Автофреттаж в технологии газобетонных изделий Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

Манакова Надежда Кимовна

кандидат технических наук, Институт химии и технологии редких элементов и минерального сырья им. И. В. Тананаева ФИЦ КНЦ РАН, г. Апатиты, Россия manakova@chemy.kolasc. net. ru Суворова Ольга Васильевна

кандидат технических наук, Институт химии и технологии редких элементов и минерального сырья им. И. В. Тананаева ФИЦ КНЦ РАН, г. Апатиты, Россия suvorova@chemy.kolasc.net.ru Макаров Дмитрий Викторович

доктор технических наук, доцент, Институт проблем промышленной экологии Севера — обособленное подразделение

ФГБУН ФИЦ «Кольский научный центр РАН», г. Апатиты

makarov@inep.ksc.ru

Melkonyan Ruben Gareginovich

Dr. Sc. (Engineering), Professor, National Research Technological University "Moscow Institute of Steel and Alloys" (Mining Institute), Moscow, Russia mrg-kanazit@mail.ru Manakova Nadezhda Kimovna

PhD (Engineering), I. V. Tananaev Institute of Chemistry and Technology of the Federal Research Centre "Kola Science Centre

of the Russian Academy of Sciences", Apatity, Russia

manakova@chemy.kolasc.net.ru

Suvorova Olga Vasilievna

PhD (Engineering), I. V. Tananaev Institute of Chemistry and Technology of Rare Elements and Mineral Raw Materials of the Federal Research Centre "Kola Science Centre of the Russian Academy of Sciences", Apatity, Russia suvorova@chemy.kolasc.net.ru Makarov Dmitry Viktorovich

Dr. Sc. (Engineering), Associate Professor, Institute of North Industrial Ecology Problems — Subdivision of the Federal Research Centre "Kola Science Center of the RAS", Apatity, Russia makarov@inep.ksc.ru

DOI: 10.25702/KSC.2307-5252.2018.9.1.877-881 УДК 691.327.332

АВТОФРЕТТАЖ В ТЕХНОЛОГИИ ГАЗОБЕТОННЫХ ИЗДЕЛИЙ А. А. Пак, Р. Н. Сухорукова

Институт химии и технологии редких элементов и минерального сырья им. И. В. Тананаева ФИЦ КНЦ РАН, г. Апатиты, Россия

Аннотация

Изложены особенности и преимущества формования газобетонных изделий в закрытых формах в сравнении с традиционной технологией. Приведены результаты экспериментальных исследований прочностных свойств газобетона и показан прирост прочности газобетона по методу автофреттажа на 35-40 %. Ключевые слова:

ячеистый бетон, закрытая и открытая формы, технология, автофреттаж, прочность, плотность, микроструктура.

AUTOFRETTAGE IN THE TECHNOLOGY OF AERATED CONCRETE PRODUCTS

A. A. Pak, R. N. Sukhorukova

I. V. Tananaev Institute of Chemistry and Technology of Rare Elements and Mineral Raw Materials of the Federal Research Centre "Kola Science Centre of the Russian Academy of Sciences", Apatity, Russia

Abstract

The foregoing features and advantages of forming gas concrete products in closed forms in comparison with the traditional technology have been considered. The results of experimental research of the strength properties of aerated concrete are given and the increase of concrete strength by the method of autofrettage by 35-40 % has been shown. Keywords:

cellular concrete, closed and open forms, technology, autofrettage, strength, density, microstructure.

Прочность ячеистого бетона является кубической функцией его плотности, т. е. снижение плотности в два раза приводит к восьмикратному падению прочности. Отсюда понятно, насколько важно добиваться стабильности вспучивания бетонной смеси и получения газобетона с наименьшим разбросом плотности. Для этого необходимо придерживаться строго заданным режимам и параметрам приготовления газобетонной смеси, технологическому регламенту формования изделий [1]. Кроме того, немаловажным фактором получения изделий с малым интервалом плотности является заливка в форму строго определенного количества газобетонной смеси для формирования только самого изделия без необходимости учета объема смеси на образование «горбушки». Отсюда логичным было предложение формовать газобетонные изделия в формах, покрываемых сверху крышкой. Метод формования изделий под крышкой был предложен еще в 1959 г. и получил впоследствии название автофреттаж [2, 3].

