ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ДИСПЕРСНЫХ ДОБАВОК НА СВОЙСТВА АВТОКЛАВНОГО ГАЗОБЕТОНА Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

УДК 666.973.6

Г.В. КУЗНЕЦОВА, инженер (kuznetzowa.gal@yandex.ru), Н.Н. МОРОЗОВА, канд. техн. наук (ninamor@mail.ru), И.Д. ЮСУПОВ, студент

Казанский государственный архитектурно-строительный университет (420043, г. Казань, ул. Зеленая, 1)

Исследование влияния дисперсных добавок на свойства автоклавного газобетона

Рассматривается возможность применения порошкообразных добавок из отходов собственного производства - гидросиликатов в производстве автоклавного газобетона с удельной поверхностью, равной не менее тонины помола цемента. Гидросиликаты способствуют повышению прочности за счет лучшей перекристаллизации CSH(I) в тоберморит. Молотые добавки как самостоятельный компонент рассматриваются в зависимости от массы песка. Сухие порошки - молотые отходы газобетона и кирпича - снижают подвижность смеси, что приводит к уменьшению количества свободной воды в растворной смеси и увеличению поризации. Введение добавок способствует росту не только прочности, но и плотности изделий, что нежелательно в производстве газобетона. Приводится водопотребность порошков из газобетона и кирпича. Предложен перерасчет водотвердого отношения с учетом потребности порошка. Приводятся свойства растворной смеси с корректировкой воды, обеспечивающей снижение плотности.

Ключевые слова: автоклавный газобетон, добавка, кирпич, пластификатор. плотность.

Для цитирования: Кузнецова Г.В., Морозова Н.Н., Юсупов И.Д. Исследование влияния дисперсных добавок на свойства автоклавного газобетона // Строительные материалы. 2018. № 5. С. 20-23.

G.V. KUZNETSOVA, Engineer, (kuznetzowa.gal@yandex.ru), N.N. MOROZOVA, Candidate of Sciences (Engineering) (ninamor@mail.ru), I.D. YUSUPOV, Student

Kazan State University of Architecture and Engineering (1, Zelenaya Street, 420043, Kazan, Russian Federation)

Research in Influence of Disperse Additives on Properties of Autoclaved Gas Concrete

The possibility to use powder-like additives from waste of own production - hydro-silicates in production of autoclaved gas concrete with a specific surface equal to not less than the fineness of cement grinding is considered. Hydro-silicates contribute to improving the strength due to the better recrystallization of CSH (I) in tobermorite. Ground additives as an independent component are considered depending on the sand mass. Dry powders, ground wastes of gas concrete and brick, reduce the mix mobility that leads to reducing the amount of free water in the mortar mix and increasing the porization. The introduction of additives contributes to the growth of strength and density of products which is not desirable in the production of gas concrete. Water demand of gas concrete and brick powders is presented. The recalculation of water-solid ratio with due regard for the need of powder is proposed. Properties of the mortar mix with water correction providing the density reducing are presented.

Keywords: autoclaved gas concrete, additive, brick, plasticizer, density.

For citation: Kuznetsova G.V., Morozova N.N., Yusupov I.D. Research in influence of disperse additives on properties of autoclaved gas concrete. Stroitel'nye Materialy [Construction Materials]. 2018. No. 5, pp. 20-23. (In Russian).

Цементные бетоны на плотных заполнителях с добавками в составе используются в настоящее время повсеместно. Добавки позволяют достичь высоких показателей по плотности, прочности, водонепроницаемости, морозостойкости и др. Добавок в бетон существует очень много, и у каждого вида свое предназначение.

Ячеистый бетон автоклавного твердения, имеющий особенный сырьевой компонент — негашеную известь, — способствует поиску вариантов добавок. Из наиболее часто исследуемых добавок можно выделить минеральные и химические добавки, а также дисперсное армирование.

Пластификаторы широко применяемые в цементных бетонах оказывают влияние на основной сырьевой продукт ячеистого бетона автоклавного твердения — известь, точнее, на реакцию гашение извести, что подтверждается исследованиями [1, 2]. Но без образования щелочи и без повышенной температуры процесса гашения извести интенсивного окисления алюминия не получить. Гидратация извести является экзотермической реакцией.

Увеличение времени достижения максимальной температуры связано с увеличением срока гидратации и однозначно им определяется [1]. Применение пластифицирующих добавок также позволяет значительно повысить подвижность бетонных и растворных смесей, но и замедлить твердение цемента [3]. В технологии газобетона на смешанном вяжущем цемент необходим в качестве структуроформирующего компонента в доавтоклавный период твердения [2].

