CC BY
74
Буя мацалада автор усацтау жэне цосымша шитзат eHdipy арцылы болат енеркоЫбтде вцдеудщ 6ip жол сипаттайды.
In this article the author describes one way of refining slag in the steel industry by crushing and extraction of additional raw materials.
УДК 69.691.3
М. К. Кудерин1, А. И. Менейлюк2, А. Абуназар3, С. Е. Шарипова4
*д.т.н., профессор, Павлодарский государственный университет имени С. Торайгырова, г. Павлодар, Казахстан; 2профессор, Одесская архитектурно-строительная академия, г. Одесса, Украина, 3,4магистранты, Павлодарский государственный университет имени С. Торайгырова, г. Павлодар, Казахстан
ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ И ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА НЕАВТОКЛАВНОГО ПЕНОБЕТОНА
Представлены результаты исследований по разработке составов и технологии изготовления теплоизоляционных стеновых мелкоштучных изделий из неавтоклавного пенобетона.
Ключевыеслова^троительныематериалыденобетонэнергоресурсосбережение.
ВВЕДЕНИЕ
В новом строительстве все большее распространение получают трехслойные конструкции наружных стен из кирпича, легкобетонных блоков и панелей или монолитного железобетона, в которых в качестве среднего слоя между несущей
/ \ и U /— U
(или самонесущей) стеной и защитно-декоративной облицовкой предусмотрено применение так называемых «эффективных» утеплителей. Однако при более пристальном рассмотрении, последние оказываются не столь эффективными.
ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ Фактическое приведенное термическое сопротивление многослойных стеновых ограждений в 1,5-2 раза ниже расчетных значений, что обусловлено большим количеством неоднородных металлических и железобетонных теплопроводных включений по площади конструкций. Это определяет необходимость значительного увеличения толщины слоя утеплителя (главным образом - минераловатного), а следовательно, всей конструкции стены, которая становится соизмеримой с толщиной ограждения из других, более дешевых материалов, обладающих при этом конструктивными качествами.
Кроме этого следует помнить, что материалы на основе минваты достаточно активно сорбируют влагу (поскольку эффект обработки их гидрофобными составами недолговременный), которую впоследствии невозможно удалить никакими способами, что резко снижает ее теплозащитные свойства. Долговечность
таких материалов составляет лишь 10-15 лет, после чего они в результате старения становятся ущербными по многим эксплуатационным показателям. Нормативный срок службы объектов капитального строительства составляет минимум 50-75 лет, поэтому уже через 10-20 лет потребуется дополнительное утепление многослойных стен или полная замена такого утеплителя. В результате вместо ожидаемого «экономического эффекта» от снижения затрат на отопление зданий следует прогнозировать огромные дополнительные затраты на ремонт, реконструкцию и утепление стен. Если учесть достаточно высокую трудоемкость устройства теплоизолирующего минераловатного слоя и необходимость использования для его монтажа большого количества дорогостоящей фурнитуры, эффективность такой многослойной конструкции стенового ограждения еще более снижается.
Применение сэндвич-панелей с внутренним слоем из теплоэффективных вспененных полимерных материалов в качестве наружных стеновых ограждений в многоэтажных зданиях с центральным отоплением в большинстве случаев неприемлемо не только из-за их непомерно высокой стоимости, но и низкой теплоинерционности и, связанной с этим высокой вероятности быстрого падения температуры в помещениях и размораживания системы отопления в случае аварии.
Поэтому при выборе конструктивного решения наружных стеновых ограждений необходимо весьма избирательно подходить к перспективе применения так называемых «эффективных» полимерных и волокнистых утеплителей не только в качестве базового материала, но и для теплоизоляции мостиков холода в местах теплопроводных железобетонных включений от плит перекрытий, колонн и стен, а также по периметру оконных проемов.
Проблемы энергоресурсосбережения в строительстве определяют необходимость развития технологий производства материалов, альтернативных широко распространенным «эффективным» утеплителям. Одним из наиболее перспективных материалов такого класса является неавтоклавный пенобетон, характеризующийся относительно высокими эксплуатационными и теплозащитными свойствами, низкой себестоимостью и начальной капиталоемкостью производства.
Для расширения заводского производства изделий и конструкций из неавтоклавного пенобетона необходимо решение целого ряда технических и технологических проблем, в частности, снижения средней плотности с 450-500 до 150-250 кг/м3 и существенного повышения марочной прочности, сокращения сроков схватывания, повышения темпов твердения, уменьшения величины усадочных деформаций в опалубке, устранения возможности расслоения пенобетонной смеси при транспортировании.
