспериментальных плотных образцов использовались смеси с постоянным водотвердым отношением В/Т = 0,65. Расход основных компонентов для всех составов составлял на 1м3: цемента 280 кг, извести 2,5 кг, алюминиевой пудры 0,6 кг, стеаратаЫа 0,03 кг, воды 182 л.
В ходе исследований проводили сравнительный анализ фазовых характеристик, степени заполнения свободного порового пространства модельных образцов газобетона и степени гидратации газобетонных смесей с Газобетонную смесь для исследования готовили обычным способом. После приготовления смесь подвергалась дегазации, т.е. удалению газовой фазы, образовавшейся в результате реакции газообразования. Частично дегазированную смесь помещали в вакуум-эксикатор на 30 мин, после чего формовали опытные образцы размером 3x3x3 см и выдерживали их в камере нормального твердения в течение 1, 3, 6, 12, 16, 24 часов и 3, 7, 14, 28 суток. После указанного срока хранения у каждого образца определялась объемная масса во влажном состоянии рВЛі, и по формулеопределялась кажущаяся плотность образцов в сухом состоянии. В данной формуле {в/т)2 - конечная абсолютная влажность образцов, котораяопределялась с помощью термогравиметрического анализа в интервале температур удаления свободной воды (20-105С). Истинная плотность гидратированного материала определялась пикнометр ическим методом у проб, предварительно обработанных абсолютным этиловым спиртом и высушенных при 85-90С. По отношению кажущейся и истинной плотности определялась
