Контакты

Адрес:
664056 г. Иркутск,
ул. Салацкого, 17
(м/р Приморский),

тел./факс: (3952) 793-663  
Написать нам письмо

Неавтоклавные газобетоны с полидисперсными наполнителями на основе отходов промышленности

Я.Б. Якимечко, канд. техн. Наук. Национальный университет «Львовская полттехника», (Львов, Украина)

Неавтоклавные газобетоны с полидисперсными наполнителями на основе отходов промышленности

На современном этапе развития строительства ячеистые бетоны являются одним из наиболее эффек­тивных теплоизоляционных и одновременно конструкционных материалов. Они обладают низким коэффициентом теплопроводности, достаточной механической проч­ностью и изготовляются из деше­вого исходного сырья. Наиболее распространены ячеистые бетоны автоклавного способа производ­ства, где прочность изделий обус­ловлена синтезом при повышенных давлениях и температурах высокозакристаллизованых продуктов [1]. Интерес к неавтоклавным ячеистым бетонам обусловлен низкой энер­гоемкостью его производства, а так­же простотой и относительно невы­сокой ценой оборудования. На Украине большое развитие получили тех­нологии производства пенобетонов, а в настоящее время стремительно увеличивается количество производств, выпускающих неавтоклав­ный газобетон. Основным недостат­ком неавтоклавного газобетона является повышенная величина усадки, которая связана с низкой степенью закристаллизованное первичных продуктов гидратации цемента, а также с образованием по­вышенных количеств гидроалюми­натов кальция в результате реакций газообразования между металличе­ским алюминием и известью [2].

На практике используется мно­жество технологических приемов для устранения этого недостатка. В частности, разрабатываются раз­личные способы уплотнения межпоровых перегородок за счет введе­ния наполнителей, расширяющихся цементов, волокнистых добавок, уменьшения количества воды затворения.

В настоящей работе рассмотре­ны способы увеличения плотности межпоровых перегородок неавтоклавного газобетона при использо­вании двух или более наполните­лей различной природы, состава и дисперсности, а также путем целенаправленного регулирования структуры образующегося цемент­ного камня.

Таблица 1

Вид материала

Истинная плотность, г/см3

Насыпная плотность, кг/м3

Остаток на сите № 008,%

В/Т при расплыве по Суттарду 16 см

Гидравлическая активность, мг/г

Молотый доменный шлак

2,83

1110

6

29

98

Зола Бурштынской ТЭС

2,65

930

4

26

65

Микрокремнезем

1,65

390

0

45

220

Молотый кварцевый песок

2,75

1100

25

21

45

Молотый известняк

2,55

1030

11

24

-

Портландцемент

3,2

1280

10

42

-

Таблица 2

Вид наполнителя*

Прочность при сжатии, МПа, в возрасте, сут

В/Т

4

7

14

28

Доменный шлак

21

24,1

30,6

44,2

0,27

Зола уноса

19,1

32,8

37,8

48,6

0,26

Песок

19,5

22,8

29,8

37,8

0,28

Известняк

19,2

25,7

32,6

36,9

0,29

Примечание. Количество наполнителя 50-% от массы цемента.

В качестве исходных материа­лов использовался бездобавочный портландцемент М500 ОАО «Николаевцемент», молотый доменный шлак комбината «Криворожсталь», зола-уноса Бурштынской ТЭС (Ивано-Франковская обл.), отваль­ный микрокремнезем Луганского завода ферросплавов, молотая не­гашеная известь 2-го сорта. При по­лучении газобетона применялась виброактивация газобетонной сме­си на стадии перемешивания и виб­роударный способ вспучивания массива.

В табл. 1 приведены некоторые физические характеристики используемых компонентов. Данные таблицы показывают, что наполни­тели характеризуются более низкой истинной плотностью, чем портланд­цемент, а также обладают опреде­ленной активностью по отношению к извести. Причем количество свя­занной извести зависит как от при­роды наполнителя, так и от его ди­сперсности.

Определение водотвердого отно­шения, при котором достигается подвижность смеси, необходимая для процесса виброспучивания (по Суттарду 16 см), показало, что порт­ландцемент и микрокремнезем характеризуются наиболее высокими значениями В/Т. Это объясняется в случае с микрокремнеземом высо­кой дисперсностью, а для портланд­цемента — высокой истинной плот­ностью частиц при одинаковой удельной поверхности по сравне­нию с золой-уноса и доменным гра­нулированным шлаком. Исходя из этого для достижения минимально­го В/Т при максимальной подвиж­ности количество таких наполните­лей, как шлак или зола, должно быть максимальным.

