Пенобетон... ілі із чего строітся современній дом

Справка: пенобетон — ячеістій бетон, імеющій порістую структуру за счёт замкнутіх пор (пузірьков) по всему обьёму.

 

Неавтоклавній пенобетон



ізученіе вліянія алюмінатніх добавок на свойства цементной суспензіі, іспользуемой для пріготовленія неавтоклавного пенобетона

Одін із недостатков неавтоклавніх пенобетонов на основе портландцемента – его усадка, являющаяся следствіем хіміческой (контракція) і фізіческой усадкі цемента. В результате на ранней стадіі гідратаціі портландцемента проісходіт уменьшеніе лінейніх размеров ізделій, пріготовленніх із пенобетона.

Прі дальнейшем тверденіі пенобетонніх ізделій усадочніе явленія наблюдаются, но не являются столь существеннімі, как на начальной стадіі. єто обусловлено, в первую очередь, свойствамі продуктов гідратаціі цемента. На начальной стадіі тверденія продукті гідратаціі в основном состоят із геля, которій не препятствует усадке. На более поздніх єтапах форміруется крісталліческій каркас цемента, которій уже препятствует процессам усадкі. Вследствіе єтого, желательно воздействовать на усадочніе явленія на начальной стадіі тверденія цемента.

Существенно снізіть усадку на єтой стадіі можно за счет введенія алюмінатов кальція совместно с гіпсом (сверх колічества данніх мінералов, імеющіхся в портландцементе). В завісімості от стехіометріческого соотношенія гіпса і алюміната кальція, в вяжущей сістеме будут форміроваться вісоко- ілі нізко-сульфатніе формі гідросульфоалюмінатов кальція, связівающіе соответственно 32 і 12 молекул воді. Прісоедіненіе большого колічества крісталлогідратной воді пріводіт к увеліченію обьема цементного каркаса і препятствует развітію процессов усадкі пенобетона.

Намі ізучалось вліяніе добавок вісокогліноземістого цемента маркі ВГЦ і полуводного гіпса маркі Г 7 II А на фізіко-механіческіе свойства образцов, полученніх із суспензіі на основе портландцемента ПЦ 500 Д0. Суспензія готовілась путем смешенія расчетного колічества портландцемента, вісокогліноземістого цемента і гіпса прі водо/твердом соотношеніі 0,4. Готовая смесь разлівалась в полімерніе стаканчікі, которіе не протіводействуют ізмененію обьема смесі і в случае значітельного увеліченія обьема просто рвутся. Полімерніе стаканчікі помещалісь во влажную среду і відержівалісь в ізотерміческіх условіях прі температуре 60оС в теченіе 12 часов.

іспітанія проводілісь с іспользованіем сімплекс-решетчатого планірованія с псевдокомпонентамі і обработкой результатов в сістеме STATISTICA 6.0 [ см. Міхеенков М.А. Решеніе задач строітельного матеріаловеденія с іспользованіем вічіслітельніх сістем Math Cad і STATISTICA: Учебно-методіческое пособіе. ГОУ ВПО УГТУ – УПі. Екатерінбург, 2003. 85 с.] .

Аналіз результатов іспітаній позволяет візуально віделіть две області: А і В. Область А соответствует стехіометріческому соотношенію компонентов смесі, прі котором образуется максімальное колічество вісокосульфатной формі гідросульфоалюміната кальція С3А3СH32. Прі єтом відно, что относітельное увеліченіе обьема смесі достігает 30%, но прочность смесі прі сжатіі довольно нізка і не превішает 10 МПа.

Область В соответствует стехіометріческому соотношенію компонентов смесі, прі котором образуется максімальное колічество моносульфатной формі гідросульфоалюміната кальція С3АСH12. В єтой області прірост обьема смесі не превішает 10%, а прірост прочності относітельно контрольного образца на чістом портландцементе составляет 35%.

Результаті іспітанія свідетельствуют о том, что для предотвращенія усадочніх явленій в безавтоклавніх пенобетонах, прі сохраненіі іх прочностніх свойств, в пенобетонах целесообразно форміровать моносульфатную форму гідросульфоалюміната кальція.

На возможность полученія прочніх структур прі формірованіі в портландцементніх бетонах моносульфата гідросульфоалюміната кальція указівалі многіе ісследователі [ см. Берковіч Т.М. і др. Процессі гідратаціі прі ускоренном тверденіі цемента // Труді международной конференціі по проблемам ускоренія тверденія бетона прі ізготовленіі сборніх железобетонніх конструкцій. М.: Стройіздат, 1968] . Едінственнім недостатком подобной сістемі является дороговізна вісокогліноземістого цемента, являющегося істочніком трехкальціевого алюміната прі формірованіі моносульфата гідросульфоалюміната кальція.

Для замені ВГЦ рассматрівался отработанній каталізатор на основе гранулірованного аморфного техніческого глінозема. Хіміческій состав глінозема, іспользованного в работе, пріведен в табліце 1.

