Перспективные направления совершенствования технологии и улучшения свойств газобетонных изделий Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

Таблица 2. Накопление гербицидов сельскохозяйственными культурами

Доза гербицида, кг/га Доза активного угля, кг/га Тест-культура Содержание гербицида в урожае, мкг/кг

Трефлан - 1 - Томаты 28

Трефлан - 1 100 То же 0.6

Трефлан - 1 - Морковь 95

Трефлан - 1 100 То же Не обнаружено

2.4-Д - 5 - Ячмень 220

2.4-Д - 5 200 То же Не обнаружено

2.4-Д - 10 - Ячмень 670

2.4-Д - 10 200 То же Не обнаружено

2.4 - дихлорфеноксиуксусная кислота

По данным ВНИИ фитопатологии РАН, ожидаемый эколого-экономический эффект от детоксикации почв достигает 500 долл. США с га и только в Московской области может составить до 30 млн долл. США/год.

Таким образом, можно констатировать, что в XXI веке человечество вступило в новую эру - эру защиты биосферы, в которой ключевая роль при очистке промышленных выбросов и защите человека принадлежит углесорбционным технологиям.

Литература

1. Мухин В.М., Тарасов А.В., Клушин В.Н. Активные угли России. М.: Металлургия, 2000. 352 с.

2. Кельцев Н.В. Основы адсорбционной техники. М.: Химия, 1976. 511 с.

3. Кинле X., Бадер Э. Активные угли и их промышленное применение: пер. с немец. Л.: Химия, 1984. 215 с.

4. Мухин В.М., Спиридонов Ю.Я. Сорбционная детоксикация почв, загрязненных пестицидами // Проблемы экологической безопасности агропромышленного комплекса. Вып. 4. РАСХН - Минсельхоз РФ. Сергиев Посад, 1999. С. 30-38.

Сведения об авторе

Мухин Виктор Михайлович,

д.т.н., ОАО «ЭНПО “Неорганика”», Электросталь, Россия, [email protected] Mukhin Victor Mikhailovich,

Dr.Sc. (Engineering), JSC “ESPE «Neorganika»”, Elektrostal, Russia, [email protected]

УДК 691.327.332

ПЕРСПЕКТИВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИИ И УЛУЧШЕНИЯ СВОЙСТВ ГАЗОБЕТОННЫХ ИЗДЕЛИЙ

А.А. Пак, Р.Н. Сухорукова

Институт химии и технологии редких элементов и минерального сырья им. И.В.Тананаева Кольского научного центра РАН, Апатиты, Россия

Аннотация

Приводятся особенности формования изделий из газобетона. Отмечены недостатки традиционной газобетонной технологии. В результате анализа особенностей технологии газобетонных изделий и известных путей ее совершенствования нами предлагается ряд предложений по совершенствованию технологии и улучшению свойств газобетонных изделий.

Ключевые слова:

ячеистый бетон, технология, газобетонная смесь, закрытая форма, плотность, структура бетона.

PROMISING DIRECTIONS IN UPDATING OF TECHNOLOGY AND PROPERTIES OF GAS-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 Kola Science Centre of the RAS, Apatity, Russia

575

Abstract

The paper outlines the molding peculiarities of gas-concrete products. Disadvantages of the conventionally applied gas-

concrete technology are discussed. Features of gas-concrete processes and known trends in their updating have been

analyzed to propose new improvements in the process and properties of gas-concrete articles.

Keywords:

cellular concrete, technology, gas-concrete mixture, closed mold, density, concrete structure.

Технология газобетонных изделий имеет свои специфические особенности, связанные с вещественным составом бетонной смеси, механизмом образования пористой структуры, способами формования, условиями твердения изделий. Наиболее характерными особенностями технологии газобетонных изделий являются: отсутствие в составе бетонной смеси крупного заполнителя (щебня или гравия); литая консистенция (расплыв смеси по цилиндру Суттарда 9-38 см); затворение смеси горячей водой с температурой 50-70°С; изготовление изделий в заводских условиях при температурах не ниже 15°С. При формовании изделий газобетонная смесь заливается в форму не на всю ее высоту, так как в результате газообразования бетонная смесь вспучивается, увеличиваясь в объеме на 20-80%, заполняя при этом оставшийся объем формовочной полости с поднятием излишка смеси над бортами формы и образуя так называемую «горбушку» с опущенными по периметру краями. Этот излишек газобетонной смеси необходим для полного заполнения углов и краев изделия в форме. После набора бетонной смесью необходимой критической прочности «горбушка» срезается и направляется на бетоносмесительный узел на повторное использование либо удаляется в отход. Газобетонная смесь после заливки в форму вспучивается (увеличивается в объеме) без внешнего воздействия за счет выделения в смеси газа - водорода, образующегося в результате химической реакции между газообразователем (чаще всего алюминиевая пудра) и известью, содержащейся в вяжущем веществе. После окончания вспучивания смеси и срезки «горбушки» всякие внешние воздействия на форму с изделием не рекомендуются (встряхивания, толчки, удары, даже сквозняки) во избежание «подсадки» смеси [1, 2].

