Научная статья на тему 'Влияние некоторых рецептурно-технологических факторов на свойства неавтоклавного газобетона'

Влияние некоторых рецептурно-технологических факторов на свойства неавтоклавного газобетона Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

CC BY
1051
161
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ГАЗОБЕТОН / СТРУКТУРООБРАЗОВАНИЕ / ТЕХНОЛОГИЯ / РЕЦЕПТУРА / УТИЛИЗАЦИЯ / СУЛЬФАТ НАТРИЯ / ЧАСТИЧНО ГИДРАТИРОВАННАЯ ЦЕМЕНТНАЯ СИСТЕМА / АЛЮМИНИЕВАЯ СУСПЕНЗИЯ / УСКОРИТЕЛЬ ТВЕРДЕНИЯ / КОЭФФИЦИЕНТ КОНСТРУКТИВНОГО КАЧЕСТВА / CONCRETE / STRUCTURE / TECHNOLOGY / RECIPE / RECOVERY / SODIUM SULFATE / PARTIALLY HYDRATED CEMENT SYSTEM / AN ALUMINUM SUSPENSION / HARDENING ACCELERATOR / COEFFICIENT OF STRUCTURAL QUALITY

Аннотация научной статьи по технологиям материалов, автор научной работы — Явруян Х.С., Холодняк М.Г., Шуйский А.И., Стельмах С.А., Щербань Е.М.

Статья посвящена вопросу повышения качества неавтоклавного газобетона. Рассмотрены теоретические аспекты, предложены рецептурно-технологические приемы, приведены результаты экспериментальных исследований. Изучена роль последовательности введения компонентов и режима приготовления газобетонной смеси. Выявлено влияние ускорителей твердения на свойства газобетона. Проанализированы пути утилизации отходов производства и целесообразного их применения.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по технологиям материалов , автор научной работы — Явруян Х.С., Холодняк М.Г., Шуйский А.И., Стельмах С.А., Щербань Е.М.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

The influence of some prescription-technological factors on properties of non-autoclave aerated concrete

The article is devoted to improving the quality of non-autoclave aerated concrete. The theoretical aspects is considered, the prescription-processing methods is proposed, results of experimental studies is given. The role of the sequence of introduction of the components and mode of preparation of concrete mixture is studied. The effect of hardeners on the properties of aerated concrete is revealed. It analyzes ways of waste disposal and their appropriate application.

Текст научной работы на тему «Влияние некоторых рецептурно-технологических факторов на свойства неавтоклавного газобетона»

Влияние некоторых рецептурно-технологических факторов на свойства неавтоклавного газобетона

Х.С.Явруян, М.Г. Холодняк, А.И. Шуйский, С.А.Стельмах,

Е.М.Щербань Ростовский государственный строительный университет

Аннотация: Статья посвящена вопросу повышения качества неавтоклавного газобетона. Рассмотрены теоретические аспекты, предложены рецептурно-технологические приемы, приведены результаты экспериментальных исследований. Изучена роль последовательности введения компонентов и режима приготовления газобетонной смеси. Выявлено влияние ускорителей твердения на свойства газобетона. Проанализированы пути утилизации отходов производства и целесообразного их применения.

Ключевые слова: Газобетон, структурообразование, технология, рецептура, утилизация, сульфат натрия, частично гидратированная цементная система, алюминиевая суспензия, ускоритель твердения, коэффициент конструктивного качества.

Улучшение свойств ограждающих конструкций и снижение стоимости строительства являются приоритетными задачами современной стройиндустрии.

Одним из наиболее востребованных теплоизоляционных материалов в строительстве является газобетон. По способу твердения различают автоклавный газобетон, который твердеет при избыточном давлении и повышенной температуре в специальных устройствах - автоклавах и неавтоклавный, предусматривающий естественное твердение или тепловлажностную обработку с использованием теплового воздействия при атмосферном давлении.