Было установлено, что давление вспучивающейся газобетонной смеси может превышать 0,01 МПа, что составляет более 1000 кг на 1 м2 поверхности. Размеры форм для ячеистобетонных изделий довольно значительны: до 6 м по длине, до 2 м по ширине. При этом суммарное давление на крышку составляет 10-12 т. Следовательно, крышка должна быть достаточно жесткой и прочно прикреплена к форме при твердении бетона.

Выполненные эксперименты показали, что формование газобетонных изделий под крышкой благотворно влияет на структурообразование газобетона: отжимается из смеси излишек воды затворения, бетон схватывается под действием внутреннего давления (прижатия бетонной смеси к крышке и стенкам формы), сводятся к минимуму колебания плотности и других свойств бетона, обеспечивается снижение удельного расхода материальных, трудовых и энергетических ресурсов, ликвидируется отход производства (горбушка), улучшается экологическая обстановка, повышается качество газобетона. Однако до настоящего времени метод автофреттажа не получил широкого промышленного применения. Попытки практического внедрения метода выявили много существенных недостатков. Связано это с повышением металлоемкости форм, увеличением их высоты и снижением коэффициента заполнения пропарочной камеры, необходимостью дополнительной производственной площади для складирования крышек, увеличением ручного труда при распалубке, чистке, смазке форм, установке и закреплении крышек на форме. Первоначально не успевали даже установить и закрепить крышки на форме, так как газобетонная смесь начинала вспучиваться и вытекать из формы. За прошедшие десятилетия предложены новые технические решения, которые устраняют практически все перечисленные недостатки технологии автофреттажа. Разработаны приемы, обеспечивающие установку, закрепление и снятие крышки в течение нескольких секунд без применения ручного труда.

Однако в подавляющем большинстве случаев ячеистобетонные изделия формуют по традиционной технологии в открытых формах. Только лишь при широкомасштабных и долговременных испытаниях можно реально оценить эффективность сравниваемых технологий. Пока же традиционная технология формования газобетонных изделий в открытых формах по комплексу технических и экономических показателей имеет преимущества и более распространена.

По нашему мнению, потенциальные возможности способа формования газобетонных изделий в закрытых формах до конца не изучены и не отработаны. К примеру, для снижения металлоемкости можно не закрывать каждую форму жесткой, упрочненной крышкой, а составлять формы друг на друга в пакет. Дно верхней формы будет служить крышкой для нижней формы. Высота пакета будет зависеть от высоты цеха, транспортных средств и может состоять, например, из 6-8 форм. Крышка нужна только одна — для верхней формы. В промежуточных формах поддоны-перегородки не будут испытывать никаких напряжений от вспучивающейся бетонной смеси, так как развивающиеся газовые давления в бетонной смеси смежных форм будут компенсировать друг друга. Термовлажностную обработку заформованных изделий можно производить подачей водяного пара или продуктов сгорания природного газа в поддоны и борта термоформ либо контактным электропрогревом с помощью трубчатых электронагревателей, располагаемых в поддонах термоформ.

В газовых порах расширяющейся газобетонной смеси, ограниченной стенками закрытой формы, развиваются внутренние напряжения, уплотняющие межпоровые перегородки. Это не происходит при формовании в открытых формах, так как в них газомасса вспучивается свободно (вверх). Уплотнение межпоровых перегородок способствует улучшению физико-механических свойств газобетона. По нашему мнению, достоинства технологии автофреттажа газобетонных изделий не выявлены до конца, а установленные требуют доработки и уточнения. В частности, для исключения преждевременного вспучивания газобетонной смеси нами предложено затворять газобетонную смесь холодной (неподогретой) водой.

Благодаря формованию газобетонных изделий в закрытой форме, достигается: снижение расхода материалов за счет исключения образования горбушки; уплотнение всех поверхностных слоев изделия, что ведет к улучшению эксплуатационных свойств бетона — повышению поверхностной твердости изделия, снижению водопоглощения, получение качественной поверхности изделия под отделку и т. д.; ускоренный разогрев изделия без опасения развития деструктивных процессов в бетоне.

Помимо снижения расхода бетонной смеси, затрачиваемой на горбушку, а также тепловой энергии на подогрев воды затворения, сокращается технологический цикл изготовления изделий на 3-5 ч за счет исключения выдержки на созревание горбушки и уменьшения периода подъема температуры в пропарочной камере. При формовании изделий в закрытой форме из холодной газобетонной смеси ее вспучивание происходит в процессе тепловлажностной обработки в пропарочной камере.