Одним из важных причин использования добавок является утилизация своих же отходов. Такие отходы, как промывочная вода, обрезки газобетонного массива, успешно вошли в состав технологии ячеистого бетона. Технологии новых заводов зарубежных фирм сразу решают эти проблемы. Например, на Воронежском комбинате строительных материалов в одном из цехов образуется подрезной слой после автоклавной обработки, а в другом цеху, запущенном в строй позже, применена технология, при которой подрезной слой не образу-

ется. Тем не менее вопрос утилизации подрезного слоя остается открытым.

Поэтому вопросам переработки подрезного слоя, как и некондиционных изделий, уделяется достаточно много внимания в исследованиях [2, 4, 5, 6].

Добавка отходов не меняет фазового состояния новообразований. Гидросиликаты способствуют повышению прочности за счет лучшей перекристаллизации СSH(I) в тоберморит [4].

Известно, что для обеспечения повышенной устойчивости поризо-ванной массы на стадии формования

Таблица1

Характеристика дисперсных добавок

Наименование Истинная плотность, г/см3 Удельная поверхность, м2/кг

Молотый силикатный кирпич 2,57 310

Молотый газобетон 2,47 600

20

научно-технический и производственный журнал

май 2018

jVJ ®

29 27

4J. 25

CÛ

£ 23

S 21 0.

19 17

H 4

œ « 3,5

M 3

g<B 3

■©■ &2,5

®

8Л 2

О то

N¿«1,5 1

1 2 Количество добавки, %

Количество дисперсной добавки, % t молотый силикатный кирпич ■ молотый газобетон

Рис. 1. Влияние дисперсных добавок на подвижность ячеисто-бетонной смеси

изделий и набора структурной прочности, а также для создания большого объема цементирующих новообразований при твердении в технологии ячеистых бетонов используют тонкодисперсные композиции [5]. Следовательно, и применение добавок, возможно только в виде тонкодисперсных композиций [4, 7]. Все вышеприведенные исследователи подтверждают, что при вводе молотых добавок изменяется вязкость смеси, и подтверждается это изменением расплыва смеси [2, 4, 5] или изменением вязкости [7].

Основным свойством легкого ячеистого бетона является плотность и прочность. В работах А.А. Лаукай-тиса исследована добавка с удельной поверхностью 1000 м2/кг и содержащей 30% кварцевого песка отходы газобетона из изделий плотностью 300-350 кг/м3. Сделан вывод, что молотые отходы значительно повышают прочность, но при этом плотность изделий повышается.

Увеличение плотности также зафиксировано в [8] при изучении влияния базальтовой фибры и углеродных многослойных нанотрубок на физико-механические характеристики газобетона. Результат исследования - увеличение прочности в 1,5-2 раза, а плотность газобетона возрастает с увеличением количества добавок.

В настоящей работе исследовалось влияние дисперсных добавок (молотого газобетона и молотого силикатного кирпича) на свойства газобетона при использовании смешанного вяжущего (известь+портландцемент). Характеристики молотого кирпича и газобетона представлены в табл. 1.

Ячеисто-бетонную смесь марки D600-D500 готовили по литьевой технологии на смешанном вяжущем при отношении кремнеземистого компонента к вяжущему С=1,5. Для приготовления смеси выбран портландцемент ЦЕМ I 42,5Н ОАО «Мордовцемент», известь с содержанием СаО+MgO 82% и временем гашения 12 мин и кварцевый песок с удельной поверхностью 250-300 м2/кг.

Melflux

С-3

Гипсовый камень

35

32,3

Рис. 2. Коэффициент замедления гидратации извести с добавками.

Количество вводимой добавки расчитывалось от массы песка. Подвижность смеси замеряли прибором Суттарда. Результаты представлены на рис. 1.

Как видно из полученных результатов, использование в составе ячеисто-бетонной смеси дисперсных добавок в чистом виде приводит к снижению подвижности и росту вязкости смеси. В большей степени снижает подвижность добавка молотого газобетона. Уменьшение подвижности смеси при вводе дисперсных добавок можно объяснить тем, что последняя забирает на себя воду у смеси. Для порошков молотого кирпича и молотого газобетона определена водопотребность с помощью цемента известной нормальной густоты, которая составила для молотого кирпича 38,8% и для молотого газобетона 65,5%.