Такие технологические операции осуществляются только с газобетонной смесью. Другие бетонные смеси (тяжелые на плотных и легкие на пористых заполнителях) укладываются в форму на всю ее высоту и подвергаются виброуплотнению. После виброуплотнения объем бетонных смесей остается уже неизменным. Другая разновидность ячеистобетонной смеси - пенобетонная - также укладывается на полную высоту формы уже в вспененном состоянии, и в дальнейшем объем пенобетонной смеси в форме не увеличивается (нередко даже «подсаживается» на 3-5% из-за разрушения пены).

На сегодняшний день у нас в стране наиболее распространенными изделиями из ячеистого бетона являются мелкие стеновые блоки с номинальными размерами 200x300x600 и 200x200x400 мм. При средней плотности газобетона (в высушенном состоянии) 600-700 кг/м3 и классе по прочности В 1.5-3.5 блоки можно отнести к эффективным стеновым материалам. Во все времена строители стремились получать материалы максимальной прочности при наименьшей плотности. Последняя обеспечивается повышенной пористостью структуры бетона, что в свою очередь ведет к повышению термического сопротивления ограждения, снижению теплопотерь и расхода энергии на отопление зданий, сокращению материалоемкости производства, затрат труда и энергии на добычу, переработку и транспортировку сырьевых материалов и готовой продукции, появляются возможности уменьшения толщины стены, нагрузки на фундамент и глубины его заложения. Однако это стремление в достижении высоких прочностей при минимальных плотностях противоречит непреложной физической закономерности: меньше плотность - меньше прочность, а прочность ячеистого бетона является кубической функцией его плотности, т.е. снижение плотности в два раза приводит к восьмикратному падению прочности [3].

Общим для любых технологий сборных бетонных и железобетонных изделий из всех видов бетонов, в том числе и ячеистобетонных, является то, что они формуются в открытой сверху формовой оснастке.

К недостаткам традиционной газобетонной технологии в открытых формах относятся:

- затрата энергии на подогрев воды затворения до 50-70°С;

- необходимость в выдержке отформованных изделий в течение 4-6 ч для набора бетоном критической прочности, перехода ячеистобетонной смеси от состояния бингамовской жидкости к состоянию твердого тела для срезки «горбушки» и начала термовлажностной обработки;

- широко распространенная на практике «резательная» технология с вибровспучивнием газобетонной смеси при всех ее достоинствах (высокопроизводительная, механизированная конвейерная технология, минимизация ручного труда и пр.) имеет свои недостатки: рентабельна только на крупных заводах производительностью не менее 80 тыс. м3 изделий в год из-за дорогостоящего, металлоемкого оборудования; большая высота вспучивания (0.6-1.6 м) не гарантирует равномерную пористость по высоте большеобъемной формы; предусматривает использование молотого кремнеземистого наполнителя, поскольку случайные крупные зерна, встречающиеся в песке или золе, приводят к царапинам на поверхности изделия, обрыву режущих струн; невозможно получать вариатропные изделия с уплотненными поверхностными слоями;

- при формовании изделий в открытых формах как при агрегатно-поточной и стендовой технологиях, так и при конвейерной резательной технологии неизбежно образование «горбушки» (до 10% от массы изделия), которую необходимо срезать и утилизировать. Известная технология «прикатки горбушки» для вдавливания ее

576

в бетон и получения изделия переменной плотности недостаточно эффективна, и требуется специальное оборудование;

- ввиду минимального количества вводимой в бетонную смесь алюминиевой пудры (сотые доли процента) точность ее дозировки и равномерного распределения заметно влияет на степень вспучивания газобетонной смеси и высоту «горбушки». На нестабильность процесса вспучивания влияет множество других факторов: реологические свойства смеси, щелочность и экзотермичность вяжущего, температура смеси и окружающей среды и др.;

- свободное (нестесненное) развитие газовых пор не обеспечивает получение пористой структуры бетона с одинаковыми сферическими порами и уплотненными межпоровыми перегородками, что не позволяет получать изделия с высокими эксплуатационными показателями.

