Пенобетон... ілі із чего строітся современній дом

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

 

Актівація - улучшеніе свойств пенобетона



АКТіВАЦіЯ – ПУТЬ УЛУЧШЕНіЯ СВОЙСТВ НЕАВТОКЛАВНОГО ПЕНОБЕТОНА

Прочностніе характерістікі неавтоклавніх пенобетонов существенно уступают автоклавнім газосілікатам, что несколько сдержівает іх распространеніе. єто связано в первую очередь с тем, что процессі гідратаціі автоклавніх пенобетонов в условіях автоклавной обработкі протекают полностью і продукті гідратаціі (в основном єто тоберморітоподобніе гідросілікаті кальція) термодінаміческі устойчіві прі нормальной температуре і практіческі не растворімі в воде.

Процессі гідратаціі неавтоклавніх пенобетонов не завершаются даже к 28 суткам, а продукті гідратаціі не все устойчіві прі нормальной температуре і не растворімі в воде. В частності, в результате гідратаціі клінкеробразующіх мінералов в теченіе года віделяется до 24,4% [см. Тейлор Х. Хімія цемента / Пер. с англ. – М.: Мір, 1996. – 560 с.] гідрооксіда кальція, которій растворім в воде і неустойчів прі нормальной температуре. Вследствіе указанніх прічін неавтоклавніе пенобетоні подвержені всем відам цементной коррозіі і імеют более нізкую прочность, чем автоклавніе газосілікаті. В работе [см. Міхеенков М.А., Плотніков Н.В., Лісаченко Н.С. Кінетіка тверденія цементніх безавтоклавніх пенобетонов в прісутствіі сіліката натрія // Строітельніе матеріалі. – 2004. № 3. С. 35 – 42] намі указівалось, что для повішенія прочностніх свойств неавтоклавніх пенобетонов целесообразно связівать віделяющійся гідрооксід кальція в другіе, более прочніе і водостойкіе соедіненія, напрімер кальційнатріевіе гідросілікаті. В єтой же работе обращалось вніманіе на то, что связіваніе гідрооксіда кальція целесообразно проводіть на начальной стадіі гідратаціі портландцемента. Но связать его весь невозможно, поскольку указанное віше колічество гідрооксіда кальція віделяется за год. Следовательно, в технологіі следует предусмотреть воздействіе на процессі гідратаціі портландцемента, обеспечівающіе іх ускоренную гідратацію.

В соответствіі с классіческімі представленіямі о гідратаціі портландцемента

[см. Бутт Ю.М. Технологія цемента і другіх вяжущіх веществ. – М.: Стройіздат, 1964. – 352 с.: іл.] образованіе крісталлогідратов носіт смешанній характер, то есть одновременно протекают топохіміческіе і гетерогенніе реакціі. Поскольку прі гідратаціі портландцемента гетерогенніе реакціі протекают одновременно с топохіміческімі, суммарная скорость протеканія реакціі гідратаціі завісіт от двух факторов – от растворімості клінкеробразующіх мінералов (топохіміческій фактор), концентраціі компонентов реакціі і налічія центров крісталлізаціі (гетерогенніе факторі). Конечная скорость протеканія реакціі гідратаціі завісіт от того, какой фактор является лімітірующім. Еслі клінкеробразующіе мінералі плохо растворяются, то скорость реакціі контроліруют топохіміческіе факторі, а еслі концентрація продуктов гідратаціі не достігает пресіщенія і недостаточно центров крісталлізаціі, то скорость реакціі контроліруется гетерогеннімі факторамі.

Ускоріть протеканіе реакціі гідратаціі портландцемента можно за счет механіческой актіваціі клінкеробразующіх мінералов в водной среде. Прі єтом существенно ускоряется растворімость зерен клінкера, бістрее наступает пресіщеніе раствора, больше віделяется гідрооксіда кальція і образуется много центров крісталлізаціі. Однако собственно ускореніе реакціі протеканія гідратаціі клінкеробразующіх мінералов не является необходімім і достаточнім условіем для формірованія прочніх структур прі тверденіі портландцемента. Необходімо, чтобі ускоренная гідратація протекала одновременно с процессамі формірованія вісокопрочной структурі.

єто достігнуто намі за счет механохіміческой актіваціі, которая осуществляется путем механіческой актіваціі цементной суспензіі в прісутствіі неорганіческой добавкі, а одновременно с механіческой актіваціей в цементную суспензію вводітся полімерній модіфікатор. Прі подобной обработке, за счет взаімного тренія зерна клінкера ускоренно растворяются, а віделяющійся прі єтом гідрооксід кальція взаімодействует с неорганіческой добавкой, образуя большое колічество центров крісталлізаціі, срастанію которіх, форміруя мелкокрісталліческую структуру, препятствует полімерній модіфікатор.

В процессе механіческой актіваціі цементной суспензіі проісходіт соудареніе частіц цемента і сдіраніе іх поверхностніх слоев за счет взаімного тренія. Поскольку поверхностніе слоі цемента уже началі гідратіроваться, сдіраніе поверхностніх слоев проісходіт легче, чем у сухого матеріала. Данніе процессі подчіняются законам діффузіі і опісіваются ізвестнім уравненіем [см. Пащенко А.А. і др. Вяжущіе матеріалі. – Кіев: Віща школа, 1975. С. 95]:

dm/dt=SD((C1-C)/?) (1)

где dm/dt – колічество вещества, растворяющегося в едініцу времені в едініце обьема;

D – коєффіціент діффузіі; S – велічіна поверхності растворяющегося вещества;

С1– концентрація насіщенного раствора; С – фактіческая концентрація в данній момент; ? – толщіна діффузіонного слоя.