Авторы предлагают к обсуждению результаты разработки составов и технологии изготовления теплоизоляционных стеновых мелкоштучных изделий из неавтоклавного пенобетона плотностью в сухом состоянии до 250 кг/м3 и прочностью при сжатии до 1,0 МПа.
Сущность ее заключается в механической активации вяжущего путем мокрого домола, использовании полимерных модификаторов, а также
многостадийной поризации смеси в турбулентном баросмесителе со специальными приспособлениями для интенсивного пенообразования.
В качестве сырьевых материалов использовали портландцемент М400 Актауского (Карагандинская обл.) цементного завода (активностью 33 МПа), золу-унос сухого отбора (удельной поверхностью 1900-2300 см2/г) и топливный шлак фракции 5-10 мм (насыпной плотностью - 210-240 кг/м3) Аксуской ГРЭС (Павлодарская обл.) от сжигания каменного угля Екибастузского угольного бассейна и жидкостекольный пенообразователь на основе канифольного мыла. Для модификации смеси дополнительно вводили сухие порошки КМЦ и винилацетата с винилверсататом марки Movilith LDM 2040 P фирмы Hoechst.
По данным [7], для получения пенобетона низкой плотности (200 кг/м3 и менее) требуется увеличение объема смеси в процессе поризации минимум в 4-5 раз. Результаты многочисленных опытов показывают, что даже при повышенной дозировке пенообразователя объем вовлеченного воздуха в современных турбулентных смесителях за практически приемлемое время приготовления смеси (4-6 мин.) не превышает 30-40 %. В связи с этим были предприняты попытки модификации конструкции смесителя. Авторы предлагают каркасную конструкцию активатора в виде полого цилиндра, боковая поверхность которого представляет собой упругую сетку с размером ячеек до 2 мм. Активатор жестко прикреплен к валу и вращается вместе с ним. Реализация такой конструкции пенобетоносмесителя позволяет получать объем вовлеченного воздуха в смеси до 120-140 % при стандартных расходах пенообразователя. Однако пенобетонные смеси на основе синтетических пенообразователей являются весьма термодинамически неустойчивыми системами и стремятся упорядочить свою структуру за счет уменьшения удельной поверхности пены, в частности, вследствие самопроизвольной коалесценции. Одной из причин относительно низкой устойчивости смесей является ограниченная структурирующая способность цемента. Именно неполнота использования цемента, частицы которого вследствие адсорбции и сил молекулярного взаимодействия агрегируют во флоккулы, тормозит стабилизацию пространственной пеновоздушной структуры. С повышением дисперсности вяжущего резко повышается скорость гидратации его минералов, что связано не только с их высокой удельной поверхностью, но и с наибольшей плотностью дислокаций и концентрацией дефектов на поверхности [5, 6]. Наиболее эффективным способом создания микродефектности в частицах является домол, например в вибро- или шаровых мельницах [5, 6]. В свое время базовые работы по легким бетонам на домолотых цементах были выполнены под руководством проф. Л. П. Орентлихер. По данным [6], особенно эффективен мокрый домол цемента в присутствии пластифицирующих добавок, что позволяет значимо интенсифицировать процесс диспергирования. К тому же он характеризуется существенно меньшей энергоемкостью для получение вяжущего требуемого гранулометрического состава в сравнении с сухим домолом. При этом продолжительность такой активации цемента соизмерима с продолжительностью приготовления бетонной смеси, что, несомненно, способствует ее внедрению в технологию пенобетонного производства с гарантией обеспечения заданного технико-экономического эффекта. Реализация
первого способа стабилизации пеновоздушной смеси заключается в диспергировании цемента, например способом мокрого домола в вибромельницах, обеспечивающим увеличение содержания мелких фракций более чем вдвое.
Проведенные исследования показали, что оптимальная продолжительность мокрого домола при различных В/Ц = 0,6-1,0 находится в пределах 7-12 мин., причем с увеличением расхода воды интенсивность диспергирования возрастает, а удельный расход электроэнергии сокращается на 30-44 %. При этом прочность цементного камня по сравнению с исходным возрастает в 2,4-3 раза, ускоряются процессы гидратации минералов клинкера и твердения цементной системы, особенно в раннем возрасте, т.е. при кинетической стадии протекающих реакций. Теоретически это обусловлено увеличением скорости гетерогенных реакций, зависящей от концентрации и удельной поверхности твердеющего вещества.
