Получение пенобетона с улучшенными физико-механическими свойствами Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

128

Общетехнические и социальные проблемы

увеличению потерь на трение, увеличению потерь на торцах, протечек через зазоры вдоль языка и точки разделения на корпусе. К этому добавляется многократно большая длина вентилятора в завесе в сравнении с моделями ЦАГИ:

f L1

V D 0 ЦАГИ

= 0,3...1 <

f L1

V D 0 Тепломаш

= 4...8.

Данное обстоятельство способствует активному развитию трехмерных эффектов как внутри колеса, так и в нагнетательном патрубке. А это влечет за собой дополнительные потери. Таким образом,

У < Уь П2 < П1.

В рамках настоящей работы более подробное исследование масштабного эффекта не проводилось.

Заключение

Из данной серии испытаний следует вывод: рекомендации оптимальных диапазонов геометрических параметров, сделанные по результатам испытаний вентиляторов с относительно крупными колесами, в общем случае не распространяются на вентиляторы с колесами малых диаметров.

Библиографический список

1. Коровкин А. Г. Параметрические исследования диаметрального вентилятора с высоким КПД / А. Г. Коровкин, А. Н. Фиофилактов // Промышленная аэродинамика: тр. ЦАГИ. - Вып. 4 (36). - 1991. - С. 308-326.

2. Соломахова Т. С. Центробежные вентиляторы : справочник / Т. С. Соломахова, К. В. Чебышева. - М.: Машиностроение, 1980. - 176 с.

УДК 661.185 Е. А. Попова

ПОЛУЧЕНИЕ ПЕНОБЕТОНА С УЛУЧШЕННЫМИ ФИЗИКОМЕХАНИЧЕСКИМИ СВОЙСТВАМИ

Резкое удорожание энерго- и теплоносителей вызвало кризис строительного производства. Одним из путей выхода из него является разработка и внедрение новых эффективных технологий производства строительных материалов, изделий и

2006/4

Proceedings of Petersburg Transport University

Общетехнические и социальные проблемы

129

конструкций, отличающихся простотой, мобильностью, экономичностью, высокими эксплуатационными свойствами и конкурентоспособностью изготовляемой продукции, отвечающей требованиям рынка. Таким материалом, на наш взгляд, является пенобетон неавтоклавного твердения. Предлагается вводить различные добавки для улучшения физико-механических свойств пенобетона.

пенобетон, неавтоклавное твердение, трещиностойкость, физико-механические свойства пенобетона.

Введение

В связи с введением в последнем десятилетии в РФ и большинстве стран СНГ новых нормативных показателей по теплозащите зданий их строительство из традиционных стеновых материалов (кирпича и керамзитобетонных панелей) стало экономически невыгодным, так как потребовало увеличения толщины стен до 1-1,5 м [1].

Эти строительные изделия в стеновой конструкции уступают более теплоэффективным строительным изделиям, наиболее перспективными из которых являются пенобетон и изделия из него.

Изделия из пенобетона имеют коэффициент теплопроводности в 2-3 раза ниже, чем у кирпича или керамзитобетонных панелей, в результате чего стены из пенобетона в 2-3 раза теплее кирпичных при сохранении практически прежней толщины конструкций в пределах 400-600 мм.

Это выгодно прежде всего по экономическим соображениям, так как вес стеновых конструкций уменьшается в 2-3 раза с одновременным повышением их термического сопротивления до уровня, соответствующего требованиям современных нормативов, при более низких стоимостных показателях. К тому же пенобетон наряду с высокими теплоизоляционными показателями имеет сравнимые с кирпичом прочностные характеристики.

Кроме оценки технико-экономических показателей эффективности использования различных стеновых материалов и изделий, важное значение имеет микроклимат жилищной среды или так называемая комфортность проживания человека в домах со стенами из различных материалов. Первое место по комфортности занимают дома со стенами из дерева, второе - дома со стенами из ячеистого бетона, третье - дома из керамического и силикатного кирпича.

1 Технологии производства пенобетона

Существует несколько технологий изготовления пенобетона, включающих в себя разные условия твердения: в естественных (нормальных) условиях при гидротермальной обработке, в автоклавах и пропарочных камерах при контактном прогреве и электропрогреве.

К достоинствам автоклавной технологии относят: богатый опыт производства и эксплуатации изделий, получение проектной прочности сразу

ISSN 1815-588 X. Известия ПГУПС

2006/4

130

Общетехнические и социальные проблемы

после изготовления изделий, достаточную долговечность, минимальную усадку бетона. К недостаткам - повышенную фондоемкость, сложность технологического оборудования, высокие требования к качеству сырья и чистоте компонентов, тепловому режиму технологического процесса, необходимость использования химически агрессивных дефицитных и взрывоопасных материалов [2].