В данной ситуации для растворной смеси желательно применить пластификаторы-разжижители для восстановления подвижности. Применение пластификаторов для ячеисто-бетонной смеси, как уже отмечалось в исследованиях [1, 2], приводит помимо разжижения и к замедлению реакции гашения извести. На рис. 2 приведены коэффициенты замедления гидратации извести с пластификаторами и двувод-ным гипсом.

МеШих, являясь хорошим раз-жижителем, выступает и хорошим замедлителем гашения и имеет наибольший коэффициент замедления.

Для исследований были приготовлены образцы с пластификаторами С-3 в количестве 0,2% и МеШих в количестве 0,04% с целью проверки влияния их на подвижность и плотность ячеистого бетона при В/Т—0,5. Результаты представлены на рис. 3.

Как видно, МеШих по сравнению с добавкой С-3 в пятикратно меньшем размере обеспечивает равнозначное увеличение подвижности и является более эффективным, если бы только не его столь же сильное влияние на гидратацию извести (рис. 2).

Растворная смесь поризуется водородом, получаемым от окисления газообразователя — алюминия, рас-

36

5 34

5

ш 32

-О

Л 30

0

я 28 26 24

0 МеШих 0,04% С-3 0,2% Количество пластификатора, %

Рис. 3. Влияние добавки на подвижность растворной смеси

чет которого осуществляется через объем необходимой поризации. Расчет расхода газообразователя производится по формуле:

П=1^^+В/Т)/1,1,

где П — поризация; D — плотность; В/Т — водотвердое отношение; W — удельный объем сухой смеси.

Следовательно, в расчете пориза-ции (П) смеси водотвердое отношение (В/Т) играет важную роль.

На основании полученных данных произведен математический перерасчет водотвердого отношения и поризации. Получено значение фактического количества воды в растворной смеси после введения добавки и В/Т, а отсюда и величина требуемой расчетной поризации. Результаты представлены на рис. 4.

Очевидно, что ячеистая смесь обезвоживается за счет добавки. Объем смеси уменьшается, требуется увеличение поризации и, как следствие, расхода газообразователя. Нехватка воды приводит к прекращению вспучивания, растрескиванию массива. Установлено, что снижение В/Т менее 0,5 приводит к отклонениям реологического и температурного параметров смеси. Вода, помимо обеспечения гидратации извести и формирования первичной структуры новообразований, выполняет стабилизирующую и транспортную функцию, заключающуюся в снижении температуры силикатной смеси за счет большой теплоемкости воды, а транспортная — в непрерывном отводе продуктов реакции, подводе реагентов в реакционную зону и создании условий для формирования ячеистой структуры с последующим закреплением при схватывании [1]. Очевидно, что если сохранить (скорректировать) В/Т в смеси с учетом водопоглощения добавки, то расчетное значение пориза-ции сохранится постоянным (рис. 5).

Из приготовленной смеси с добавками заливали образцы-кубы. Через

1 сут нормального твердения формы раскрывали и образцы подвергали автоклавной обработке при давлении 1,2 МПа. Определяли плотность, прочность и влажность согласно НТД. Результаты представлены на рис. 6, 7.

0,65

0,6

си

1 0,55

0,5 0,45 0,4 0,35 0,3

■

■ ■ 1

щ | I I 1Ш

1 № IIIIII1 1 II 1Р1РШ 1 II II II 1Г1

0

5 7 10 15 Количество добавки, %

В/Т расчетная Поризация расч

в/т сопэ1

Рис. 4. Изменение В/Т смеси и расчетной поризации смеси при введении в смесь молотой добавки газобетона

0,6

§ 0,58 е

ат0,56 з а

| 0,54 ® 0,52

чен 0,5

ач

П 0,48 0,46 0,44

5 7 10 15 Количество добавки, % В/Т с учетом водопоглощения добавки В/Т без учета водопоглощения добавки ^^ Поризация

Рис. 5. Изменение В/Т смеси при введении добавки молотого газобетона с корректировкой количества воды на водопотребность добавки

и 800 | 750 л" 700 8 650 £ 600 С 550 500

I

5 10 15

Количество добавки, % -ф^600 -«^500 Рис;. 7. Влияние количества дисперсной добавки молотого газобетона на плотность ячеистого бетона

Свойства форм овочной смеси с и корректировкой воды на

0 С-3 0,2% МеШих 0,04% Количество добавки в смеси, %

Рис. 8. Влияние пластификаторов на плотность изделий

Таблица 2 добавкой молотого газобетона водопотребность добавки

Количество добавки молотого газобетона, %

0 5 10 15

Водотвердое отношение (В/Т) 0,5 0,528 0,562 0,596

Плотность формовочной смеси, кг/м3 1870 1750 1667 1679

Расплыв, см 30 31 33 33,5

Как показывают результаты, с увеличением количества добавки наблюдается рост плотности при почти равной истинной плотности песка и молотого кирпича. Изготовление образцов с добавкой молотого газобетона также показало рост плотности (рис. 7).