Оптимальный расход воды для активации определяется химико-минералогическим составом цемента, заданным уровнем его дисперсности, видом и содержанием добавок ПАВ, продолжительностью активации и должен экспериментально уточняться в каждом конкретном случае.
Возвращаясь к вопросу устойчивости пенобетонной смеси отметим, что эффективным механизмом предотвращения разрушения структуры является введение добавок, предотвращающих отток жидкости:
- минеральных дисперсных и микродисперсных, способных поглощать большое количество воды;
- полимерных, повышающих вязкость жидкости внутри пленок.
Перспективы реализации первого способа стабилизации пеновоздушной смеси
заключающегося в диспергировании цемента мокрым домолом и обеспечивающего увеличение содержания мелких фракций более чем вдвое, рассмотрено выше.
Второй способ стабилизации поровой структуры пенобетонной смеси -использование органических добавок оказался несравнимо эффективнее. Так, добавка КМЦ оказала настолько сильный структурирующий эффект в смеси, что при дозировке 0,2-0,5 % наибольшая пластическая вязкость, увеличилась более, чем на два порядка.
Влияние конструкционных особенностей смесителя и модифицирующих полимерных добавок на плотность пенобетона и его прочностные характеристики представлено в таблице 1.
Таблица 1 - Влияние конструкционных особенностей смесителя и модифицирующих полимерных добавок на плотность пенобетона и его прочностные характеристики
Расходы добавок, % от массы цемента В/Ц VВ 7 , ' сух3 кг/м3 R28 , сж7 МПа R/ R р сж
добавка 1 добавка 2 добавка 3
— - 0,6 0,66 44 410 1,9 0,06
- - 0,4 0,76 92 378 1,87 0,07
- 0,2 0,3 0,85 120 220 0,9 0,05
- 0,3 0,3 0,95 128 290 1,2 0,09
- 0,4 0,6 1,05 133 180 0,66 0,11
- 0,5 0,4 1,15 145 190 0,74 0,11
- 0,9 0,6 1,75 154 140 0,22 0,09
1 - 0,3 0,85 84 205 0,86 0,11
3 - 0,3 0,85 88 214 0,95 0,11
5 - 0,3 0,77 65 226 0,99 0,14
7 - 0,4 0,75 72 245 0,85 0,13
10 - 0,4 0,75 66 262 0,89 0,16
10 0,4 0,4 0,75 98 208 0,82 0,15
Примечание:
- добавка 1 - сухой порошок винилацетата с винилверсататом марки Movilith LDM 2040 P фирмы Hoechst
- добавка 2 - сухой порошок КМЦ
- добавка 3 - пенообразователь жидкостекольный
- добавка 4 - разжижитель С-3
- VB - объем воздухововлечения
Для пенобетонной смеси особое значение имеет водоудерживающая способность, поскольку именно она во многом определяет реологические характеристики. Как показали результаты многочисленных ранее проведенных исследований коэффициент полного водоотделения суспензий на домолотых цементах значительно уменьшается (в среднем в 10-12 раз), а критическая пластическая прочность при резком сокращении периода ее формирования значительно увеличивается. Резкое ускорение процессов структурообразования цементных суспензий предотвращает осадку и расслоение пенобетонных смесей, предопределяет ускоренное нарастание прочности. В процессе мокрого домола цемента разрушается коагуляционно-кристаллизационная структура суспензии, что обусловливает существенное пластифицирование системы.
Как отмечалось, предпосылками интенсивного твердения пенобетонных смесей на домолотых цементах является ускоренное химическое связывание воды вяжущим. Оценка водопотребности смесей производилась по оптимальному водосодержанию, которое при постоянном расходе цемента и неизменных условиях уплотнения и твердения позволяет получить пенобетон максимальной прочности. Одно из преимуществ домола цемента состоит в том, что допустимые пределы водосодержания смесей, отвечающие максимальной возможной прочности, существенно расширяются. Именно суммарное водосодержание сырьевых смесей, на первый взгляд должно определять усадку пенобетонов, поскольку последняя обусловливается удалением воды, различно физико-химически связанной в его структуре. Поэтому ожидалось существенное увеличение усадочных деформаций и снижение трещиностойкости пенобетона, которая во многом зависит от рациональной гранулометрии смеси. Подтверждением этому служат примеры увеличения усадки с уменьшением водо-твердого отношения, если не учитывать фактор влияния грансостава. По некоторым данным [9], при переходе от крупнозернистых композиций к мелкодисперсным наблюдается значительная деградация структуры межпоровых перегородок пенобетона и
относительной прочности на растяжение ^р^сж). Однако, как показывают результаты исследований прочность на растяжение пенобетона на активированном вяжущем повысилась даже в большей степени, чем на сжатие.
