Анализ причин возникновения дефектов в газобетоне в процессе его формования Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

Оригинальная статья / Original article УДК 691

DOI: http://dx.doi.org/10.21285/2227-2917-2018-4-91 -97

АНАЛИЗ ПРИЧИН ВОЗНИКНОВЕНИЯ ДЕФЕКТОВ В ГАЗОБЕТОНЕ В ПРОЦЕССЕ ЕГО ФОРМОВАНИЯ

© Н.В. Легостаева3

ООО «Алит-тм»

664014, Российская Федерация, г. Иркутск, ул. территория Нефтебазы, 13 А

РЕЗЮМЕ: В статье проанализированы дефекты, возникающие в газобетоне в процессе его формования и распиловки на изделия. Приведены причины появления данных дефектов и меры по их устранению. В работе рассмотрена причинно-следственная связь между дефектом в газобетоне и причиной его появления. Дефекты в газобетонном массиве могут возникать на стадии заливки, вызревания и распиловки на изделия заданных размеров. Основные дефекты в газобетоне, возникающие на стадии заливки: недорост, кипение газобетонной смеси, осевший газобетонный массив. В процессе созревания газобетона возможно образование усадочных и формовочных трещин. При кантовании массивов возможно образование диагональных трещин. В процессе резки массива с высокой пластической прочностью могут быть недопилы нижних блоков, образование каверн и тому подобных дефектов. Несоблюдение требований к сырьевым материалам для производства газобетона, нарушение технологических параметров являются основными причинами возникновения дефектов. Возможность устранения некоторых дефектов, возникающих в процессе созревания и резки газобетонного массива, появляется только после автоклавной обработки при разборке и сортировке изделий. Такие дефекты, как недорост или осевший газобетонный массив можно устранять на стадии заливки, вводя коррективы в технологические параметры: изменение температуры воды для заливки, количество раствора щелочи и/или алюминиевой пудры. Установлено, что основными причинами появления дефектов в газобетонном массиве является использование сырья, не соответствующего требованиям технологии, а также несоблюдение технологических режимов.

Ключевые слова: газобетон, дефекты газобетона, недорост, упавший массив, падение газобетонного массива, усадочные трещины

Информация о статье: Дата поступления 20 августа 2018 г.; дата принятия к печати 19 сентября 2018 г.; дата онлайн-размещения 21 декабря 2018 г.

Для цитирования: Легостаева Н.В. Анализ причин возникновения дефектов в газобетоне в процессе его формования. Известия вузов. Инвестиции. Строительство. Недвижимость. 2018;8(4):91-97. DOI: 10.21285/2227-2917-2018-4-91-97

ANALYSIS OF THE CAUSES OF DEFECTS IN AERATED CONCRETE DURING FORMATION

Natalia V. Legostaeva

LLC «Alit-TM»

13 A Territoriya Neftebazy St., Irkutsk 664014, Russian Federation

ABSTRACT: This article analyses defects that occur in aerated concrete in the process of its formation and subsequent cutting up of masses into products. Causes for the appearance of these defects and measures for their elimination are given. This paper considers a causal relationship between a given defect in aerated concrete and the cause of its occurrence. Defects in the aerated concrete solid mass can occur in the stages of pouring, maturing and cutting up into products of specified sizes. The main defects in aerated concrete arising at the stage of pouring include low-growing, boiling of an aerated concrete mix and a settled aerated concrete solid mass. In the process of maturation of aerated concrete, the formation of shrinkage and moulding cracks is possible. In the case of solid mass tilting, the formation of diagonal cracks can occur. The cut-

эЛегостаева Наталья Владимировна, кандидат технических наук, технолог, e-mail: [email protected] Natalia V. Legostaeva, Cand. Sci. (Eng.), technologist, e-mail: [email protected]

ting process of a solid mass of high plastic strength can be accompanied by undercuts of the lower blocks and the formation of cavities and similar defects. Not meeting the requirements for raw materials for the production of aerated concrete and the violation of technological parameters are the main causes of defects. The possibility of eliminating some defects arising in the process of maturation and cutting of the aerated concrete solid mass appears only after autoclaving during product sorting. Defects such as low-growing or settled aerated concrete solid mass can be eliminated at the pouring stage by adjustment of technological parameters, particularly the temperature of the water used when pouring, the amount of alkali solution and/or the amount of aluminium powder. The appliance of raw materials that do not meet the technological requirements, as well as the non-observance of technological guidelines are established as the main reasons for defect appearance in an aerated concrete solid mass.