Добавка вводилась при замене части молотого песка газобетона на более легкую по плотности добавку, но результат — увеличение плотности, как и в случае с молотым кирпичом. Можно предположить перекристаллизацию CSH(I) в тобермо-рит с изменением плотности с 2,4 на 2,44 г/см2 [9].

По результатам исследований [10] пластификатор С-3, увеличивая расплыв, увеличивает плотность растворной смеси. Были изготовлены образцы с пластификаторами. Результаты плотности образцов с использованием добавок пластификаторов представлены на рис. 8.

Как видно из полученных результатов, добавки изменяют подвиж-

700

Ч 650

« 600

ю

I 550

500

450

400

Количество добавки молотого силикатного кирпича, %

Рис. 6. Влияние количества добавки молотого силикатного кирпича на плотность ячеистого бетона при постоянном В/Т без учета водо-потребности добавки

620

5 610

о600

£590

580

■

ч

■ \

3 6 9

Количество добавки, %

12

Рис. 9. Изменение плотности газобетона от количества молотого газобетона

1,85 2 1,8 ,,75 § 17 51 , 655

С 1,6

1,55

шш

Ш ■

я ■

тт ш ■

ш и ■

ш ш ■ тт

0 К 5 10 1 оличество добавки, %

ность и плотность изделий. Увеличение плотности при возрастании коэффициента конструктивного качества [2, 4, 5] для газобетона не может являться хорошим результатом.

Авторы [9] утверждают, что снижение плотности достигается за счет увеличения В/Т с 0,5 до 0,7, или при совместном введении пластифицирующей и воздухововлекаю-щей добавок. Исследования [7], при которых минеральный модификатор из опоки и перлита вводился в виде суспензии от доли цемента, не привело к увеличению плотности.

С учетом водопотребности добавки молотого газобетона рассчитано значение В/Т смеси. По полученным значениям В/Т приготовлены замесы и залиты контрольные образцы. Сложность перерасчета состоит в учете водопотребности молотого песка, заменяемого на молотый газобетон другой водопотребности, что и приводит к получению смеси с большей подвижностью и меньшей плотностью при увеличе-

Рис. 10. Влияние добавки молотого газобетона на его прочность

нии количества добавки. Результаты представлены в табл. 2 и рис. 9.

Как видно из рис. 9, результатом корректировки В/Т по водопотребности добавки молотого газобетона в виде сухого порошка в смесь привело не только к получению плотности в допустимых пределах, но и к росту прочности (рис. 10).

Таким образом, на основании проведенного исследования можно сделать следующие выводы:

— дисперсные добавки и пластификаторы оказывают существенное влияние на прочность и плотность ячеистого бетона;

— дисперсные добавки порошка, вводимые в смесь, влияют на подвижность смеси и В/Т отношение растворной смеси;

— применение дисперсных добавок в виде порошка в смесь требует корректировки В/Т отношения с учетом их водопотребности;

— количество добавки молотого газобетона можно рекомендовать в пределах 5—10%.

научно-технический и производственный журнал

22 май 2018

Список литературы

1. Бедарев А.А. Влияние пластифицирующих добавок на температурные и вязкопластичные свойства силикатной смеси для производства газосиликата // Известия КГАСУ. 2013. № 2. С. 208-214.

2. Кузнецова Г.В., Морозова Н.Н., Потапова Л.И., Клоков В.В. Комплексная добавка для автоклавного газобетона // Строительные материалы. 2017. № 5. С. 36-40.

3. Кашапов Р.Р. Красиникова Н.М., Хозин В.Г., Галеев А.Ф., Шамсин Д.Р. Комплексная добавка на основе содо-сульфатной смеси // Известия КГАСУ, 2015. № 2. С. 239-243.

4. Лаукайтис А.А. Исследование влияния добавки молотых отходов ячеистого бетона на его свойства // Строительные материалы. 2004. № 3. С. 33.

5. Кузнецова Г.В., Морозова Н.Н., Клоков В.В., Зигангараева С.Р. Силикатный кирпич и автоклавный газобетон с использованием отходов собственного производства // Строительные материалы. 2016. № 4. С. 76-80.