Таблица 3

Состав композиции, мас. %1

В/Т

Предел прочности при сжатии, МПа, в возрасте, сут2

Цемент

Шлак

Зола

7

14

28

50

5

45

0,27

14,6

20,4

33,6

50

10

40

0.29

15,7

21,9

27,8

50

15

35

0,31

15,6

18,3

26,4

50

20

30

0.31

11,4

17,7

32,8

50

25

25

0,32

16,5

34

51,1

50

30

20

0,31

10,8

20

30,9

50

35

15

0,32

18,8

21,9

36,6

50

40

10

0,32

17

28,9

42,1

50

45

5

0,31

16,6

22,9

34,7

Примечание. 1- подвижность раствора 16 см по Суттарду; 2 - образцы- кубики 40×40×40 мм

Известно [3], что прочность яче­истого бетона определяется прочностыо межпоровых перегородок. Причем для достижения необходи­мого коэффициента конструктив­ного качества она должна достигать значений не менее 30 МПа. Опреде­лялись физико-механические ха­рактеристики материала перегоро­док, полученного на основе портланд­цемента и наполнителей (табл. 2). Образцы на основе шлака и золы ха­рактеризуются наивысшей проч­ностью, наиболее интенсивный рост которой наблюдается в более отдаленные сроки твердения.

Усадка неавтоклавного газобето­на в процессе высыхания может достигать величины 2—3,5 мм/м. На нее значительно влияет состояние межпоровой перегородки. Сущест­вует несколько способов повыше­ния плотности и соответственно прочности перегородки. Например, этого можно достичь рациональной упаковкой частиц наполнителя. При этом наиболее компактная упа­ковка достигается при использова­нии полидисперсного наполнителя. Эксперименты показали, что при совместном введении в состав композиции золы-уноса и молотого шлака при соотношении 1:1 механическая прочность цементного камня на 40% выше по сравнению с композицией на одном виде напол­нителя (табл. 3).

Сочетание более крупнодисперс­ного компонента — доменного шла­ка и высокодисперсного — микро­кремнезема позволяет получить максимальную прочность камня при введении 40% шлака и 10% микрокремнезема. Микрокремне­зем играет роль не только наполни­теля, а проявляет себя как гидравли­чески активная минеральная добав­ка (рис. 1).

Рис. 1. Влияние количества микрокремнезема на механическую прочность камня с наполнителем – молотым доменным шлаком.

1 - прочность через 7 суток твердения; 2 – через 14 суток; 3 – через 28 суток.

Кривые имеют два пика: при со­держании микрокремнезема 7—12% и 38—42%. С этими количествами микрокремнезема прочность дости­гает максимального значения в бо­лее отдаленные сроки твердения. При содержании микрокремнезема 7—12% основную роль в наборе прочности, очевидно, играет ком­пактность упаковки частиц, а при больших количествах более эффек­тивно проявляется его гидравлическая активность. Таким образом, для достижения максимальной проч­ности межпоровой перегородки оп­тимальным является совместное ис­пользование нескольких видов наполнителей с различной природой гидравлической активности и величиной дисперсности.

Следует отметить, что повыше­ние компактности упаковки частиц наполнителя положительно влияет на газоудерживающую способность бетонной массы. Это в первую оче­редь проявляется в увеличении кратности вспучивания компози­ций, содержащих одновременно два вида наполнителя по сравнению с одним (рис. 2).

Рис. 2. Влияние вида наполнителя на кратность вспучивания газобетонной массы при содержании наполнителей: 1 – 10% микрокремнезема +40%; 2 – 25% золы-уноса +25% шлака; 3 – 50% шлака; 4 – 50% золы-уноса.

На основе двухкомпонентных наполнителей был получен неав­токлавный газобетон. В качестве активатора вспучивания использо­валась добавка частично гашеной извести и сульфата натрия. Частич­но гашеную известь получали при смешивании молотой негашеной извести и наполнителя, содержащего заданное количество влаги. Полученная смесь выдерживалась в силосах не менее 3 сут. В результате такого технологического приема около 50% извести находилось в виде гидратной извести, а другая часть содержала частицы негидратированного СаО. Карбонизация поверхностных слоев негидратированных частиц в процессе выдер­живания в силосах изменяла вре­мя гашения извести с 10 мин до 85 мин.