Keywords: aerated concrete, defects of aerated concrete, low-speed, fallen mass, fall of a gas-concrete mass, shrinkage cracks

Information about the article: Received August 20, 2018; accepted for publication September 19, 2018; available online December 21, 2018.

For citation: Legostaeva N.V. Analysis of the causes of defects in aerated concrete during formation. Izves-tiya vuzov. Investitsii. Stroitel'stvo. Nedvizhimost' = Proceedings of Universities. Investment. Construction. Real estate. 2018;8(4):91-97. (In Russ.) DOI: 10.21285/2227-2917-2018-4-91-97.

Введение

Рост тарифов на тепловую энергию, возможное введение норм потребления электрической энергии стимулирует к использованию в строительстве теплоэффективных строительных материалов.

Проблеме создания строительных материалов с высокой тепловой эффективностью, в частности газобетона, посвящены многие работы [1-5].

Газобетон сочетает в себе прочность, негорючесть, высокие теплозащитные свойства, легкость обработки, небольшой вес, простоту возведения кладки, паропроницаемость [6-15].

Сырьевые материалы, используемые в производстве газобетонов, различны - это песок, известь, золош-лаковая смесь, гипс полуводный, алюминиевая пудра или паста в качестве газообразователя [16-18].

Технология производства газобетона состоит из нескольких переделов [19]:

- подготовка сырьевых материалов;

- приготовление газобетонной

смеси;

- формование газобетонного массива;

- резка газобетонного массива на изделия заданных размеров;

- тепловая обработка;

-разборка и упаковка газобетонных блоков.

Методы

Дефекты в газобетонном массиве в основном возникают в процессе формования, набора оптимальной пластической прочности и резки, а также в процессе автоклавной обработки. Качество газобетона находится в тесной взаимосвязи с исходными сырьевыми материалами и технологическим режимом. Процесс производства газобетона является сложным и состоит из нескольких стадий.

На каждой стадии показатели технологического режима очень сильно влияют на качество газобетона.

Изменение одного из параметров технологического режима, например, времени перемешивания газобетонной смеси, может привести как к недоросту в случае длительного перемешивания, так и к появлению линз, пустот из-за недостаточного времени перемешивания.

К сырьевым материалам, применяемым в производстве газобетона, предъявляют определенные требования по дисперсности, химическому составу и другим показателям, несоблюдение которых может привести к образованию дефектов в газобетоне и к снижению прочностных показателей изделий из газобетона.

Результаты и их обсуждение

Появление усадочных трещин происходит из-за применения сырья с высокой удельной поверхностью, которое, чаще всего, обладает повышенной водопотребностью. Сырьевые материалы с высокой водопотребностью, как правило, имеют высокую удельную поверхность частиц. Такие сырьевые материалы, как зола-унос (зола-уноса) теплоэнергоцентрали (ТЭЦ) или портландцемент, при высыхании начинают поглощать воду из окружающих их слоев, что неизбежно приводит к появлению трещин усадки. Часть трещин может быть срезана при распиловке блоков, но только в том случае, если они поверхностные.

Ликвидация усадочных трещин сводится к увеличению водотвердого (В/Т) отношения, увлажнения поверхности, повышение относительной влажности теплоносителя в камере предварительной выдержки, применение сырьевых материалов с более крупными размерами частиц.

Недорост и падение газобетонного массива возникают из-за несоответствия скоростей газообразования и процесса схватывания портландцемента. Недорост образуется в том случае, если пластичность газобетонной смеси низкая, т.е. смесь начала схватываться, в то время как реакция образования водорода продолжается. Пузырьки образующегося газа не могут вспучить вязкую газобетонную массу, что приводит к недоросшему массиву. В данном случае необходимо либо замедлить процесс схватывания массива, либо ускорить процесс газообразования. Меры борьбы с данным дефектом сводятся к увеличению пластичности смеси путем добавления воды или увеличения активности суспензии алюминиевой пудры добавлением большего количества раствора щелочи.