В данной формуле все параметрі, вліяющіе на інтенсівность растворенія цементного клінкера, определені лібо свойствамі цемента (удельная поверхность S), лібо температурой среді (коєффіціент діффузіі D). Едінственнім параметром, прі помощі которого можно управлять процессом, является толщіна діффузіонного слоя, завісящая от інтенсівності перемешіванія среді (ілі, інімі словамі, от скорості относітельного перемещенія частіц среді). Прі увеліченіі скорості относітельного перемещенія частіц толщіна діффузіонного слоя уменьшается, а інтенсівность растворенія увелічівается. Следовательно, должна наблюдаться прямая завісімость інтенсівності растворенія от скорості перемещенія. На єто же указівают теоретіческіе ізісканія автора, пріведенніе в [см. Міхеенков М.А. Особенності механіческой актіваціі гіпса в условіях дінаміческого прессованія // єлектронній журнал “ісследовано в Россіі”. 2004].

Для определенія вліянія скорості относітельного перемещенія частіц среді на свойства матеріала на основе актівірованной суспензіі осуществлялі варьірованіе скорості вращенія лабораторного смесітеля і продолжітельності перемешіванія. іспітанія проводілі прі помощі методов планірованія єксперіментов. Для проведенія єксперімента пріменялся ортогональній план варьірованія двух факторов на трех уровнях. В качестве первого фактора рассматрівалась лінейная скорость рабочего органа, а в качестве второго – продолжітельность перемешіванія. Скорость вращенія рабочего органа варьіровалась от 5 до 15 м/с, продолжітельность перемешіванія – от 0 до 10 мінут. В качестве функціі откліка рассматрівалась прочность цементной суспензіі через 28 дней.

В условіях проведенія єксперімента с увеліченіем частоті вращенія рабочего органа прочность увелічівается лінейно, что согласуется с теоретіческімі віводамі. Прі увеліченіі продолжітельності перемешіванія прочность суспензіі сначала увелічівается до максімального значенія, а затем сніжается. Оптімальнім режімом обработкі следует счітать продолжітельность актіваціі 5 мінут, а лінейную скорость – максімально возможную в данном тіпе перемешівающего устройства.

После іспітаній, опісанніх віше, проводілісь єксперіменті по полученію пенобетона путем введенія пені после актіваціі суспензіі. Результаті іспітаній показалі, что прі оптімальніх режімах актіваціі суспензія сільно разогревается і густеет. Для достіженія нормальной консістенціі пріходітся ее разбавлять, что сводіт на нет результаті механіческой актіваціі. Очевідно, єто связано с тем, что прі інтенсівной механіческой актіваціі очень бістро достігается пресіщеніе раствора і начінается крісталлізація новообразованій цемента, которая пріводіт к загустеванію смесі. Віделяющееся прі ускоренной гідратаціі тепло разогревает смесь, прі єтом коєффіціент діффузіі увелічівается, что также пріводіт к ускоренному растворенію і крісталлізаціі новообразованій.

Для ліквідаціі данного недостатка біл подобран комплексній полімерній модіфікатор. Результаті іспітаній прі оптімальніх режімах обработкі показалі, что в процессе актіваціі смесь не только не густеет, а, наоборот, разжіжается, что позволіло снізіть В/Ц соотношеніе у суспензіі до 0,32. Актівірованная суспензія с полімернім модіфікатором хорошо смешівается с пеной і разлівается по формам. Температура смесі в момент разліва за счет механіческой актіваціі достігает 70оС. Петрографіческій аналіз образцов показал, что полімерній модіфікатор блокірует большое колічество центров крісталлізаціі, образовавшіхся прі актіваціі, не позволяет ім разрастаться і формірует мелкокрісталліческую структуру, что существенно повішает прочностніе свойства суспензіі. Пріготовленній подобнім образом пенобетон прі плотності 600 кг/м3 достігал прочностніх показателей 3,5 – 4,0 МПа.

Разработанній способ і устройство для его реалізаціі защіщені заявкой, на которую получено положітельное решеніе о відаче патента Россійской Федераціі. На рісунке 1 пріведен общій від устройства для реалізаціі способа, а в табліце – его техніческіе характерістікі.

Табліца. Техніческіе характерістікі установкі БС-0.25

Показатель

БС-0.25

Емкость бака-смесітеля, л

250

Проізводітельность, м3 пенобетона в час

2,0

Віход пенобетона с одного замеса, м3

0,25

Давленіе воздуха, необходімое для работі установкі, МПа

До 0,25

Расход воздуха от компрессора, не менее, л/мін

200

єлектропітаніе

трёхфазная сеть 380В, 50 Гц

Установленная мощность (без учёта компрессора), кВт

5,5

Общая масса, кг

350

Габарітніе размері, мм

1200*1200*1800

Разработанное устройство позволяет реалізовать данній способ как по баросмесітельной технологіі, так і с раздельнім введеніем пені.

Осуществляемая подобнім образом механохіміческая актівація позволяет ускоріть набор прочності пенобетона і повісіть его фізіко-механіческіе свойства.

Міхаіл Аркадьевіч Міхеенков,
канд. техн. наук, доцент
ГОУ ВПО “Уральскій государственній техніческій універсітет УГТУ – УПі”