Неавтоклавные газобетоны характеризуются относительной простотой технологии их изготовления, несравнимо меньшей энергоемкостью и стоимостью оборудования для производства. Однако, неавтоклавные газобетоны характеризуются повышенной усадкой и пониженными прочностными характеристиками, в сравнении с автоклавными [1-2].

На процесс структурообразования и свойства газобетона оказывают влияние множество технологических факторов. Рациональные значения этих факторов позволяет значительно повысить качество структуры газобетона неавтоклавного твердения и приблизить его показатели качества к автоклавному ячеистому бетону. Проведенные нами исследования направлены на решение этой задачи в условиях производства стеновых газобетонных блоков на технологической линии ООО «БЕТОН ДОН» в г. Новочеркасске.

Объектами исследований были такие технологические факторы, как последовательность дозирования компонентов при приготовлении газобетонной смеси, использование добавок - ускорителей твердения и водотвердое отношение. Эти факторы были выбраны на основании предварительного анализа состояния производства и качества выпускаемой продукции.

На первом этапе исследований нами оценивалось влияние последовательности дозирования компонентов при приготовлении газобетонной смеси на показатели качества неавтоклавного газобетона. В наших исследованиях за базовый был принят порядок введения компонентов, реализуемый в условиях предприятия.

При базовой технологии в емкость турбулентного газобетоносмесителя дозируется вода (при 1=45°С), затем, при включенном смесителе, вводится песок, дозируются сухие добавки соды и сульфата натрия, после чего дозируется цемент. Все компоненты перемешиваются 4 мин. с момента затворения. После этого в мешалку подается алюминиевая суспензия, смесь перемешивается 20 сек. и заливается в формы.

Из литературных данных [1-4] и проведенных нами предварительных опытов установлено, что такие компоненты газобетонной смеси, как песок и газообразователь, рациональнее вводить в приготовленную цементную

суспензию. На этом основании, при проведении экспериментов принята следующая схема приготовления смеси:

- в емкость смесителя дозируется вода (при 1=4 5 °С) и включается привод мешалки;

- вводятся добавки соды и сульфата натрия и компоненты перемешиваются, в течение 15 сек.;

- дозируется цемент, и суспензия перемешивается 30 сек.;

- дозируется песок, и раствор перемешивается 4 мин. с момента затворения цемента;

- в приготовленный раствор дозируется алюминиевая суспензия и смесь перемешивается еще 20 сек.

Из приготовленной газобетонной смеси, по заводской (З1) и экспериментальной (Э1) технологиям, изготовлены образцы газобетона.

Результаты испытаний образцов газобетона в 7-суточном возрасте нормального твердения приведены на рис. 1.

Анализ результатов испытаний образцов (З1) и (Э1) позволил сделать вывод, что при незначительном повышении плотности, прочность при сжатии образцов возрастает с Ясж = 0,62 МПа (у З1) до Ясж = 0,96 МПа (у Э1), а коэффициент конструктивного качества газобетона (универсальная

/г.

Рис. 1. - Результаты испытаний образцов (З1) и (Э1)

характеристика качества структуры ячеистого бетона ККК=Ясж/р2) увеличивается на 15%.

С помощью микроскопа с 500-кратным увеличением нами был выполнен сравнительный анализ фотографий микроструктуры газобетонных образцов, изготовленных из контрольных составов (рис. 2а), и образцов, изготовленных по предложенной технологии (рис. 2 б). Вторые характеризуются монодисперсной структурой пор, равномерно распределенных по всему объему.

а) б)

Рис. 2. - Фотографии структуры газобетонных образцов,

изготовленных по заводской технологии (а), и образцов, изготовленных по технологии с измененным порядком введения компонентов (б)

Полученные результаты позволили принять в дальнейших исследованиях предложенную нами последовательность введения компонентов и режим приготовления газобетонной смеси.

На втором этапе исследований исследовалось влияние ускорителей твердения на свойства газобетона.