Упавший (осевший) газобетонный массив образуется в том случае, если процесс газообразования опережает процесс схватывания вяжущего

вещества. В этом случае образующийся газ прорывается сквозь массив, не имеющий достаточной вязкости и улетучивается в атмосферу. Т.е. вспучивания массива не происходит. Для борьбы с возникновением данного дефекта необходимо согласовать скорости газообразования и процесса схватывания вяжущего вещества:

- уменьшить пластичность смеси (растекаемость);

- увеличить температуру воды, подаваемой на заливку;

- использовать ускорители схватывания смеси, например, полуторо-водный гипс;

- уменьшить количество щелочного раствора, вводимого для активации алюминиевой пудры.

В процессе набора требуемой пластической прочности из-за несогласованности процессов газообразования и схватывания вяжущего вещества возможно образование формовочных трещин, которые проявляются в виде трещин, идущих практически параллельно основанию массива. Причины образования таких трещин:

- алюминиевая пудра с низкой насыпной плотностью;

- алюминиевая пудра с замедленным газообразованием;

- портландцемент с высокой активностью.

Механизм образования трещин из-за влияния вышеперечисленных факторов примерно одинаков. Алюминиевая пудра с низкой насыпной плотностью плохо смачивается водой даже в присутствии большого количества поверхностно-активных веществ (ПАВ). В результате этого часть водорода может начать выделяться спустя некоторое время после выделения основной части водорода. Если поверхностный слой газобетонного массива уже схватился, это неизбежно приводит к напряжениям растяжения, при большой величине которых в верхней части массива будут образовываться трещины. Применение алюминиевой пудры с

замедленным газообразованием может привести к возникновению трещин вследствие выделения водорода в уже затвердевшем массиве. Портландцемент с высокой активностью при за-творении водой схватывается быстрее, в процессе газообразования это может привести либо к недоросту или образованию формовочных трещин.

Формирование затвердевшего ядра и более мягких краев газобетонного массива происходит, как правило, в результате потерь тепла через неутепленные стенки форм. Как известно, реакция гидратация портландцемента и образование гидросиликатов кальция - реакция экзотермическая. Во время слива газобетонной смеси в форму температура смеси имеет одинаковую температуру. С течением времени температура массива начинает возрастать, слои массива, находящиеся непосредственно у края формы, начинают отдавать тепло через неутепленную металлическую стенку, в то время как температура внутри массива повышается. Края массива за счет этого набирают необходимую пластическую прочность медленнее, в то время как в центре массива пластическая прочность оптимальная.Для предотвращения данного дефекта необходимо утеплить формы. Образование более твердого ядра может происходить также в том случае, если температура в камере ферментации или предварительной выдержки ниже температуры смеси или равна ей. В этом случае не будет происходить нагревание массива и формы за счет теплоносителя, а только за счет тепла экзотермической реакции гидратации минералов портландцемента.

В процессе кантования массива на резку возможно образование различных дефектов, в частности трещины по диагонали массива. Диагональные трещины возникают при кантовании массива по неисправному пути (с неровностями), а также при неровностях телеги-поддона, на которую при

повороте укладывают массив. Массив, установленный на неровную поверхность, ломается. Возможно образование диагональных трещин и при кантовании массива, не набравшего оптимальной пластической прочности при неустановившемся тепловом режиме в камере предварительной выдержки.

При распиловке перезревшего массива (с высокой пластической прочностью) возможен нераспил нижних блоков, что приводит к возникновению дефекта, который будет обнаружен только при разборке массива. Данный дефект проявляется в дугообразных откалываниях на ребре блока, поперек которого шла струна при резке. Устранить данный дефект возможно регулированием пластической прочности газобетонного массива. Оптимальная пластическая прочность массива зависит от состава газобетонной смеси и будет различна для разных составов газобетонных смесей. Так, например, газобетонный массив с использованием портландцемента марки 32,5 Б позволял кантовать массивы и отправлять их на пункт резки уже при наборе пластической прочности 340 Па. При пластической прочности более 380 Па возникали сложности при распиловке: задиры на поверхности, раковины и т.п. дефекты. Газобетонный массив с использованием портландцемента марки 42,5 Н отправляют на пункт резки при наборе пластической прочности 270-290 Па. При пластической прочности более 340 Па при распиловке возникали нераспилы, пустоты, раковины и тому подобные дефекты.

