CC BY
17
П. А. Долин. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Энер-гоатомиздат, 1984. - 448 с.: ил. 6. Жук, Н. П. Курс теории коррозии и защиты металлов [Текст]: учебное пособие для вузов / Н. П. Жук. - М.: Металлургия, 1976. - 472 с.: ил.
7. Современные проблемы электроэнергетики. Алтай
- 2014 [Электронный ресурс]: сборник статей II Международной научно-технической конференции / Алт. гос. техн. ун-т им. И.И. Ползунова. - Электрон. дан. и прогр. - Барнаул: ЦЭОР АлтГТУ, 2014.
- 1 электрон., опт. диск (CD-R); УДК 621.31
ОСОБЕННОСТИ ПОРИЗАЦИИ БЕСЦЕМЕНТНЫХ МАСС
Мирюк Ольга Александровна
д - р техн. наук, профессор, Рудненский индустриальный институт
Ячеистый бетон выгодно отличается многообразием номенклатуры изделий, доступностью сырьевой базы, сравнительной простотой технологии, высокими техническими характеристиками, экологичностью. Дороговизна портландцемента, технические сложности автоклавной обработки обусловливают необходимость использования альтернативных бесцементных вяжущих. При этом необходимо создать благоприятные условия для поризации, обеспечить повышенную прочность межпоро-вых перегородок [1, с. 156].
Анализ технической литературы свидетельствует о перспективности щелочесиликатных вяжущих, которые затворяют раствором щелочного компонента, активизирующим твердение порошкообразной части композиции. Жидкое стекло, как основа таких композиций с многолетней практикой применения, соответствует требованиям сырьевой обеспеченности и возможности применения малоэнергоемких технологий [2, с. 128; 3, с.34]. В качестве порошкообразного наполнителя щелочесиликатных вяжущих используют металлургические шлаки, бой стекла и другие силикатные и алюмосиликатные материалы различного происхождения.
Поризация - определяющая стадия технологического процесса получения ячеистых материалов, которую для жидкостекольных масс осуществляют термическим, химическим, механическим способами. Представляется, что дальнейшее развитие технологии щелочесиликатных ячеистых бетонов связано с совершенствованием приемов поризации структуры.
Цель работы - исследование влияния технологических факторов на поризацию материалов из жидкого стекла и техногенного наполнителя.
Объектом исследования послужили жидкостеколь-ные композиции, наполненные металлургическим шлаком и стеклобоем. Для поризации масс использовали поверхностно активные вещества различного происхождения: протеиновый пеноконцентрат «Унипор», пенообразователи на синтетической основе «Fairy» и «Zelle - 1».
Пеномассы готовили по одностадийному методу:
суспензию, полученную перемешиванием всех компонентов, вспенивали в смесителе миксерного типа в течение 2 мин. Скорость перемешивающего механизма 600 - 800 об/мин. Свойства пеномассы оценивали по кратности и плотности. Образцы пенобетона размером 40х40х40 мм твердели в нормальных условиях.
Для сравнения полученных пен использована визуальная оценка крупности, однородности и устойчивости во времени. Мелкими обозначены пены с размером ячеек 0,5 мм; крупными - более 1 мм. Однородная пористая структура охарактеризована равномерным распределением пор в массе, отсутствием крупных воздушных полостей. Устойчивость пеномассы оценена по продолжительности сохранения первоначального объема: высокая устойчивость - не менее 30 мин; низкая - разрушается вскоре после извлечения из смесителя.
Особенность исследуемых композиций - использование для затворения жидкости с регулируемым составом и плотностью. Жидкое стекло выполняет две функции: в сочетании с пенообразователем является компонентом технической пены и одновременно - компонентом щело-чесиликатного вяжущего.