С целью экспериментальной проверки эффективности формования газобетонных изделий в закрытой форме были изготовлены образцы-кубы размерами 7,07 х 7,07 х 7,07 см в открытой форме по традиционной технологии (на горячей воде) и закрытой форме (на холодной воде). В табл. 1 приведены результаты прочностных испытаний газобетона после пропаривания при 85 ± 5 °С в открытой и закрытой формах и высушивания до постоянной массы при 105-110 °С.

Таблица 1

Прочность газобетона в зависимости от вида формы и высоты заливки бетонной смеси

Вид № Высота заливки Плотность, кг/м3 Прочность, МПа

формы формы бетонной смеси в форму, см расчетная фактическая средняя фактическая средняя

Открытая 1 5 500 470 472 1,6 1,6

462 1,5

482 1,7

2 6 700 699 702 3,4 3,7

696 3,8

710 3,9

Закрытая 3 5 500 582 609 2,3 2,4

649 3,1

596 1,9

4 4 500 533 552 1,9 2,0

564 2,1

560 2,1

5 6 700 760 805 5,9 6,1

804 5,8

852 6,5

6 5 700 660 676 3,5 3,9

681 3,9

686 4,2

Как видно из табл. 1, при заливке в формы одинакового количества смеси в закрытой форме (высота заливки бетонной смеси в форму) газобетон получается плотнее, чем в открытой форме, на 100-130 кг/м3 (формы 1 и 3; 2 и 5). Объяснением этому может служить то, что в закрытой форме материал горбушки не удаляется, а вдавливается в тело изделия. Опыты показали, что для получения бетона одинаковой плотности нужно в закрытую форму наливать газобетонную смесь на 20 % меньше, чем в открытую форму (формы 1 и 4; 2 и 6). При этом, как показали испытания, при равенстве плотностей прочность бетона как в открытой форме, так и в закрытой также практически одинакова. Отсюда можно предположить, что для получения бетона повышенной прочности необходимо обеспечить в закрытой форме обязательный подпор, подпрессовывание газобетонной смеси, приводящее вместе с повышением плотности к увеличению прочности газобетона. Иными словами, без подпора, плотного прижатия бетонной смеси к стенкам закрытой формы прочность газобетона не увеличивается.

Для создания внутреннего напряжения структуры бетона нами предложено в закрытой форме формовать из газобетонной смеси расчетной плотностью на одну марку (100 кг/м3) меньше, чем в открытой форме. В табл. 2 приведены результаты испытаний образцов газобетона, полученных из газобетонной смеси расчетной плотностью 700 кг/м3 — в открытой форме — и 600 кг/м3 — в закрытой форме.

Таблица 2

Результаты прочностных испытаний газобетона, полученных в открытой и закрытой формах

из разноплотных бетонных смесей

№ образца Плотность, кг/см3 Прочность, МПа/% Вид формы

расчетная образца средняя образца средняя приведенная к у = 700 кг/м3

1-1 700 679 684 3,5 3,6 3,8/100% Открытая

1-2 693 3,9

1-3 681 3,5

2-1 600 768 722 6,8 5,6 53/139% Закрытая

2-2 706 5,1

2-3 692 4,9

3-1 600 625 631 2,9 3,3 3,7/97% Открытая

3-2 634 3,3

3-3 633 3,8

Результаты испытаний из табл. 2 показывают, что газобетон, полученный в закрытой форме, при равенстве плотностей и создании внутреннего напряжения на 39 % прочнее газобетона, полученного в открытой форме.

На рисунке 1 представлены усредненные прочностные показатели газобетона различной плотности в зависимости от вида формовой оснастки.

5,6

ё 2 I

т о

В 1

открытая форма

закрытая форма

500 600 700

Плотность газобетона, кг/м3

5

4

3

0

Рис. 1. Прочность газобетона в зависимости от вида формы и расчетной плотности газобетона

При поперечной распиловке газобетонных образцов, заформованных в закрытой и открытой формах, после пропаривания и сушки были замечены различия в макропористой структуре (расположение и размеры пор). Микрофотографии поперечных разрезов образцов представлены на рис. 2.