Добавка ускорителей схватывания, в частности полуводного гипса, позволяет ускорить процесс вызревания газобетонного массива перед резкой. Так, например, при увеличении количества добавляемого полуводного гипса, произошло сокращение трещин, возникаемых при вертикальной распиловке массива. В тоже время большое количество гипса в газобетонном мас-

сиве делает блоки более хрупкими. Рекомендуемое количество вводимого в газобетонную смесь гипса для литьевой технологии составляет 5-7%, а для ударной - не более 2,5%1.

Выводы

Рассмотренные в статье дефекты газобетонных изделий не исчерпываются только данными вариантами. Так, например, при автоклавной обработке возможно появление не пропаренных участков газобетона с пониженной прочностью и другие дефекты. Особенностью технологии газобетон-

ных изделий является то, что многие дефекты можно определить только при разборке газобетонных блоков, например, недопилы, трещины усадки и др. В тоже время, появление таких дефектов как недорост, упавший массив можно предотвращать на стадии заливки газобетонной смеси.

При проведении мероприятий по предотвращению дефектов в газобетонных изделиях необходимо анализировать все технологические параметры, так как они влияют на появление разных дефектов.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Narayanan N., Ramamurthy K. Structure and properties of aerated concrete: A review // Cement and Concrete Composites. 2000. № 22 (5). P.321-329.

2. Гринфельд Г.И., Вишневский А.А., Смирнова А.С. Производство автоклавного газобетона в России в 2017 году // Строительные материалы. 2018. №3. С. 62-64.

3. Горошко Е.М., Нефедова В.К. Российский рынок автоклавного газобетона // Петербургская школа поточной организации строительства: I Всероссийская науч.-практ. конф., посвященная 95-летию со дня рожд. проф. В.А. Афанасьева. СПб., 2018. С. 73-76.

4. Сердюк В.Р. Ячеистый бетон как важная составляющая строительства энергосберегающего жилья в странах СНГ // Инновационное развитие территорий: материалы III международной научно-практической конференции / Отв. за вып. З.М. Магрупова. Череповецкий государственный университет, 2015. С. 21-23.

5. Черепанов А.М., Шаманова В.А. История и основные тенденции развития автоклавного газобетона в России и за рубежом // Современные технологии в строительстве. Теория и практика.Пермь: Изд-во Пермского национального исследовательского политехнического университета, 2017. С. 425-429.

6. Сажнев Н.П., Сажнев Н.Н., Сажнева Н.Н., Голубев Н.М. Производство ячеистобетонных изделий. Теория и практика. 3-е изд. перераб. и доп. Минск: Стринко, 2010. 459 с.

7. Кочергина А.С., Брюханова М.В., Сегаев И.Н. Сравнительный анализ преимуществ и недостатков кирпича и газобетона // Аллея науки. 2018. №6. С. 6-10.

8. Серова Р.Ф., Серова Р.Ф., Касумов А.Ш.,

Величко Е.Г. Проблемы производства и применения ячеистого бетона // Фундаментальные исследования. 2016. №7-2. С. 267-271.

9. Ватин Н.И., Ватин Н.И., Горшков А.С., Корниенко С.В., Пестряков И.И. Основные преимущества и недостатки стеновых конструкций из газобетонных блоков // Кровельные и изоляционные материалы. 2016. №2. С. 22-31.

10. Дерябин П.П., Герина О.П. Рецептурные и технологические особенности производства газобетона // Развитие дорожно-транспортного комплекса и строительной инфраструктуры на основе рационального природопользования: материалы VII Всероссийской научно-практической конференции «СибАДИ» (с международным участием). 2012. С. 419-423.

11. Курзанов А.Д., Куршаков А.О., Анферов Е.П., Леонтьев С.В. Температура как фактор управления процессами структурооб-разования газобетона // Master's Journal. 2017. №1. С. 134-141.