Сопоставление характеристик пен, полученных при равных условиях на основе различных жидкостей, выявило пониженную кратность (вода - 12, жидкое стекло -5) и повышенную среднюю плотность (вода - 80 кг/м3, жидкое стекло - 200 кг/м3) пены из жидкого стекла. Истечение жидкости из пены в результате синерезиса в пено-массах отличалось незначительно.
Исследование пены, образованной из жидкого стекла различного состояния, свидетельствует о предпочтительности раствора Na2O(SiO2)n плотностью 1200 -1300 кг/м3, при которой образуется пена необходимого качества и достигается технологически обоснованная скорость твердения материала (таблица 1). Повышенные значения плотности жидкого стекла снижают выход пеномассы, при низких значениях плотности - медленное упрочнение структуры бетона.
Таблица 1
Влияние плотности жидкого стекла на свойства пены
Плотность жидкого стекла Na2O(SiO2)n, кг/м3 Кратность пены Плотность пены, кг/м3
1100 8,5 115
1150 8,1 170
1200 7,7 195
1250 6,4 230
1300 5,3 250
1350 4,2 320
1400 3,8 470
Структура ячеистых материалов существенно зависит от природы порообразующего компонента. Исследованы пены, полученные из пенообразователей различного
происхождения, которые добавляли к жидкому стеклу в количестве 3%. Результаты приведены в таблице 2.
Таблица 2
Влияние состава пенообразователя на свойства пены из жидкого стекла
Вид пенообразователя Кратность пены Плотность пены, кг/м3 Качественная характеристика пены
размер пор однородность пор стойкость
«Fairy» 7,0 180 очень мелкие однородная высокая
«Zelle - 1» 6,5 190 мелкие однородная высокая
«Унипор» 4,0 210 средние неоднородная низкая
Использование протеинового пенообразователя «Унипор» сопровождается коагуляционными процессами и образованием сгустков в жидком стекле. Пена, образованная с применением «Унипора», неоднородна по структуре и весьма неустойчива. Протеиновые поверхностно-активные вещества катионного или амфотерного типа, как правило, эффективны только в слабокислой среде.
Пена на основе синтетического пенообразователя «Fairy» выгодно отличается мелкопористым строением, низкой плотностью и устойчивостью. Предпочтительность синтетических пенообразователей для жидкого стекла обусловлена их анионным или неионогенным типом. Такие пенообразователи содержат натриевые соли алкилсульфонатов и алкилбензосульфокислот и наиболее эффективны в области рН = 7,0 - 10,5.
Щелочесиликатные композиции состоят из жидкого стекла и порошкообразного наполнителя (металлургического шлака или боя стекла), который влияет на реологические свойства и вспениваемость массы. Для поризации щелочесиликатной композиции использован пенообразователь «Fairy». Увеличение доли наполнителя закономерно повышает плотность массы за счет уменьшения поризуемости материала (таблицы 3 и 4). Для получения стойкой к седиментации пеномассы с низкими значениями плотности соотношение «жидкое стекло: наполнитель» целесообразно принять равным «1: 1,85 - 1: 2,00». Композиции на основе стеклобоя менее чувствительны к изменению доли наполнителя и сохраняют практически неизменной кратность пеномассы.
Таблица 3
Влияние доли шлака на свойства поризованного материала
Жидкое стекло: шлак Кратность пеномассы Плотность пеномассы, кг/м3 Плотность пенобетона, кг/м3 Прочность при сжатии пенобетона, МПа
1: 1,45 6,4 430 260 0,3
1: 1,65 6,3 470 320 0,4
1: 1,85 6,1 490 350 0,5
1: 2,00 5,8 550 460 0,7
Структура пенобетона чувствительна к изменению вещественного состава формовочной массы. Сопоставление показателей шлакощелочных композиций на синтетических пенообразователях различного типа выявило, что использование «Zelle - 1» при прочих равных условиях приготовления пеномассы обеспечивает формирование
укрупненных ячеек со средним размером 0,8 - 1,0 мм (рисунок 1) и пониженную плотность материала (таблица 5). Пенобетон на основе металлургического шлака характеризуется меньшими по размеру ячейками по сравнению с композитом на основе стеклобоя (рисунок 2).
