Оборудование для производства пенобетона > Статьи > Статьи о производстве пенобетона, газобетона > Активация сырьевых смесей дает хороший результат при производстве неавтоклавного пенобетона

Активация сырьевых смесей дает хороший результат при производстве неавтоклавного пенобетона

Посмотреть все статьи

 

Активация сырьевых смесей дает хороший результат при производстве неавтоклавного пенобетона

Пенобетоны неавтоклавного твердения позволяют сегодня решить проблему создания материалов с тепло- и звукоизоляционными свойствами. О результатах исследований, позволивших выявить положительное влияние механической и химической активации исходных смесей на свойства неавтоклавного пенобетона, мы попросили рассказать Виктора Федоровича Черных, руководителя кафедры “Производство строительных материалов, изделий и конструкций” Кубанского государственного технологического университета, кандидата технических наук.

В.Ф.: К преимуществам неавтоклавных пенобетонов можно отнести то, что они обладают закрытой пористостью, более низким водопоглощением, низкой стоимостью оборудования и, с точки зрения долговечности, неавтоклавный пенобетон продолжает набирать свою прочность, в отличие от автоклавного. В южном федеральном округе наблюдается заметный рост производства пенобетона, поэтому стоит задача по улучшению свойств этого материала. В частности, мы ставили перед собой цель получить прочностные показатели, сравнимые с автоклавными бетонами. Одним из путей решения является механическая активация.

Ее применение в цементных системах известно давно. Действительно, диспергирование и механическая активация оказывает большое влияние на поверхностные свойства минералов и пород: происходит заметное изменение физических свойств и химической активности вещества. Это объясняется не только увеличением

удельной поверхности и уменьшением размеров частиц, но и изменением структуры, в частности, аморфизацией поверхностных участков за счет протекания механохимических процессов. Следует отметить, что в активаторах без мелющих тел второй фактор должен преобладать, поскольку в этом случае изменение удельной поверхности будет гораздо меньше по сравнению с активацией в шаровых и вибромельницах.

Корр.: Давайте остановимся на проведенных исследованиях подробнее…

В.Ф.: Несмотря на кажущуюся простоту изготовления пенобетонных блоков, на практике встречаются трудности с получением материала средней плотности (700 кг/м3 и ниже) с достаточной прочностью. Поэтому на кафедре производства строительных изделий и конструкций КубГТУ проведена работа с целью улучшения показателей неавтоклавного пенобетона. Для исследования влияния механической активации смеси на свойства пенобетона был изготовлен лабораторный активатор объемом 6 л. Вращающие части расположены таким образом, что частицы смеси претерпевают максимальное количество соударений в единицу времени, а сама смесь задействована полностью при отсутствии так называемых “мертвых” зон в ее объеме. Скорость вращения вала составила 1000 об/мин.

В качестве вяжущего вещества применяли портландцемент М500 Новороссийского завода “Пролетарий”. Соотношение между вяжущим и мелким кварцевым песком, просеянным через сито 1,25, изменялось в зависимости от поставленной задачи. Количество воды подбиралось таким образом, чтобы подвижность растворных смесей без добавок и с добавками была одинаковой. Определение пластической прочности осуществляли на модифицированном подборе Вика, в котором игла для определения сроков схватывания была изменена на конус с углом при вершине 45. В качестве пенообразователя использовали ПБ-2000 (г. Иваново), ПБ-1 на основе вторичных алкилсульфатов натрия, разработанный сотрудниками ОАО “Новочеркасский завод синтетических продуктов” при участии сотрудников кафедр физики и производства строительных изделий и конструкций КубГТУ, а также их смесь. Пену получали в лабораторном пеногенераторе из 3 %-го раствора пенообразователя.