Сегодня известны различные предложения по совершенствованию технологии и улучшению свойств газобетонных изделий. Наиболее известные из них:

- повышение качества исходных материалов для приготовления бетонной смеси: использование высокомарочного (марка не ниже М500-600) и высококальциевого цемента, использование высокоактивной негашеной извести со стабильными свойствами, широкое использование кондиционных местных природных материалов и отходов промышленности;

- вибровспучивание газобетонной смеси пониженной консистенции (расплыв по Суттарду 9-12 см), с последующей выдержкой в камере «дозревания» при 45-60°С в течение 1.0-1.5 ч и разрезкой большеобъемного массива на отдельные изделия;

- использование сухих бетонных смесей, которые легко транспортировать и перемешивать с водой прямо на строящемся объекте;

- изготовление изделий переменной плотности с уплотненной поверхностной оболочкой (вариатропные изделия);

- дисперсное армирование синтетическими волокнами.

Кроме того, известны другие предложения:

- алюминиевую пудру вводить в бетонную смесь сразу после загрузки в смеситель кремнеземистого наполнителя (перед вяжущим), что позволяет не ограничивать длительность ее перемешивания, добиться равномерного распределения алюминиевой пудры во всем объеме бетонной смеси, не опасаясь преждевременного газообразования и вспучивания смеси;

- формовать газобетонные изделия в формах под крышкой (автофреттаж) [4].

Однако эти два способа не получили широкого промышленного применения. При длительном перемешивании с алюминиевой пудрой смесь на горячей воде остывает, что отрицательно сказывается на вспучивании смеси. А попытки внедрить метод автофреттажа выявили следующие трудности: повышение металлоемкости форм, потребность дополнительных производственных площадей для складирования крышек, увеличение ручного труда при распалубке, чистке, смазке, установке, закреплении, дополнительных крановых операций при транспортировании крышек. Главным же недостатком было то, что длительность установки и крепления крышки оказалась сопоставимой со временем вспучивания газобетонной смеси, так что закрепить крышку на форме не всегда успевали (газомасса начинала вспучиваться).

В результате анализа особенностей технологии газобетонных изделий и известных путей ее совершенствования нами предлагается:

- затворять газобетонную смесь холодной (неподогретой) водой;

- изготавливать газобетонные изделия в формах, закрываемых сразу после заливки бетонной смеси жесткой крышкой, фиксируемой бортами или поддоном формы (автофреттаж);

- увеличить расход алюминиевой пудры на 10%;

- заливать газобетонную смесь на 1/2-2/3 высоты формы в зависимости от заданной плотности газобетона;

- начинать тепловлажностную обработку изделий после закрытия формы крышкой; во время тепловлажностной обработки происходит разогрев и вспучивание газобетонной смеси с последующим прижатием и выравниванием по плоскости крышки с заполнением углов и краев изделия без формирования «горбушки»;

- подъем температуры в пропарочной камере до температуры изотермической выдержки осуществлять за 1.0-1.5 ч; возможные температурные деформации в бетоне будут сдерживаться и гаситься жесткими стенками формовой оснастки.

Преимущества формования изделий холодной газобетонной смесью в закрытой форме:

- исключаются потери тепла при перемешивании и формовании изделия из горячей газобетонной смеси;

- отпадает необходимость в строгом соблюдении продолжительности отдельных стадий перемешивания газобетонной смеси, а также при формовании изделия во избежание потерь тепла и преждевременного вспучивания смеси (в бетоносмесителе либо при формовании);

- исключаются потери материалов на образование «горбушки»;

- в результате прижатия вспучивающейся газобетонной смеси к стенкам формы возможно получение вариатропных изделий переменной плотности со всесторонним уплотнением всех поверхностных слоев, что ведет к улучшению эксплуатационных свойств бетона: повышению поверхностной твердости изделия, снижению водопоглощения, получению качественной поверхности изделия под отделку и т.д.;

577

- в процессе выполнения одного технологического процесса - термовлажностной обработки -осуществляются без внешнего воздействия четыре технологические операции: 1 - вспучивание газобетонной смеси, 2 - окончательное формоборазование изделия; 3 - уплотнение пристеночных слоев, 4 - ускорение твердения бетона;

- исключение предварительной выдержки перед термообработкой и ускоренный разогрев изделия без опасения развития деструктивных процессов в бетоне позволяет сократить самый длительный и дорогостоящий технологический процесс - термовлажностную обработку - минимум на 5-7 ч.

Технология изготовления изделий в закрытых формах известна и получила название автофреттаж. Как уже отмечалось, во время известных попыток реализации нередки были случаи преждевременного вспучивания газобетонной смеси, затворенной горячей водой. С целью проверки эффективности сформулированных нами предложений был выполнен цикл экспериментов путем изготовления газобетонных образцов-кубов размерами 7.07х7.07х7.07 см в открытой и закрытой формах. Расход материалов на 1 м3 газобетонной смеси, % мас.: портландцемент ЦЕМ I 42,5 Н - 40, известково-песчаное вяжущее - 10, золошлаковая смесь - 50, алюминиевая пудра - 0.06. В таблице приведены результаты прочностных испытаний газозолобетона после пропаривания при 85±5°С в открытой и закрытой формах и высушивания до постоянной массы при 105-110°C.