Позитивное влияние повышения дисперсности цемента распространяется и на реологические характеристики пенобетонов. Так, процесс поризации характеризуется преимущественным развитием медленных эластических и пластических деформаций и пониженным значением предельного напряжения сдвига. Смеси с такими реологическими свойствами при введении раствора пенообразователя отличаются высокой пенообразующей способностью и стабильностью. Таким образом, можно констатировать, что применение домолотого цемента для получения оптимальных реологических и физико-механических свойств пенобетона весьма перспективно.
ВЫВОДЫ
Результаты проведенных работ показывают принципиальную возможность получения пенобетона плотностью 200-250 кг/м3 при прочности на сжатие до 0,8-1,0 МПа. По всей видимости, это определяется резко возросшей структурирующей способностью активированного цемента, модифицированного полимерными добавками, которые обеспечивают армирование, а следовательно, уплотнение и упрочнение межпоровых перегородок.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
1 Кудерин, М. К. Перспективы интенсивной раздельной технологии приготовления бетонной смеси в современных условиях // Научный журнал «Вестник ПГУ», № 1. - Павлодар, 2003.
2 Кудерин, М. К., Торпищев, Ш. К., Дуйсембаев, М. Б. Бетонная смесь для изготовления легкого бетона // Патент № 13322 на изобретение. Зарегистр. 28.05.2003 г. - 2002. - УДК 666.973(088.8).
3 Кудерин, М. К., Торпищев, Ш. К. Комплексная добавка в бетонную смесь для изготовления ж/б изделий // Патент № 13550 на изобретение. Зарегистриров. 14.08.2003 г. - 2002.
4 Торпищев, Ш. К., Кудерин, М. К., Дуйсембаев, М. Б. и др. Способ приготовления бетонных смесей на шлаковых заполнителях // Патент №13548 на изобретение. Зарегистр. 14.08.2003 г. - 2003.
5 Торпищев, Ш. К., Кудерин, М. К. и др. Комплексная добавка к бетонной смеси // Патент № 13551 на изобретение. Зарегистр. 14.08.2003 г.
6 Торпищев, Ш. К., Кудерин, М. К. и др. Сырьевая смесь для изготовления газогипса // Патент № 15821 на изобретение. Зарегистриров. 04.04.2005 г.
7 Торпищев, Ш. К., Кудерин, М. К. Активированные минеральные вяжущие с использованием отходов промышленности Павлодар - Экибастузского региона. Проблемы комплексного развития регионов Казахстана // Материалы международной научно-технической конференции. Павлодар - Алматы, 1996.
8 Торпищев, Ш. К., Кудерин, М. К. и др. Комплексная добавка для бетонной смеси // Предварительный патент на изобретение KZ (В) (11) 3272 С 04 В 13/22 940408.1 Заяв. 07.04.94; 0публ.10.06.96, Бюл. 2.
9 Торпищев, Ш. К., Кудерин, М. К. и др. Бетонная смесь // Предварительный патент на изобретение KZ (В) (11) 3748 С 04 В 22/08 9404542.1 Заяв. 16.05.94; 0публ.16.09.96, Бюл.3.
Материал поступил в редакцию 12.12.16.
М. К. Кудерин1, А. И. Менейлюк2, А. дбуназар1, С. Е. Шарипова1
Тшмдшж пен енд1рктж технологиясын кетеру ма^сатындагы автоклавтьщ
емес бетон
1С. ТораЙFыров атындаFы Павлодар мемлекетлк университет^
Павлодар к., Казахстан; 2Одесса Сэулет жэне курылыс академиясы, Одесса к., Украина.
Материал 12.12.16 баспаFа тYстi.
М. К. Kuderin1, A. I. Meneylyuk2, А. Abunazar1, S. Е. Sharipova1
Improving the efficiency and production technologies of non-autoclave foamed
concrete
1S. Toraighyrov Pavlodar State University, Pavlodar, Kazakhstan; 2Odessa Academy of Architecture and Construction, Odessa, Ukraine.
Material received on 12.12.16.
The results of studies on the development of structures and technology of manufacturing heat-insulating wall of small-piece products from non-autoclaved aerated concrete.
Автоклав емес уялъщ бетон шагын-бвлш вн1мдер1н жылуоцшаулагыш кабыргасын внд1ру цурылымдары мен технологиясын эз1рлеу бойынша зерттеу нэтижелер1 царастырылган.