В заводской технологии в качестве ускорителя твердения используется добавка сульфата натрия. При этом на предприятии скапливается значительное количество отходов производства в виде так называемой «горбушки», являющейся излишком срезаемой массы поризованной смеси,

после прекращения вспучивания и набора требуемой пластической прочности структуры.

«Горбушка» представляет собой частично гидратированную цементную систему, содержащую кристаллы гидратных новообразований, в основном гидроалюминатов кальция. Установлено, что образование гидроалюминатов кальция в цементном растворе протекает очень интенсивно. В течение первых десяти минут после затворения цемента водой идет накопление в системе новообразований типа С3АН6 коллоидной степени дисперсности, которые образуют пространственную коагуляционную структуру. В дальнейшем, в течение примерно 30 минут наблюдается быстрый рост прочности этой структуры. Этот рост обусловлен как взаимодействием между частицами новообразований, так и образованием сростков кристаллов гидроалюминатов. Теоретически, если отход «горбушки» ввести в приготавливаемую газобетонную смесь, то гидратированные зерна цемента должны стать центрами кристаллизации гидратных новообразований, тем самым ускорить процессы структурообразования и твердения газобетона [5].

Для проверки выдвинутой гипотезы проведен эксперимент, в котором ускоритель твердения - сульфат натрия, применяемый в заводской технологии, заменен вводимой в состав приготавливаемой газобетонной смеси «горбушкой».

При проведении эксперимента готовилась контрольная газобетонная смесь З1, а срезанная с вспученных образцов «горбушка» вводилась в аналогично приготовленную смесь Э2 вместо сульфата натрия. Расход горбушки был принят в количестве 30% от массы цемента.

Сравнение производилось по следующим показателям: средняя плотность, прочность при сжатии, коэффициент конструктивного качества.

Результаты эксперимента представлены на рис. 3.

кг/см МПа

л ро ^о ККК

■е з

500 § 0,6 ё. 16

Рис. 3. - Результаты испытаний образцов (З1) и (Э2)

Анализ полученных данных показал, что введение «горбушки» в состав газобетонной смеси позволило изготовить газобетон повышенной прочности, но плотность при этом возросла. Для объективной оценки эффективности предложенного способа и его влияния на качество структуры газобетона определены значения коэффициентов конструктивного качества (ККК) для полученного в эксперименте газобетона. Коэффициент конструктивного качества газобетона заводского состава З1 на 9% ниже чем экспериментального состава Э2.

Проведенный эксперимент подтвердил эффективность введения на стадии приготовления газобетона добавки частично гидратированной газобетонной смеси. Это позволит не только утилизировать отходы газобетонной смеси, но и снизить издержки производства, за счет исключения из состава смеси добавки сульфата натрия.

Для оценки степени влияния количества «горбушки», вводимой в состав газобетонной смеси, на показатели качества газобетона, проведен эксперимент, с варьированием количества «горбушки» от 10 до 30% от массы цемента. Была произведена формовка контрольного (заводского) состава З1 с которого взята «горбушка» для введения в составы Э2, Э3, Э4 и

Э5.

Таблица 1

Количество вводимой «горбушки»

№ Буквенное обозначение состава Количество вводимой «горбушки» от массы вяжущего, %

1 Э2 30

2 Э3 25

3 Э4 20

4 Э5 10

Результаты эксперимента приведены на рис. 4.

Рис. 4. - Результаты испытаний образцов (З1), (Э2), (Э3), (Э4) и (Э5) Анализ полученных данных показал, что введение «горбушки» в состав газобетонной смеси количестве 20% от массы цемента позволило получить газобетон повышенной прочности. При этом значение коэффициента конструктивного качества у состава Э4 на 20,4% выше чем у Э2 и на 31% выше чем у газобетона заводского состава, что позволило принять его за основу в дальнейших исследованиях. Структуры сравниваемых материалов представлены на рис. 5.