:о

Л

I *

, шЩ

Рис. 2. Макропористость образцов газобетона, изготовленных в открытой (а) и закрытой (б) формах: а — радиус пор от 0,66 до 1,27 мм; б — радиус пор от 0,02 до 0,12 мм

Выводы

Выполнен анализ традиционной технологии газобетонных изделий, и сформулированы ее основные недостатки. Разработаны предложения по совершенствованию газобетонной технологии, и выполнены сравнительные прочностные испытания газобетона, полученного по традиционной и усовершенствованной технологиям.

Литература

1. Лесовик В. С., Елистраткин М. Ю. Особенности технологии производства неавтоклавного газобетона // Строительные материалы. 2008. № 10. С. 54-56.

2. Чернов А. Н., Аминов Г. А. Автофреттаж в технологии газобетона // Строительные материалы. 2003. № 11. С. 22-23.

3. Пат. 2244079 Рос. Федерация, МПК7 E 04 G 11/20, C 04 B 40/02. Способ изготовления блоков, устройство для сборки и мазки перегородок и бесподдонный захват / Чернов А. Н. № 2002131653/03; заявл. 27.05.2004; опубл. 10.01.2005, Бюл. № 1.

Сведения об авторах

Пак Аврелий Александрович

кандидат технических наук, Институт химии и технологии редких элементов и минерального сырья им. И. В. Тананаева ФИЦ КНЦ РАН, г. Апатиты, Россия pak@chemy.kolasc.net.ru Сухорукова Раиса Николаевна

Институт химии и технологии редких элементов и минерального сырья им. И. В. Тананаева ФИЦ КНЦ РАН,

г. Апатиты, Россия

suhorukova@chemy.kolasc.net.ru

Pak Avreli Aleksandrovich

PhD (Engineering), I. V. Tananaev Institute of Chemistry and Technology of Rare Elements and Mineral Raw Materials of the Federal Research Centre "Kola Science Centre of the Russian Academy of Sciences", Apatity, Russia pak@chemy.kolasc.net.ru

Sukhorukova Raisa Nikolaevna

I. V. Tananaev Institute of Chemistry and Technology of Rare Elements and Mineral Raw Materials

of the Federal Research Centre "Kola Science Centre of the Russian Academy of Sciences", Apatity, Russia

suhorukova@chemy.kolasc.net.ru

DOI: 10.25702/KSC.2307-5252.2018.9.1.881 -884 УДК 691.327.332

ОСОБЕННОСТИ ТРАДИЦИОННОЙ ТЕХНОЛОГИИ ГАЗОБЕТОННЫХ ИЗДЕЛИЙ: ПРЕИМУЩЕСТВА И НЕДОСТАТКИ

А. А. Пак, Р. Н. Сухорукова

Институт химии и технологии редких элементов и минерального сырья им. И. В. Тананаева ФИЦ КНЦ РАН, г. Апатиты, Россия

Аннотация

Рассматриваются особенности формования газобетонных изделий в открытых и закрытых формах. Предлагается при формовании изделий в закрытых формах затворять газобетонную смесь холодной водой и исключить предварительную выдержку перед пропаркой бетона, что позволит значительно сократить технологический процесс изготовления изделий. Ключевые слова:

газобетон, технология, бетонная смесь, плотность, пористость, поверхностный слой.

FEATURES OF THE TRADITIONAL TECHNOLOGY OF CONCRETE PRODUCTS: ADVANTAGES AND DISADVANTAGES

A. A. Pak, R. N. Sukhorukova

I. V. Tananaev Institute of Chemistry and Technology of Rare Elements and Mineral Raw Materials of the Federal Research Centre "Kola Science Centre of the Russian Academy of Sciences", Apatity, Russia

Abstract

The article deals with the features of forming concrete products in open and closed forms. We have offered when products are molded in closed forms to prepare concrete mixture with cold water and to exclude pre-exposure before the steaming concrete, this helps significantly reduce the technological process of manufacturing the products. Keywords:

concrete technology, concrete mix, density, porosity, surface layer.

Технология газобетонных изделий имеет свои специфические особенности, связанные с вещественным составом бетонной смеси, механизмом образования пористой структуры, способами формования, условиями твердения изделий. В результате взаимодействия компонентов бетонной смеси — газообразователя (чаще всего алюминиевая пудра) и гидрата окиси кальция, образующегося при гидратации цемента или специально вводимой в бетонную смесь извести, выделяется газ — водород, который плохо растворяется в воде и создает газовые поры