12. Maruyama R.C., Camarini G. Properties of Cellular Concrete for Filters // IACSIT International Journal of Engineering and Technology. 2015. №3. Р. 223-228.

13. Thongtha А. Influence of Portland Cement on Physical, Mechanical and Thermal Properties of Cellular Lightweight Concret // Key Engineering Materials. 2017. № 751. Р. 532-537.

14. Kazaryan R.R., Khvan V.A. Technological Processes for Manufacturing Cellular Concrete Products for Construction // Materials Science Forum. 2018. № 931.Р. 634-639.

15. Suhasini R. Autoclaving cement concrete: A review // International Journal of Applied Engineering Research. 2014. № 9 (11). P. 1603-1617.

16. Белоглазова Л.В., Белоглазов В.П., Филип-

1Кафтаева М.В. Теоретическое обоснование совершенствования автоклавной технологии производства энергоэффективных газосиликатов: дис. ... д-ра техн. наук. Белгород: БГТУ, 2013. 299 с. / Kaftaeva M.V. Theoretical justification of the improvement of autoclave technology for energy-efficient production of gas-silicate: Doctoral Dissertation in technical sciences. Belgorod: BSTU Publ., 2013. pp. 299.

пов Д.Ю., Жереб И.В. Зола как перспективное сырье // Актуальные вопросы энергетики: материалы Всероссийской научно-практической конференции с международным участием. Омск: Изд-во ОмГТУ, 2018. С. 179-184. 17. Змановский С.В., Игуменщев А.С., Кафтаева М.В. Алюминиевые газообразовате-

ли с новыми свойствами // Университетская наука. 2016. № 2. С. 14-17.

18. Прохоров С.Б. Анализ рынка алюминиевых газообразователей в России // Строительные материалы. 2014. № 5. С. 41-43.

19. Зейфман М.И. Изготовление силикатного кирпича и силикатных ячеистых материалов. М.: Стройиздат, 1990. 184 с.

REFERENCES

1. Narayanan N., Ramamurthy K. Structure and properties of aerated concrete: A review. Cement and Concrete Composites. 2000,no. 22 (5), pp. 321-329.

2. Grinfel'd G.I., Vishnevskij A.A., Smirnova A.S. Production of autoclaved aerated concrete in Russia in 2017. Stroitel'nye materialy [Building materials].2018, no. 3, pp. 62-64. (In Russian)

3. Goroshko E.M., Nefedova V.K. Rossijskij rynok avtoklavnogo gazobetona [Russian wounds of autoclaved aerated concrete]. Peterburgskaja shkola po tochnoj organizacii stroitel'stva: I Vse-rossijskaja nauchno-prakticheskaja konferencija, posvjashhennaja 95-letiju so dnja rozhdenija prof. V.A. Afanas'eva [St. Petersburg school of flow organization of construction: I all-Russian scientific-but-practical conference dedicated to the 95th anniversary of the birth of prof. Victor Alexeyvich Afanasiev]. Sankt-Peterburg, 2018, pp. 73-76. (In Russian)

4. Serdjuk V.R. Jacheistyj beton kak vazhnaja sostavljajushhaja stroitel'stva jenergosberega-jushhego zhilja v stranah SNG [Cellular concrete as an important component of the construction of energy-saving housing in the CIS countries]. In-novacionnoe razvitie territorij: materialy III mezhdunarodnoj nauchno-prakticheskoj konfer-encii [In the collection: Innovative development of territories Materials of III International scientific conference].Cherepoveckij gosudarstvennyj uni-versitet. 2015, pp. 21-23. (In Russian)

5. Cherepanov A.M., Shamanova V.A. Istorija I osnovnye tendencii razvitija avtoklavnogo gazobetona v Rossii I za rubezhom [History and main trends in the development of autoclaved aerated concrete in Russia and abroad]. Sovre-mennye tehnologii v stroitel'stve. Teorijaipraktika [Modern technologies in the construction. Theory and practice]. Perm': Permskogo nacional'nogo issledovatel'skogo politehnicheskogo universiteta Publ., 2017, pp. 425-429. (In Russian)

6. Sazhnev N.P., Sazhnev N.N., Sazhneva N.N., Golubev N.M. Proizvodstvo jacheisto betonnyh izdelij. Teorijaipraktika [Production of cellular concrete products.Theory and practice]. Minsk: Strinko Publ., 2010. 459 p. (In Russian)