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

Вид формы Высота заливки бетонной смеси, см Плотность, кг/м3 Прочность, МПа

расчетная фактическая средняя фактическая средняя

Открытая 5 500 462 472 1.5 1.6

482 1.7

6 700 699 702 3.4 3.7

696 3.8

710 3.9

Закрытая 5 500 582 609 2.3 2.4

649 3.1

596 1.9

4 500 533 552 1.9 2.0

564 2.1

560 2.1

6 700 760 805 5.9 6.1

804 5.8

852 6.5

5 700 660 676 3.5 3.9

681 3.9

686 4.2

5

^ 4

л

X

и

S 3 о.

U 2

о

г

т

О 1 о. 1

6

5

0

5.6

Я открытая форма ■ закрытая форма

500 600 700

Плотность газобетона, кг/м3

Прочность газобетона в зависимости от вида формы и расчетной плотности газобетона

Как видно из таблицы, при заливке в формы одинакового количества смеси в закрытой форме получается газобетон плотнее, чем в открытой форме на 100-130 кг/м3. Объяснением этому может служить то, что в закрытой форме материал «горбушки» не удаляется, а вдавливается в тело изделия. Опыты показали, что для

578

получения бетона одинаковой плотности, нужно в закрытую форму наливать газобетонную смесь на 20% меньше, чем в открытую форму. 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 образцы в открытой форме формовали из газобетонной смеси расчетной плотностью 700 кг/м3, а в закрытой форме - из смеси плотностью 600 кг/м3. При этом смеси наливали в формы одинаковое количество, чтобы избежать существенного увеличения плотности газобетона (рис.).

Из рисунка видно, что при подпрессовке прочность газобетона в закрытой форме выше на 39%, чем в открытой. Литература

1. Боженов П.И. Технология автоклавных материалов: учеб. пособие. Л.: Стройиздат, 1978. 367с.

2. Баженов Ю.М. Технология бетона: учебник. М.: АСВ, 2007. 528 с.

3. Чернов А.Н. Неоднородность - коварное свойство бетона [Электронный ресурс] // Весь бетон: сайт. URL: http://www.allbeton.ru/article/148/13.html (дата обращения: 14.07.2008).

4. Чернов А.Н., Аминев Г.Г. Автофреттаж в технологии газобетона // Строительные материалы. 2003. N° 11. С. 22.

Сведения об авторах

Пак Аврелий Александрович,

k. т.н., Институт химии и технологии редких элементов и минерального сырья им. И.В.Тананаева КНЦ РАН, г.Апатиты, Россия, [email protected]

Сухорукова Раиса Николаевна,

Институт химии и технологии редких элементов и минерального сырья им. И.В.Тананаева КНЦ РАН, г.Апатиты, Россия, [email protected]

Pak Avreli Aleksandrovich,

PhD (Engineering), I.V.Tananaev Institute of Chemistry and Technology of Rare Elements and Mineral Raw Materials of the KSC of the RAS, Apatity, Russia, [email protected] Sukhorukova Raisa Nikolaevna,

l. V.Tananaev Institute of Chemistry and Technology of Rare Elements and Mineral Raw Materials of the KSC of the RAS, Apatity, Russia, [email protected]

УДК 669.712

ЛИНИЯ ПО УТИЛИЗАЦИИ ШЛАМА ГЛИНОЗЕМНОГО ПРОИЗВОДСТВА

В.М. Скачков, Л.А. Пасечник, И.Н. Пягай, С.П. Яценко

Институт химии твердого тела Уральского отделения РАН, Екатеринбург, Россия Аннотация

Производство алюминия является одной из основ мировой экономики, технического и технологического развития современного общества. Тенденции развития науки и техники показывают, что в XXI веке понадобятся новые конструкционные материалы и сплавы на основе алюминия, легированные рассеянными редкими элементами, такими как скандий, гафний, цирконий, и они займут одно из ведущих мест благодаря своим уникальным свойствам. Многотонные шламохранилища продолжают увеличиваться, отравляя окружающую среду. Предлагаемое решение блочной переработки красного шлама поможет снизить нагрузку на Землю, а утилизация углекислого газа и других опасных выбросов, предусмотренная и необходимая в процессе извлечения скандия, значительно уменьшит отравление атмосферы.

Ключевые слова:

красный шлам, скандий, глинозем, боксит, алюминий, гидрокарбонат, растворение, фильтрация, гидролиз.

RECOVERING LINE OF THE ALUMINA PRODUCTION RED MUD

V.M. Skachkov, L.A. Pasechnik, I.N. Pyagai, S.P. Yatsenko

Institute of Solid State Chemistry of the Ural Branch of the RAS, Yekaterinburg, Russia

579