По химическому составу ПО ПБ-1 является синтетическим и углеводородным. В основе его производства — отечественное сырье, изготавливаемое на этом же предприятии. Для этого пенообразователя характерна экологичность (высокая биоразлагаемость), однако устойчивость пены в цементной системе недостаточно высока. Пенообразователь же ПБ-2000 дает устойчивую во времени пену, однако тормозит процесс взаимодействия цемента с водой в ранние сроки твердения. Поэтому было проведено исследование пены, полученной на основе смеси этих пенообразователей (рис. 1, 2).

Корр.: И каков результат?

В.Ф.: Анализ зависимостей на рис. 1 позволяет заключить, что при 25 % пенообразователя ПБ-1 и 75 % ПБ-2000 процесс водоотделения заметно замедляется по сравнению с исходным ПО ПБ-1. Проведенные опыты показали, что применение смеси пенообразователей улучшает стойкость пены в цементном тесте и предел прочности при сжатии (рис. 2).

С учетом полученных результатов для дальнейших исследований была использована смесь указанных пенообразователей в соотношении 1:1. На первом этапе было изучено влияние количества кремнеземистого заполнителя и времени активации на свойства пенобетона. Анализ полученных результатов показывает, что коэффициент конструктивного качества уменьшается с увеличением доли песка в смеси. Оптимальное время активации находится в пределах 4–8 минут. Для дальнейших исследований было принято соотношение между песком и цементом 1:6,5. С учетом предварительно проведенных экспериментов для химической активации была применена комплексная добавка, включающая CaCI2 и CaSO4 х 0,5 Н2O в количестве 1 % от массы вяжущего. Время механической активации изменялось от 2 до 10 минут.

Наилучшие показатели прочностных свойств и коэффициента конструктивного качества получены в диапазоне от 4 до 8 минут активации. Увеличение коэффициента конструктивного качества при этом составило 66–86 %.

Таким образом, при сочетании механической и химической активаций наблюдается значительный рост прочностных показателей и коэффициента конструктивного качества. Кроме этого, химическая активация способствует получению устойчивой пенобетонной системы, что особенного важно при изготовлении пенобетонных изделий с пониженной средней плотностью.

Корр.: Влияет ли состав цемента на эффект механической активации?

В.Ф.: Предварительными исследованиями установлено, что эффект механической активации зависит от минералогического состава цемента, в частности, он увеличивается в случае высокоалюминатных цементов. Поэтому низкоалюминатные цементы, например, Новороссийских цементных заводов, менее подвергались систематическому экспериментальному исследованию с целью ускорения набора прочности в ранние сроки.

Специальных цементов для производства ячеистых бетонов не выпускается, хотя их хотелось бы иметь. Цементы, которые бы быстро схватывались, быстро набирали прочность, чтобы они могли взять на себя укрепление структуры, когда пена начинает разрушаться. Нами испытаны портландцементы различных заводов с точки зрения пригодности для получения пенобетона и сочетания их с различными пенообразователями и химическими добавками. Установлено, что целесообразно использовать портландцементы Д-О, Д-20 и БТЦ новороссийского завода “Пролетарий” М500 при условии их соответствия стандарту по прочности и тонкости помола. Для получения пенобетона пониженной плотности (Д500-Д200) необходимо применять цементы марок 550 и 600, но они выпускаются в ограниченных количествах и имеют высокую стоимость. Поэтому можно применять дополнительный размол рядовых цементов (в т.ч. и с добавкой суперпластификатора), а также фракционировать цемент, отбирая тонкие фракции для получения пенобетона, а крупные — для обычных бетонов. Для этой же цели можно применять химические добавки.

Корр.: Расскажите о мокрой активации цемента. Как она влияет на свойства ячеистых бетонов?

В.Ф.: По данным НИИ Железобетона более эффективна мокрая активация цемента (по сравнению с сухим домолом) при водоцементном отношении не менее 0,5. Видимо, это обстоятельство было сдерживающим фактором широкого применения механической активации для тяжелых бетонов, когда при увеличении количества воды затворения (тем более, при использовании влажных заполнителей) сверх определенного предела наблюдается расслоение смеси и понижение прочности, преимущественно в ранние сроки.

