CC BY
117
ХИМИЯ И ХИМИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИ
УДК 691.327.33
Н.Т. Даужанов, Б.А. Крылов, Л.Б. Аруова ТЕХНОЛОГИЯ ГЕЛИОТЕРМООБРАБОТКИ ИЗДЕЛИЙ ИЗ ПЕНОБЕТОНА НА ПОЛИГОНАХ
Рассматривается новая малоэнергоемкая технология производства изделий из пенобетона гелиопрогревом позволяющая снижать энергозатраты на термообработку, получать высококачественную продукцию при суточном цикле производства.
Пенобетон, гелиотермообработка, режимы твердения, гелиокрышка, кинетика прогрева, температурное поле
N.T. Dauzhanov, B.A. Krylov, L.B. Aruova SOLAR HEAT TREATMENT TECHNOLOGY OF FOAM CONCRETE ITEMS ON GROUNDS
The paper considers the possibility of using solar energy to speed-up hardening of items made from foam concrete, and providing high level materials on a daily cycle of production, which allows to significantly save heat energy and create ecologically «pure» production.
Foam concrete, solar heat treatment, modes of hardening, solar covering, heat kinetics, temperature field, plastic strength
При производстве изделий и конструкций из пенобетона для ускорения твердения необходимо затрачивать тепловую энергию, которая, в свою очередь, влияет на увеличение энергоемкости производства вследствие чего многие производители пенобетона отказываются от термообработки. Однако чтобы обеспечивать требуемые свойства выпускаемых изделий и конструкций взамен термообработке, производственники вынуждены прибегнуть к повышенному расходу вяжущего, применению высоких марок цемента и специальных добавок ускорителей твердения, а также из-за низкой оборачиваемости металлических форм выделять большие площади для дозревания изделий и конструкций.
Как показывает анализ научной литературы, все известные научные исследования и разработки, относящиеся к гелиотехнологии в строительной отрасли, посвящены термообработке обычных бетонов [1-6], и каких-либо основательных исследований, посвященных использованию солнечной энергии при производстве такого эффективного строительного материала как пенобетон, нами не выявлено. Пенобетоны сильно отличаются от обычных бетонов технологией изготовления, применяемыми сырьевыми компонентами, реологическими свойствами, пористой структурой, а также другими основными характеристиками, поэтому известные методы гелиотермообработки, разработанные для обычных бетонов, не пригодны для применения в производстве пенобетонов.
По данным [7], «при двухстороннем подводе тепла к твердеющему бетону наблюдается наибольшая однородность распределения влаги и вследствие этого максимальная равнопрочность изделий». Исходя из этого, для интенсификации твердения изделий из пенобетона на полигонах в целях обеспечения равномерности прогрева изделий и снижения температурных градиентов целесообразно применение наряду с солнечной энергией дополнительной электрической энергии, воздействие которой на твердеющий бетон может иметь периодический и кратковременный характер.
На основании вышеизложенного в результате проведенных комплексных исследований авторами разработан новый способ ускорения твердения пенобетона, при котором обеспечивается гелиопрогрев изделий по мягким режимам в сочетании с традиционным источником энергии - электриче-
ской, что позволяет существенно снижать энергозатраты на ускорение твердения и организовать экологически чистое производство при высоком качестве изделий.
Применение разработанной гелиотехнологии производства изделий из пенобетона возможно при благоприятных радиационных и погодно-климатических условиях, которые характеризуются наибольшим количеством солнечных и жарких дней в году. Так, например, для южных регионов Казахстана характерно продолжительное жаркое лето с предсказуемой стабильной температурой наружного воздуха свыше 35 0С при влажности менее 30%. Такие погодно-климатические условия создают устойчивые предпосылки для организации гелиополигонов по производству изделий из пенобетона. Согласно данным [8], кроме Казахстана, южные регионы РФ, а также такие среднеазиатские республики Узбекистан, Таджикистан, Туркмения и Киргизия также имеют благоприятные климатические условия для организации полигонного производства пенобетонных изделий с использованием гелиотехнологии в теплое и жаркое время года. Поэтому учитывая огромные масштабы регионов, где погодно-климатические условия позволяют привлечь энергию солнца в производстве пенобетона, замещение традиционных видов энергии солнечной радиацией имеет большие перспективы.
Экспериментальные исследования проводились в летних погодно-климатических условиях г. Кызылорды, республика Казахстан, где использовались заводские составы пенобетонных стеновых изделий Б700 (В2), удовлетворяющие требованиям ГОСТ 25485 «Бетоны ячеистые. Технические условия», в которых применялись цемент Джамбульского завода ПЦ400-Д20, песок кварцевый Мкр=1,2 и пенообразователь ЬЛ8ТОК (пр-во Италия).