В России большинство предприятий по производству автоклавного ячеистого бетона построено в середине 60-х - конце 70-х годов прошлого столетия (46 предприятий), общая мощность которых в лучшие годы достигала 6,6 млн. м3.

В последнее время повышенный интерес со стороны ученых-материаловедов и практиков-строителей вызывает неавтоклавный ячеистый бетон, получаемый по пенной технологии. К несомненным преимуществам неавтоклавного ячеистого бетона относятся: малая энергоемкость изготовления, высокая огнестойкость, экологическая безопасность, а также высокая степень сходства физико-химических свойств ячеистого бетона со смежными материалами, используемыми в ограждающих конструкциях (кирпич, бетон, другие каменные материалы).

При выборе технологии производства пенобетона необходимо учитывать следующие основные показатели: требования к качеству бетона по плотности и прочности, объем производства и возможности объемов инвестиций. При этом производство неавтоклавного ячеистого бетона требует меньших инвестиций, а время окупаемости такого производства меньше сроков окупаемости производства пенобетона автоклавного твердения [3].

В данной работе речь пойдет о свойствах неавтоклавного пенобетона, твердеющего при контактном прогреве в пропарочной камере.

2 Получение пенобетона повышенной трещиностойкости

При всех своих видимых преимуществах пенобетон обладает пониженной трещиностойкостью, и есть проблема ее улучшения, разрешение которой особенно трудно потому, что речь может идти о влиянии только на твердую составляющую композиционного материала, которой в пенобетоне от 10 до 30%, остальной объем в материале занимает воздух.

Косвенной характеристикой, отражающей трещиностойкость, является прочность контакта и соответственно отношение прочности при изгибе и сжатии, поэтому повышение трещиностойкости может быть оценено при изучении прочности материала при изгибе и отношения изгиба к сжатию.

Цель нашей работы состояла в повышении трещиностойкости пенобетона.

В существующей системе знаний кафедры «Инженерная химия и естествознание» Петербургского государственного университета путей сообщения могут быть найдены рекомендации для решения такого рода проблем. При этом рассматривается связь между принадлежностью катиона

2006/4

Proceedings of Petersburg Transport University

Общетехнические и социальные проблемы

131

вводимого вещества к семейству элементов в таблице Менделеева и свойствами контакта всего композиционного материала. Базируясь на представлениях о возможных донорно-акцепторных взаимодействиях и электронных конфигурациях контактных фаз, в этой системе можно воздействовать на контакт. Если это справедливо, то должна существовать возможность улучшать механические свойства получаемых композиционных материалов, вводя твердые элементы в композиционный материал на цементной основе. Использовать эти представления особенно современно и важно при разработке таких материалов, как пенобетон [4].

Для выбора веществ, способных влиять на прочность контакта, мы руководствовались следующим.

1. Содержащиеся в веществах катионы обладают разной орбитальной электроотрицательностью, при этом ион алюминия имеет самое большое значение орбитальной электроотрицательности - 6,01 эВ, что должно обеспечить наибольшую силу контакта при прочих равных условиях; рассматривались также вещества, содержащие катионы с более низкой электроотрицательностью .

2. Конфигурация контактной фазы. В этом случае преимущество будет у алюминия [5].

Для проведения эксперимента нами были выполнены образцы балочек 4x4x16 см из пенобетона D800. При замесе в сухую смесь вносились следующие элементы: Al2O3, Al(OH)3, Fe2O3, Cr2O3, BaSO4, Cu2O, NaF в количестве 0,5%, 1%, 3% от массы цемента. Образцы подвергались контактному прогреву в пропарочной камере и в дальнейшем - испытанию на изгиб и сжатие. Данные испытаний представлены в таблице.

Из представленных результатов видно, что при введении в сухую смесь Al2O3 достигается максимальная прочность на изгиб по сравнению с контрольным образцом. При этом прочность на изгиб у Cu2O и NaF падает.

Возрастание предела прочности на изгиб в случае катиона А13+ можно попытаться объяснить следующем образом. Композиционный материал, полученный при образовании в качестве наполнителя алюмосиликата и вяжущего гидросиликата кальция, обладает 3р-2р электронной конфигурацией, более «гибкой», гантелевидной направленности в пространстве, что предполагает более высокие значения предела прочности на изгиб.