При изготовлении ячеистых бетонов высокая водопотребность пенобетонных смесей не только не вредна в отношении расслоения смеси при избытке влаги, а наоборот — желательна (особенно при получении бетона низкой средней плотности). В этом случае не происходит отсос воды из пены, повышается стабильность пенобетонной массы, улучшаются свойства готового изделия. В то же время, активация цемента или цементно-песчаного раствора при В/Ц более 0,5 целесообразна и в технико-экономическом отношении: облегчается выгрузка и транспортировка суспензии и снижается расход электроэнергии, поскольку вода обеспечивает снижение прочности обрабатываемого материала. О целесообразности мокрого домола вяжущего вещества при повышенном водоцементном отношении идет речь в работах разных исследователей. Так, И. Н. Ахвердов отмечал, что воздействие различных механических колебаний ускоряет процессы пептизации и способствует увеличению количества гидратированных частиц, лучшему использованию цемента. В этом случае устраняется один из недостатков бетонов, полученных по обычной технологии, когда часть цементных зерен остается в качестве наполнителя, а не вяжущего.

Из практики известно, что портландцемент, особенно повышенной прочности, склонен к агрегированию и образованию флокул, что приводит к неполному использованию всех его потенциальных свойств. Можно полагать, что дополнительная активация цемента, например, добавкой кварцевого песка, позволит избежать образования флокул, а также улучшить качество поверхности частиц заполнителя в результате разрушения поверхностных неактивных слоев.

Корр.: С какими еще трудностями приходится сталкиваться производителям ячеистых бетонов? В каком направлении сейчас работают ученые кафедры?

В.Ф.: Серьезным недостатком ячеистых бетонов, в частности, неавтоклавных, является слабое сцепление со штукатурным слоем. Еще один недостаток — пониженная трещиностойкость. Он решается путем применения волокон, фибры. Исследования в этом направлении проводятся в Ростовском университете.

На кафедре производства строительных изделий и конструкций Кубанского технологического университета принято направление сочетания механической обработки и применения химических добавок. Причем, как мы убедились, проводя предварительные исследования, необходимо применение комплексных добавок, сочетание добавок разных классов и одного класса. У нас принято применение хлорида кальция, сульфата натрия (ускорителей твердения) и пластификатора — Линомикса. Это сочетание механической и химической активации позволяет ускорить набор классической прочности в ранние сроки и прочностных показателей как в ранние сроки, так и в 28-дневный срок.

Исследования показали, что классическая прочность 0,3 МПа эталонного образца достигается через 15 часов, а с применением механической и химической активации — через 8 часов. Т.е. процесс ускоряется. Через 28 суток прочность при сжатии и коэффициент конструктивного качества возрастает почти в 2 раза.

Это можно рассматривать как предварительные результаты. Исследования в этой области продолжаются. Например, проводится трехфакторный эксперимент, где переменными являются время активации и количество добавок — ускорителей твердения при постоянном содержании пластификатора Линомикса. Эксперимент позволил определить оптимальное содержание химических добавок и оптимальное время. Как раз для получения неавтоклавных ячеистых бетонов, в частности, пенобетонов, необходим серьезный подход к выбору вяжущего вещества и пенообразователей. Важно, чтобы их сочетание приводило к хорошему результату — получению качественного пенобетона с требуемыми свойствами.

Тщательное соблюдение технологии, подбор цемента и пенообразователей — все эти моменты должны учитывать те, кто начинает производство пенобетонов. Потребность в ячеистых бетонах есть, сейчас строительство активно развивается, но, чтобы обеспечить прибыль, необходимо дать хорошую производительность. И этому будет способствовать ускорение набора прочности или совместное применение пено- и газообразователей. В этом направлении ведется научная работа.

Беседовала Т. Давыдова