а)

б)

Рис. 5. - Фотографий структуры газобетонных образцов, изготовленных по заводской технологии (а), и образцов, изготовленных по технологии с использованием оптимального количеством «горбушки» (б).

Анализ структуры газобетона позволил сделать вывод о том, что введение предварительно гидратированной газобетонной смеси обеспечивает формирование равномерно распределенной поровой структуры газобетона и более плотных межпоровых перегородок.

Проведенные нами исследования степени влияния частично гидратированной газобетонной смеси («горбушки», срезанной с вспученного газобетонного массива) на свойства газобетона позволили выявить оптимальную дозировку этой добавки. На следующем этапе исследований ставилась задача определить эффективность введения в состав газобетонной смеси комплексной добавки сульфата натрия и «горбушки».

Механизм действия добавки сульфата натрия в газобетонной смеси заключается в том, что, реагируя с гидратом окиси кальция, выделяющимся из цемента, он образует гипс по формуле (1):

Образующийся мелкодисперсный гипс реагирует с цементным клинкером и способствует более быстрой выкристаллизации новообразований из цементного геля [6].

Авторами проведены эксперименты по выявлению оптимального количества вводимой добавки - сульфата натрия в состав смеси в сочетании с ранее выявленным оптимальным содержанием добавки частично гидратированной газобетонной смеси. Исследовались составы, приведенные в таблице 2.

СЯ(ОН)2 + №2804 + ПН20 = CaSO4x2H2O + 2NaOH + Н2О

(1)

Таблица 2

Количество вводимого сульфата натрия

№ Буквенное обозначение состава Количество вводимой сульфата натрия от массы вяжущего, %

1 З1 1,54

2 Э4 вместо сульфата натрия 20% горбушки от массы вяжущего

3 С1 добавка «горбушки» 20% и сульфата натрия 1,23%

4 С2 добавка «горбушки» 20% и сульфата натрия 2,4%

5 С3 добавка «горбушки» 20% и сульфата натрия 3,7%

Результаты экспериментов приведены на рис. 6.

кг/см МПа ккк

31 зи С1 С 2 €3

Соста&ы

Рис. 6. - Результаты испытаний образцов (З1), (Э4), (С1), (С2) и (С3) Анализ полученных данных показал, что введение в состав газобетонной смеси сульфата натрия в количестве 1,23% от массы цемента с оптимальной дозировкой «горбушки» (20%) позволило получить газобетон повышенной прочности (С1). Коэффициент конструктивного качества у состава С1 на 17% выше чем у Э4. Структуры сравниваемых материалов

представлены на рис. 7.

а) б)

Рис. 7. - Фотографий структуры газобетонных образцов, изготовленных по заводской технологии (а), и образцов, изготовленных по технологии с использованием оптимального сочетания добавок «горбушки»

и сульфата натрия (б)

Подводя итог проведенным исследованиям, можно сделать следующие общие выводы:

1) На процесс структурообразования и свойства газобетона оказывает влияние порядок введения компонентов в газобетонную смесь. Коэффициент конструктивного качества газобетона при этом увеличивается почти на 15%.

2) Подтверждена эффективность введения на стадии приготовления газобетона добавки частично гидратированной газобетонной смеси, что позволяет не только утилизировать отходы газобетонной смеси, но и снизить издержки производства, за счет исключения из состава смеси добавки сульфата натрия.

3) Введение в состав газобетонной смеси сульфата натрия в количестве 1,23% от массы цемента с оптимальной дозировкой «горбушки» (20%) позволило получить газобетон повышенной прочности.

4) Комплекс проведенных исследований позволил повысить качество производимого газобетона, коэффициент конструктивного качества повысился почти в 2 раза в сравнении с исходным.

Вышеизложенные технологические решения позволяют повысить качество продукции и сократить издержки производства неавтоклавного газобетона, тем самым увеличивая его конкурентоспособность на рынке теплоизоляционных строительных материалов.

Литература

1. Ахманицкий Г.Я. Технология и оборудование для производства изделий из неавтоклавного ячеистого бетона. //Строительные материалы, 1993. № 8. С.14-16.