С точки зрения силы контакта возрастание предела прочности на изгиб можно ожидать с большей вероятностью при взаимодействии с водой катионов А1, Fe, Cr, Ba, обладающих большей орбитальной электроотрицательностью, чем Cu, Na, что подтвердилось проведенными исследованиями.

ISSN 1815-588 X. Известия ПГУПС

2006/4

132

Общетехнические и социальные проблемы

ТАБЛИЦА. Изменение трещиностойкости пенобетона средней плотности 800 кг/м3 в зависимости от природы вводимых добавок

Наименование добавки Количество, % от массы цемента Прочность на изгиб, МПа Прочность на сжатие, МПа ^изг/^сж

Контрольный 0 1 56 3 81 041

образец

0,5 1,57 3,80 0,41

Al(OH)3 1 1,63 3,87 0,42

3 1,69 3,83 0,44

0,5 1,65 3,71 0,44

Al2O3 1 1,62 3,34 0,49

3 1,78 3,55 0,50

0,5 1,56 3,87 0,40

&2O3 1 1,57 3,86 0,41

3 1,59 3,81 0,42

0,5 1,55 3,74 0,41

Cu2O 1 1,47 3,78 0,39

3 1,34 3,76 0,36

0,5 1,55 3,87 0,40

BaSO4 1 1,56 3,85 0,41

3 1,67 3,80 0,44

0,5 1,54 3,76 0,41

NaF 1 1,63 3,85 0,42

3 1,50 4,13 0,36

0,5 1,57 3,62 0,43

Fe2O3 1 1,61 3,67 0,44

3 1,68 3,51 0,48

В результате исследований было установлено, что на трещиностойкость пенобетона наиболее существенно влияет введение в состав сухой смеси в количестве 3% от массы цемента оксида алюминия Al2O3. Трещиностойкость при этом возрастает приблизительно на 20%.

Заключение

Свойства пенобетона можно задавать при его конструировании с использованием современных достижений фундаментальной химии.

Библиографический список

1. Выбор технологии производства изделий из ячеистого бетона. Ч. 1 / С. В. Коляда, В. И. Песцов, Ю. В. Гудков, М. Н. Гиндин // Строительные материалы, оборудование, технологии ХХ1 века. - 2004. - №3.

2. Прошин А. П. Пенобетон (Состав, свойства, применение) / А. П. Прошин, В. А. Береговой. - Пенза: Изд-во ПГУАС, 2003.

2006/4

Proceedings of Petersburg Transport University

Общетехнические и социальные проблемы

133

3. Выбор технологии производства изделий из ячеистого бетона. Ч. 2 / С. В. Коляда, В. И. Песцов, Ю. В. Гудков, М. Н. Гиндин // Строительные материалы, оборудование, технологии ХХ1 века. - 2004. - №3.

4. Управление свойствами пенобетонов разных технологий изготовления / Л. Б. Сватовская, А. М. Сычева, А. В. Хитров, Т. С. Титова, Е. А. Попова, Д. И. Дробышев // XXV Российская школа по проблемам науки и технологий, посвященная 60-летию Победы : краткие сообщения. - Екатеринбург: Уро Ран, 2005.

5. Термодинамический и электронный аспекты свойств композиционных материалов для строительства и экозащиты / ред. Л.Б. Сватовская - СПб.: ОАО «Издательство Стройиздат СПб.», 2004.

УДК 999.666

Л. Б. Сватовская, А. В. Бородуля

УПРАВЛЕНИЕ ТЕПЛОПРОВОДНОСТЬЮ КОМПОЗИЦИОННЫХ ПОКРЫТИЙ С УЧЕТОМ ПРИРОДЫ ТВЕРДЫХ ФАЗ

Теплозащита ограждающих конструкций определяется теплопроводностью материалов, составляющих конструкцию, в частности строительных растворов. Рассмотрены возможности улучшения теплофизических свойств строительных растворов на основе современных представлений об особенностях строения неорганических твердых тел, которые используются как добавки к цементному раствору для снижения его теплопроводности.

теплопроводность, сухая смесь, гидратообразование, структура фаз, энергосодержание, молярные массы.

Введение

Улучшение теплофизических свойств строительных растворов носит опытный характер и обеспечивается введением в качестве заполнителей или пористых материалов, таких как вермикулитовый, перлитовый керамзитовый песок, или таких веществ, как асбест. И первая, и вторая группы веществ имеют строительно-технические или экологические ограничения, в том числе канцерогенность. Однако современный уровень естественнонаучных знаний предлагает решения, основанные на резервах цементных самотвердеющих систем, связанных с особенностями природы твердых тел.

ISSN 1815-588 X. Известия ПГУПС

2006/4