Таблица 4
Влияние доли стеклобоя на свойства поризованного материала
Жидкое стекло: стеклобой Кратность пеномассы Плотность пеномассы, кг/м3 Плотность пенобетона, кг/м3 Прочность при сжатии пенобетона, МПа
1: 1,45 5,1 570 400 0,8
1: 1,65 5,2 620 420 1,0
1: 1,85 5,1 640 430 1,1
1: 2,00 5,0 670 480 1,2
Влияние состава смеси на свойства шлакощелочного пенобетона
Таблица 5
Пенообразователь Жидкое стекло: шлак
1: 1,85 1: 2,00
кратность пены плотность пенобетона, кг/м3 прочность при сжатии, МПа кратность пены плотность пенобетона, кг/м3 прочность при сжатии, МПа
вид доля в смеси, %
Fairy 3 5,4 393 0,68 5,2 402 0,73
4 5,8 296 0,63 5,8 369 0,72
Пенообразователь Жидкое стекло: шлак
1: 1,85 1: 2,00
кратность пены плотность пенобетона, кг/м3 прочность при сжатии, МПа кратность пены плотность пенобетона, кг/м3 прочность при сжатии, МПа
вид доля в смеси, %
5 6,2 255 0,62 6,2 322 0,61
Zelle - 1 3 5,6 309 0,59 5,8 369 0,68
4 5,9 237 0,53 6,2 336 0,63
5 6,3 205 0,50 6,7 276 0,60
-• • * » • . • « • n* " •1
■ ^fe . ."jÊf ■ '
# * j »
- ' - . « ^ ? * * ГЛрsPTCSÄ--• » « - if7, TV'J
В СЖЗдfj^iflfii L
■ с - № ml * ЙЯРЁw гТГ ' f
• * >V . Fairy « ; • f. Zelle-1
Рисунок 1. Структура шлакощелочных композиций с использованием различных пенообразователей
Рисунок 2. Структура пенобетона с использованием различных наполнителей
Выводы. Процессы поризации щелочесиликатных композиций чувствительны к изменению состояния сырьевых компонентов, рецептуры и режима вспенивания формовочной массы.
Использование в качестве основы композиции жидкого стекла - жидкости с выраженной химической активностью и регулируемой плотностью предопределяет выбор порообразователей с высокой вспенивающей способностью и устойчивостью в среде затворителя. Образование устойчивой мелкопористой жидкостекольной пено-массы обеспечивается при использовании синтетических пенообразователей анионного или неионогенного типа.
Для формирования стойкой к седиментации пено-массы с низкими значениями плотности соотношение «жидкое стекло: наполнитель» целесообразно принять равным «1: 1,85 -1: 2,00». Состав техногенного наполнителя определяет долю жидкого стекла и влияет на характер пористости материала.
Жидкостекольные ячеистые композиции - малоэнергоемкие материалы, содержащие техногенный наполнитель, обеспечивают возможность регулирования пористости структуры за счет направленного выбора сырьевых компонентов и способа приготовления формовочной массы.
Список литературы
1. Бобров Ю.Л., Овчаренко Е.Г., Шойхет Б.М., Пету-хова Е.Ю. Теплоизоляционные материалы и конструкции. М.: ИНФРА - М., 2003. 268 с.
2. Глуховский В. Д., Рунова Р.Ф., Максунов С.Е. Вяжущие и композиционные материалы контактного твердения. Киев: Высшая школа, 1991. 242 с.
3. Рахимова Н.Р., Рахимов Р.З., Фатыхов Г.А., Кузнецов Д.П. Газобетоны на основе композиционных шлакощелочных вяжущих // Строительные материалы, оборудование, технологии XXI века. Технологии бетонов. 2009. №7 - 8. С. 34 - 35.