Определение реологических свойств, кинетики вспучивания, температуры массива и механиче­ской прочности проводилось в промышленных условиях. Массив объе­мом 2.45 м3 формовали способом виброударного вспучивания в теп­лоизолированных формах. При на­чальной температуре воды затворения 35°С время подъема массива составляло 7 мин. Проводились из­мерения температуры r центральной части формы с помощью специаль­но установленных термопар. Значи­тельное количество тепла, которое выделяется при гашении извести за счет экзотермической реакции обра­зования водорода, а также теплота гидратации клинкерных минералов приводят к повышению температу­ры до 55°С уже через два часа после начала формования. Максимальная температура 85°С была достигнута через 6 ч твердения.

В то же время температура об­разцов, залитых в стандартные фор­мы 150x150x150 мм, составила все­го 400С через 10 часов твердения. Физико-механические испытания показали, что эффект саморазогрева, который можно назвать гидратационным автокатализом, положи­тельно влияет на механическую прочность газобетона. Образцы, вырезанные из массива и испытан­ные через 48 ч, имели прочность при сжатии 2,2—2,7 МПа. Для образцов из стандартной формы 150x150x150 мм характерно мед­ленное нарастание прочности и бо­лее низкие абсолютные ее значения в возрасте 28 сут (рис. 3).

Рис. 3. Кинетика нарастания прочности газобетона: 1 – образцы, вырезанные из массива; 2 – газобетон, твердевшей в формах 150x150x150 мм

Высокая температура, развиваю­щаяся в массиве, создает условия самопропаривания. При этом уско­ряются процессы гидратации клин­керных минералов, а также увели­чивается гидратационная актив­ность наполнителя. Повышенное давление в образованных пузырь­ках, которое создается водородом и испаряющейся влагой, уплотняет межпоровые перегородки, находя­щиеся в пластичном состоянии, Тем самым создаются стесненные усло­вия, при которых развиваются про­цессы перекристаллизации первич­ных неустойчивых продуктов гидра­тации в более стабильные. В резуль­тате этого формируется структура с мелкими порами, что в конечном результате влияет на прочность сис­темы.

Положительное влияние на уплотнение материала перегоро­док оказывает наличие в структуре свободного СаО. линии кото­рого фиксируются с помощью рентгенофазового анализа на протяжении 36 ч твердения. Об­разующийся при гидратации из­вести Са(ОН)2 (d = 2,61; 4,93) постепенно связывается актив­ными составляющими наполни­теля с образованием в начальный период гидросиликатов C2SH2. Самопропаривание (при 80°С) приводит к образованию твердого раствора переменного состава С4АН13 - C3ASH12. Последующее постепенное уменьшение концент­рации Са(ОН)2 вызывает пере­ход высокоосновных гидросили­катов в низкоосновные гидроси­ликаты CSH(I) (d = 3,03; 3,07), а высокоосновных гидроалюмина­тов в менее основные. На рентге­нограммах также обнаружены ли­нии гидрогранатов состава 3CaO×AI2O3×xSiO2(6-2x)H2O, ко­торые значительно быстрее обра­зуются при автоклавной обработ­ке. Вышеописанные процессы положительно влияют на синтез прочности межпоровых перего­родок в газобетоне.

Таким образом, для получения неавтоклавного газобетона с высо­ким коэффициентом конструктив­ного качества и низкой усадкой не­обходимо применять следующие приемы: для формования массива использовать теплоизолированные формы максимально большого объема; время выдержки до резки массива должно составлять не ме­нее 6 ч; в состав смеси вводить мак­симально возможное количество нескольких видов полидисперсных наполнителей; для создания эф­фекта расширения использовать медленногасящуюся известь. При таких условиях наиболее целесооб­разно применение дисковых или ленточных пил для резки массива, поскольку достигаемая прочность за это время не позволяет распили­вать массивы с помощью струнных агрегатов.

Список литературы

1. Ухова Т.А. Перспективы разви­тия производства и применения ячеистых бетонов // Строит, ма­териалы. 2005. №1. С. 18-20.

2. Лотов В.А., Митина H.A. Фор­мирование оптимальной порис­той структуры газобетона неав­токлавного твердения. // Извес­тия вузов. Химия и химическая технология. 2000. Т. 43. Вып. 3. С. 118-119.

3. Кривицкий М.Я., Левин Н.И., Макарычев В.В. Ячеистые бетоны (технология, свойства и конструк­ции). М.: Стройиздат, 1972. 136с.
Показать в формате для печати