6. Баранов А.А. Ресурсосберегающая технология применения многостадийного способа переработки подрезного слоя. НПК «Современный автоклавный газобетон». Сборник докладов. Екатеринбург. 2017. С. 22-26.

7. Нелюбова В.В. Газобетон автоклавного твердения с использованием минеральных модификаторов различного состава. НПК «Современный автоклавный газобетон». Сборник докладов. Екатеринбург. 2017. С. 56-61.

8. Леонтьев С.В., Голубев В.А., Сарайкина К.А., Шаманов В.А. Опыт получения автоклавного теплоизоляционного газобетона // Вестник ЮУрГУ. 2014. Т. 14. № 1. С. 46-48.

9. Хавкин Л.М. Технология силикатного кирпича. М.: Эколит, 2011. 243 с.

10. Косых А.В., Лужнова Е.Н., Волобуев Л.С. Комплексная добавка для газозолобетона // Труды Братского государственного университета. Серия: Естественные и инженерные науки. 2011. Т. 2. С. 135-139.

References

1. Bedarev A.A. Effect of plasticizing additives on the temperature and visco-plastic properties of the silicate mixture for the production of gas silicate. Izvestiya KGASU. 2013. No. 2, pp. 208-214. (In Russian).

2. Kuznetsova G.V., Morozova N.N., Potapova L.I., Klokov V.V. A Complex Additive for Autoclaved Concrete. Stroitel'nye Materialy [Construction Materials]. 2017. No. 5, pp. 36-40. (In Russian).

3. Kashapov R.R. Krasinikova N.M., Khozin V.G., Galeev A.F., Shamsin D.R. Complex additive based on sodosulphate mixture. Izvestiya KGASU. 2015. No. 2, pp. 239-243. (In Russian).

4. Laukaitis A.A. Investigation of the effect of the addition of ground waste of cellular concrete on its properties. Stroitel'nye Materialy [Construction Materials]. 2004. No. 3, p. 33. (In Russian).

5. Kuznetsova G.V., Morozova N.N., Klokov V.V., Zigangaraeva S.R. Silicate Brick and Autoclaved Gas Concrete with the Use of Waste of Own Production. Stroitel'nye Materialy [Construction Materials]. 2016. No. 4, pp. 76-80. (In Russian).

6. Baranov A.A. Resource-saving technology of application of multistage method of processing of undercut layer. Scientific and practical conference "Modern autoclaved aerated concrete". Collection of reports. Ekaterinburg. 2017, pp. 22-26. (In Russian).

7. Nelyubova V.V. Autoclaved aerated concrete with the use of mineral modifiers of various composition / Scientific and practical conference "Modern autoclaved aerated concrete". Collection of reports. Ekaterinburg. 2017, pp. 56-61. (In Russian).

8. Leont'ev S.V., Golubev V.A., Saraikina K.A., Shama-nov V.A. Experience in obtaining autoclave heat-insulating gas concrete. Vestnik YuUrGU. 2014. Vol. 14. No. 1, pp. 46-48. (In Russian).

9. Khavkin L.M. Tekhnologiya silikatnogo kirpicha [Technology of silica brick]. Moscow: Ekolit, 2011. 243 p.

10. Kosykh A.V., Luzhnova E.N., Volobuev L.S. Complex additive for gas-coal concrete. Trudy Bratskogo gosudarst-vennogo universiteta. Seriya: Estestvennye i inzhenernye nauki. 2011. Vol. 2, pp. 135-139. (In Russian).

Технология гипсовых отделочных материалов и изделий

Федулов А.А., М: ООО РИФ «СТРОЙМАТЕРИАЛЫ», 2018. 240 с.

В книге описано производство гипсовых отде лочных материалов и изделий от добычи сырья до упаковки готовой продукции. Особое внимание автор уделяет подробному описанию технологических линий и от дельных единиц оборудования, установленных на передовых предприятиях гипсовой промышленности. В книге представлено большое количество иллюстраций всех тех нологических переделов, которые помогут глубже представить и понять технологиче ские процессы производства того или иного изделия. Описание технологии каждого вида гипсовых изделий основывается на существующих производственных регламен тах предприятий России, Германии и Дании, включая шахты, карьеры, которые автор посещал лично.

Книга предназначена студентам, изучающим производство строительных матери алов и конструкций в качестве дополнительного материала по технологии современ ных гипсовых изделий, а также для инженеров-технологов заводов, производящих гипсовую продукцию в качестве справочного материала.

Заказать литературу можно через редакцию, направив заявку по e-mail: mail@rifsm.ru,

или оформить заказ на сайте www.rifsm.ru