На рис. 1 показано лабораторное оборудование, использованное в экспериментах, оснащенное гелиокрышкой и электроподогревом днища формы. Стабильный температурный режим в камере, а также равномерные температурные поля по всей толщине изделий обеспечиваются рациональным сочетанием солнечной, экзотермической и электрической энергий.
Рис. 1. Лабораторное оборудование, оснащенное гелиокрышкой и электроподогревом формы
Электроподогрев днища металлических форм работает циклично в зависимости от температуры заданной от термодатчика, т.е. воздействие подогрева на твердеющий бетон имеет периодический и кратковременный характер.
Кассетные формы сразу после заливки пенобетонной смесью герметично закрывают гелиокрышкой и направляют в термосную камеру, где их выдерживают в течение 3-4 часов при температуре 30-35°С.
После набора пластической прочности 400-600 гс/см2, достаточной для термообработки, формы с изделиями перемещаются на открытый гелиополигон. Для обеспечения полного завершенного цикла производства и рационального использования солнечной радиации в течение дня прогрев изделий в гелиоформах следует начинать не позже 10 ч утра. При этом подъем температуры в гелиокамере осуществляется со скоростью 7-8°С/ч в течение 5-6 часов, а изотермический прогрев - в течение
3-4 часов при температуре 62-64°С, затем в вечернее и ночное время происходит медленное остывание пенобетонных изделий до температуры 33±5°С.
По разработанной технологии продолжительность гелиотермообработки составляет 20-22 часа, и пенобетонные изделия за это время приобретают прочность от 45 до 55 % от проектной прочности, в зависимости от марки по средней плотности.
Сравнение физико-механических свойств пенобетонов проводилось по образцам аналогичного состава и возраста, но отличающихся способами и условиями твердения.
Кинетику прогрева пенобетона во время гелиотермообработки изучали с помощью
4-канального прибора контроля температуры Термодат-17М5.
На рис. 2 показана кинетика прогрева пенобетонных блоков (размерами 0,2*0,2*0,4 м) в зависимости от температуры наружного воздуха. Анализ температурных кривых показывает, что прогрев изделий происходит по мягким, оптимальным режимам до максимальной температуры в пенобетоне до 62-64 0С в течение 5-6 ч. Далее продолжительность периода условной изотермической выдержки составляет 3-4 ч, затем в вечерние и ночные часы происходит медленное снижение температуры, со скоростью 4-5 0С/ч до 33-35 0С.
Время суток, ч
10 12 14 16 18 20 22 24 2 4 6 8
70
60
о, 50
ей"
£
I 40
Он
<и
К
I 30 н
20
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22
Условное время, ч
Рис. 2. График кинетики прогрева изделий в зависимости от температуры окружающей среды:
1 - температура в 20 мм от верхней поверхности блока; 2 - температура в 100 мм от верхней поверхности блока;
3 - температура в 180 мм от верхней поверхности блока; 4 - температура окружающей среды
При этом максимальное значение температуры 64 0С зафиксировано в верхних зонах изделий, а в средних и нижних зонах аналогичные показатели температуры составляют 62 и 60 0С соответственно. Сравнивая прогрев бетона в различных зонах изделий можно отметить, что он происходит практически одинаково, с разницей в 3-4 0С. Однако охлаждение бетона в целом происходит медленно, особенно в центре изделия. Так утром температура на поверхности бетона составляет 32-33 0С, а в центре изделий 34-35 0С. Это объясняется низкой теплопроводностью пенобетона, вследствие чего тепло может долго сохраняться внутри массива. Как видно из результатов эксперимента, данный режим создает оптимальные условия твердения, формируя прочную структуру, оказывает положительное влияние на основные физико-механические свойства бетона.
В таблице и на рис. 3 представлена кинетика прочности при сжатии пенобетона в зависимости от условий твердения. Степень зрелости гелиотермообработанного пенобетона (3) составляет 1023 град.ч, а суточная прочность - 1,6 МПа, т.е. 55% от марочной (В2). При этом в возрасте 28 суток твердения прочность гелиотермообработанного пенобетона (3) выше прочности образцов, твердевших в нормальных условиях (1), примерно на 51%. Остальную часть прочности пенобетон нормального твердения (1) набирает в течение 6 месяцев.