7. Kochergina A.S., Brjuhanova M.V., Segaev I.N. Comparative analysis of the advantages and disadvantages of brick and gas concrete Sravnitel'nyj analiz preimushhestv I nedostatkov kirpicha I ga-

zobetona. Allejanauki [Guide of science] 2018, no 6, pp. 6-10. (In Russian)

8. Serova R.F., Serova R.F., Kasumov A.Sh., Velichko E.G. Problems of production and application of aerated concrete. Fundamental'nye issledovanija [Fundamental research]. 2016, no. 7-2, pp. 267-271. (In Russian)

9. Vatin N.I., Vatin N.I., Gorshkov A.S., Kornienko S.V., Pestrjakov I.I. The main advantages and disadvantages of wall structures of gaston blocks.Krovel'nye I izoljacionnye materialy [Roofing and insulation materials].2016, no. 2, pp. 22-31. (In Russian)

10. Deryabin P. P., Gerina O. P. Recepturnye i tehnologicheskie osobennosti proizvodstva ga-zobetona [Prescription and technological features of production of aerated concrete]. Razvitie doroz-hno-transportnogo kompleksa I stroitel'noj infra-struktury na osnove racional'-nogo prirodo-pol'zovanija: materialy VII Vserossijskoj nauchno-prakticheskoj konferencii «SibA-DI» (s mezhdu-narodnym uchastiem). Development of a road transport complex and construction infrastructure on the basis of rational nature management: conference materials VII all-Russian scientific and practical conference of fsbei HPE "SibADI" (with international participation). 2012, pp. 419-423. (In Russian)

11. Kurzanov A.D., Kurshakov A.O., Anferov E.P., Leont'ev S.V. Influence of Portland Cement on Physical, Mechanical and Thermal Properties of Cellular Lightweight Concret. Master's Journal. 2017, no. 1, pp. 134-141. (In Russian)

12. Maruyama R.C., Camarini G. Properties of Cellular Concrete for Filters. IACSIT International Journal of Engineering and Technology. 2015, no. 3, pp. 223-228.

13. Thongtha A. et al. Influence of Portland Cement on Physical, Mechanical and Thermal Properties of Cellular Lightweight Concret. Key Engineering Materials. 2017, no. 751, pp. 532-537.

14. Kazaryan R. R., Khvan V. A. Technological Processes for Manufacturing Cellular Concrete Products for Construction. Materials Science Forum. 2018, no 931, pp. 634-639.

15. Suhasini R. Autoclaving cement concrete: Review. International Journal of Applied Engineering Research. 2014, no 9 (11), pp. 1603-1617.

16. Beloglazova L.V., Beloglazov V.P., Filippov D.Ju., Zhereb I.V. Aktual'nye voprosy jenergetiki: materialy V serossijskoj nauchno-

prakticheskoj konferencii s mezhdunarodnym uchastiem [Actual issues of energy: materials of the all-Russian scientific-practical conference with international participation]. Omsk: OmGTU Publ., 2018, pp. 179-184. (In Russian) 17. Zmanovskij S.V., Igumenshhev A.S., Kaftaeva M.V. Aluminum agents with new properties. Universitetskaja nauka [University science]. 2016, no. 2, pp. 14-17. (In Russian)

18. Prohorov S.B. Analysis market of aluminum agents in Russia. Stroitel'nye materialy [Construction and building materials]. 2014, no. 5, pp. 41-43. (In Russian)

19. Zejfman M.I. Izgotovlenie silikatnogo kirpicha I silikatnyh jacheistyh materialov [Manufacture of silicate bricks and silicate cellular materials]. Moscow: Strojizdat Publ., 1990, pp. 184. (In Russian)

Критерии авторства

Легостаева Н.В. провела исследования, подготовила статью к публикации и несет ответственность за плагиат.

Конфликт интересов

Автор заявляет об отсутствии конфликта интересов.

Contribution

Legostaeva N.V. has conducted the studies, prepared the article for publication and bears the responsibility for plagiarism.

Conflict of interests

The author declares that there is no conflict of interests regarding the publication of this article.