2. Волженский A.B., Чистов Ю.Д. Изготовление изделий из неавтоклавного газобетона. // Строительные материалы, 1993. № 8. С.12-14.

3. Лотов В.А., Митина H.A. Влияние компонентов смеси на свойства газобетона неавтоклавного твердения. // Сб. докл. междунар. научно-техн. семинара «Нетрадиционные технологии в строительстве», 25-28 мая 1999г. Томск: ТГАСУ, 1999. С.94-98.

4. Горлов Ю.П. Технология теплоизоляционных и акустических материалов и изделий. М.: Высшая школа, 1989. 384 с., ил.

5. Шуйский А.И. Оптимизация процессов структурообразования и повышение качества газобетонных изделий: дисс. ... канд. техн. наук. Ростов-на-Дону, 1983. С. 98-100.

6. Ружинский С.И. и др. Все о пенобетоне. 2-е изд., улучшенное и дополн. Спб, ООО «Строй Бетон», 2006, 630 с.: ил.

7. Мальцев В.Т., Ткаченко Г.А., Мальцев Н.В. О некоторых физико-химических методах воздействия на формирование структуры пенобетонов и их свойства // «Инженерный вестник Дона», 2012, № 1 URL: ivdon.ru/magazine/archive/n1y2012/726.

8. Р. А. Торлин, А.И.Шуйский, А.А.Новожилов, Е.А. Торлина, С.Б. Языева. Активизация частично гидратированного цемента в электромагнитных активаторах. // «Инженерный вестник Дона», 2011, №2 URL: www.ivdon.ru/magazine/archive/n2y2011/429

9. Narayanan N, Ramamurthy K. Structure and properties of aerated concrete: a review. Cem Concr Compos 2000; 22:321-9.

10. Sengupta J. Development and application of light weight aerated concrete blocks from y ash. Indian Concr J 1992; 66:383±7.

References

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

1. Ahmanickij G.JA. Stroitelnye materialy. 1993. № 8. pp.14-16.

2. Volzhenskij A.B., CHistov JU.D. Stroitelnye materialy. 1993. № 8. pp.12-14.

3. Lotov V.A., Mitina H.A. Sb. dokl. mezhdunar. nauchno-tehn. seminara «Netradicionnye tehnologii v stroitelstve», 25-28 maja 1999g. Tomsk: TGASU, 1999. pp. 94-98.

4. Gorlov JU.P. Tehnologija teploizoljacionnyh i akusticheskih materialov i izdelij [The technology of thermal insulation and acoustic materials and products]. M.: Vysshaja shkola, 1989. 384 p., il.

5. Shujskij A.I. Optimizacija processov strukturoobrazovanija i povyshenie kachestva gazobetonnyh izdelij [Process optimization of structure and improving the quality of aerated concrete products]: diss. ... kand. tehn. nauk. Rostov-na-Donu, 1983. pp.98-100.

6. Ruzhinskij S.I. i dr. Vse o penobetone [All of aerated concrete]. 2-e izd., uluchshennoe i dopoln. Spb, OOO «Stroj Beton», 2006, 630 p.: il.

7. Malcev V.T., Tkachenko G.A., Malcev N.V. Inzenernyj Vestnik Dona (Rus), 2012, № 1 URL: ivdon.ru/magazine/archive/n1y2012/726.

8. R.A. Torlin, A.I.Shujskij, A.A.Novozhilov, E.A. Torlina, S.B. Yazyeva. Inzenernyj Vestnik Dona (Rus), 2011, №2. URL: www.ivdon.ru/magazine/archive/n2y2011/429.

9. Narayanan N, Ramamurthy K. Structure and properties of aerated concrete: a review. Cem Concr Compos 2000; 22:321-9.

10. Sengupta J. Development and application of light weight aerated concrete blocks from y ash. Indian Concr J 1992; 66:383±7.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.