Таблица 1
Изменение во времени прочности при сжатии пенобетона Р700, В2 в зависимости от условий твердения
№ Способ ухода за бетоном Прочность бетона при сжатии (в МПа и в % от марочной) в возрасте, сут.
1 3 7 14 28
1 Нормальное твердение 0,09/3 0,29/10 0,67/23 1,09/37,5 1,43/49,5
2 Выдерживание пенобетона без ухода в естественных условиях 0,65/22, 5 1,17/40,3 1,54/53 1,67/57,5 1,71/59
3 Г елиотермообработка с применением гелиокрышки и подогрева днища формы 1,60/55 1,89/65 2,09/72 2,38/82 2,91/100,5
KTR.28,%
100
80
60
40
20
2
1
12
16
20
24
t, сут
Рис. 3. График изменения во времени прочности пенобетона при сжатии в зависимости от условий твердения:
1 - нормальное твердение; 2 - выдерживание пенобетона без ухода в естественных условиях;
3 - гелиотермообработка пенобетона с применением гелиокрышки с электроподогревом формы
По полученным прочностным характеристикам изделий из пенобетона, твердевших в различных условиях, можно судить о высоком качестве бетона, подвергнутого гелиотермообработке.
Таким образом, можно заключить, что комплексная гелиотермообработка пенобетона в металлических формах, оборудованных гелиокрышками, с использованием дополнительной электрической энергии, является новым методом ускорения твердения пенобетонных изделий, которая обеспечивает высокие качества изделий за счет сочетания мягких режимов термообработки и экзотермии цемента. При этом воздействие дополнительной электрической энергии, расход которой минимален (10-20 кВт*ч/м3), на твердеющий пенобетон имеет периодический и кратковременный характер.
ЛИТЕРАТУРА
1. Аруова Л.Б. Использование солнечной энергии для гелиотермообработки бетона в РК / Л.Б. Аруова, Н.Т. Даужанов // Алитинформ. Бетон, цемент, сухие смеси: Международный строительный форум, Москва, 26-28 октября 2010 г.
2. Заседателев И.Б. Роль климатических факторов в создании энергосберегающих технологий сборного железобетона / И.Б. Заседателев // Технология бетонных работ в условиях сухого жаркого климата: материалы IV Всесоюз. координационного совещания. Душанбе, 1988. С. 20.
3. Миронов С.А. Основы технологии бетона в условиях сухого жаркого климата / С.А.Миронов, Е.Н.Малинский. М.: Стройиздат, 1985. 317 с
4. Крылов Б. А. Изготовление сборного железобетона с применением гелиоформ / Крылов Б.А., Заседателев И.Б., Малинский Е.Н. // Бетон и железобетон. 1984. № 3. С. 17-18.
5. Крылов Б. А. Дублирующие источники энергии при комбинированной гелиотермообработке железобетонных изделий // Б.А. Крылов, В.П. Маслов // Материалы Всесоюзного научнопрактического совещания по технологии изготовления железобетонных изделий и конструкций с использованием климатических факторов жарких районов. Душанбе, 1988. 44 с.
6. Подгорнов Н.И. Термообработка бетона с использованием солнечной энергии / Н.И. Под-горнов. М.: Издательство АСВ, 2010. 328 с.
7. Малинина Л. А. Тепловлажностная обработка тяжелого бетона / Л. А. Малинина. М.: Стройиздат, 1977. 160 с.
8. Пивоварова З.И. Климатические характеристики солнечной радиации как источника энергии на территории СССР / З.И. Пивоварова, В.В. Стадник. М.: Гидрометеоиздат 1988 г. 18 с.
Даужанов Наби Токмурзаевич -
кандидат технических наук, доцент кафедры «Архитектура и строительное производство» Кызылординского государственного университета имени Коркыт Ата, Казахстан
Nabi T. Dauzhanov -
Ph. D., Associate Professor
Department of Architecture and Construction
Engineering,
Kyzylorda State University named after Korkyt Ata, Kazakhstan
3B
Крылов Борис Александрович -
доктор технических наук, профессор Московского государственного строительного университета
Аруова Лязат Боранбаевна -
доктор технических наук, профессор кафедры «Архитектура и строительное производство» Кызылординского государственного университета имени Коркыт Ата, Казахстан
Boris A. Krylov-
Dr. Sc., Professor
Moscow State University of Civil Engineering
Liazat B. Aruova -
Dr. Sc., Professor
Department of Architecture and Construction Engineering,
Kyzylorda State University named after Korkyt Ata, Kazakhstan
14.12.13, принята к опубликованию 11.03.14
Статья поступила в редакцию