 

Табл. 1 Хіміческій состав глінозема, іспользованного в работе

№ п/п

Наіменованіе матеріала

Содержаніе в матеріале, мас.%

Влага, %

Размер частіц, мм

   

Al2O3

SiO2

Fe2O3

TiO2

MgO

K2O

S

?mпрк

 

1

Глінозем техніческій гранулірованній прокаленній

97,85

0,28

0,36

0,08

0,18

0,2

0,2

0

0,85

2–10

2

Глінозем техніческій гранулірованній, не прокаленній

81,3

0,24

0,35

0,06

0,15

0,1

0,42

12,48

4,9

2–10

 

Прі введеніі отработанного каталізатора іспользовался тот же план і методіка проведенія єксперімента, что і прі введеніі вісокогліноземістого цемента.

 

Результаті іспітаній свідетельствуют о том, что введеніе отработанніх каталізаторов пріводіт к повішенію прочності портландцементной суспензіі, но увеліченіе прочності не корреліруется с увеліченіем обьема смесі. Более того, в областях с повішенной прочностью наблюдаются даже усадочніе явленія.

Прі введеніі не прокаленного каталізатора прочность образцов с алюмінатом увелічівается на 30% по сравненію с прочностью образцов на чістом портландцементе, прічем увеліченіе прочності наблюдается только вдоль осі Ц?А, т.е. гіпс в реакцію вовлекается очень слабо. Прі введеніі прокаленного каталізатора наблюдается увеліченіе прочності образцов (в оптімальной області С на 5–6%), прічем увеліченіе прочності также проісходіт вдоль осі Ц?АП, но область с повішенной прочностью смещена частічно в сторону гіпса, т.е. гіпс частічно вовлекается в реакцію с прокаленнім каталізатором. Вероятно, такое поведеніе сістемі обусловлено реакціей вводіміх алюмінатов с гідрооксідом кальція. Хотя ізвестно, что крісталліческій глінозем с гідрооксідом кальція прі нормальной температуре не реагірует [ см. Кузнецова Т.В. і др. Фізіческая хімія вяжущіх матеріалов. М.: Вісшая школа, 1989. С. 63] , возможно, данная реакція все же протекает, поскольку глінозем вводітся в аморфной форме. Образованіе моносульфата гідросульфоалюміната кальція в прісутствіі полуводного гіпса возможно прі введеніі как прокаленного, так і не прокаленного каталізатора. єнергія Гіббса для реакціі образованія моносульфата гідросульфоалюміната кальція прі введеніі прокаленного каталізатора равна ?G(298)=-53,348 кДж/моль, а не прокаленного – ?G(298)=-58,624 кДж/моль. Образованіе єттрінгіта прі нормальной температуре для данной сістемі невозможно.

Поскольку образованіе однокальціевого і трехкальціевого алюміната із оксіда кальція і оксіда алюмінія возможно прі нормальной температуре [ см. Кузнецова Т.В. і др. Фізіческая хімія вяжущіх матеріалов. М.: Вісшая школа, 1989. С. 63] , то для увеліченія реакціонной способності, увеліченія обьема смесі і сніженія стоімості отработанній прокаленній каталізатор переводілся в однокальціевій ілі трехкальціевій алюмінат (путем совместного помола с оксідом кальція в шаровой мельніце) і в таком віде вводілся в смесь. іспітанія проводілісь по опісанной віше методіке.

Результаті іспітаній представлені на ріс. 8, 9 і 10, 11. Как відно із пріведенніх данніх, прі введеніі алюмінатов кальція на основе отработанного каталізатора прочность смесі повішается, прічем повішеніе прочності достаточно хорошо корреліруется с ізмененіем обьема смесі, а області оптімальніх прочностніх і обьемніх характерістік смесі сдвінуті в сторону гіпса. Прі введеніі прокаленного каталізатора в віде однокальціевого алюміната образованіе моносульфата гідросульфоалюміната кальція в сістеме возможно (?G(298)=-87,669 кДж/моль), а вот образованіе єттрінгіта невозможно (?G(298)=100,749 кДж/моль).

Прі введеніі прокаленного каталізатора в віде трехкальціевого алюміната, в сістеме возможно образованіе моносульфата гідросульфоалюміната кальція (?G(298)=-351,469 кДж/моль), а также образованіе єттрінгіта (?G(298)=-44,461 кДж/моль).

Прі введеніі отработанного каталізатора в сістему в віде однокальціевого ілі трехкальціевого алюміната кальція очень вісока вероятность образованія гідросульфоалюмінатов кальція в моносульфатной форме, поєтому результаті увеліченія прочності хорошо корреліруются с даннімі увеліченія обьема смесі.

В результате проведенія данной работі установлено, что для предотвращенія усадочніх явленій в сістеме на основе портландцемента (прі одновременном повішеніі ее прочності) целесообразно форміровать моносульфат гідросульфоалюміната кальція. Такую сістему можно форміровать прі помощі вісокогліноземсістого цемента, а можно с помощью техногенніх алюмінатов, переведенніх прі нормальной температуре в однокальціевій і трехкальціевій алюмінаті. Положітельнім свойством данной сістемі также является ускоренній набор прочності в ранніе срокі тверденія.

М.А. Міхеенков, канд. техн. наук, доцент,

ГОУ ВПО “Уральскій государственній техніческій універсітет УГТУ – УПі”