Использование разрядно-импульсного воздействия в технологии пенобетона

Рассматривается технология повышения физико-механических и эксплуатационных свойств пеноматериалов.

Повышение физико-механических и эксплуатационных свойств пеноматериалов достигается снижением толщины и увеличением прочности межпоровых перегородок.

Для повышения прочности и снижения теплопроводности пенобетонов на цементной основе целесообразно применение разрядно-импульсного воздействия. Разрядно-импульсное воздействие (РИВ) является средством активизации процесса твердения, изменения морфологии новообразований и повышения ранней и длительной прочности пенобетона.

Установлено, что в результате РИВ нормативная прочность пенобетона со средней плотностью 600 кг/м3 возрастает на 20 % и соответствует классу по прочности В2,5. При этом теплопроводность полученного пенобетона снизилась на 15 %, за счёт увеличения в составе гидратных новообразований доли низкоосновных гидросиликатов кальция.

Одним из наиболее перспективных строительных материалов нашего времени является неавтоклавный пенобетон, который может использоваться как конструкционный, теплоизоляционно-конструкционный и теплоизоляционный материал. Увеличение его использования как в сборном, так и в монолитном строительстве требует улучшения его физико-механических и эксплуатационных свойств (прочности и теплопроводности), а также сокращения сроков твердения.

Прочность пенобетона определяется прочностью его межпоровых перегородок, которая, в свою очередь, зависит от физико-механических свойств цементной матрицы. Повышение прочности этой матрицы позволяет снизить толщину межпоровых перегородок, уменьшить среднюю плотность пенобетона и улучшить его теплофизические показатели.

Эффективным средством решения этой задачи является использование РИВ. Сущность метода заключается в создании в дисперсной системе мощного электрического разряда, вызывающего развитие электрогидравлического эффекта. Импульсный электрический разряд в жидкости — процесс с большой концентрацией энергии, в результате которого происходит активация жидкой фазы и увеличение числа активных центров на поверхности вяжущего и дополнительное их возбуждение. В результате этих явлений ускоряется процесс твердения и возрастает прочность искусственного камня [1].

Использование РИВ в технологии пенобетона заключалось в его приложении на цементную дисперсию, после чего она смешивалась с предварительно приготовленной пеной. Из полученной пенобетонной смеси формовались образцы-кубы с ребром 100 мм, которые твердели 28 сут. в нормальных условиях. Составы пенобетонов различной средней плотности приведены в табл. 1.

 Таблица 1. Расход материалов для пенобетонов D400–800

Эффективность применения РИВ на вяжущие системы, как и других внешних технологических воздействий, определяется их приложением в оптимальные сроки, определяемые структурным состоянием этих систем.

Коагуляционная структура твердеющих систем является наиболее эффективно управляемой матрицей, так как контакты в ней являются обратимыми и обеспечивают термодинамическую устойчивость этих систем. Очевидно, что РИВ наиболее эффективно на такой стадии существования коагуляционной структуры, когда жидкая фаза в ней является непрерывной. При этом степень восприимчивости цементных паст к РИВ зависит от водоцементного отношения.

Проведённые исследования показали, что увеличение В/Ц с 0,3 до 0,5 приводит к возрастанию прочности цементного камня в марочном возрасте по сравнению с контрольными с 30 до 56 %. Повышение эффекта воздействия с увеличением В/Ц объясняется тем, что в этом случае увеличивается содержание основной токопроводящей фазы-воды, что способствует улучшению условий разряда и гомогенизации смеси при осуществлении РИВ. Как уже указывалось выше, эффективность РИВ напрямую определяется как активацией и созданием новых активных центров поверхности твёрдой фазы, так и активацией жидкой фазы в пасте. Так как одним из основных эффектов РИВ является комплексная активация жидкой фазы, при увеличении её количества естественно ожидать закономерного роста достигаемого эффекта.

Кроме этого, эффективность РИВ определяется моментом его приложения и числом импульсов. Проведённые исследования показали, что наибольший прирост прочности цементного камня имеет место при осуществлении РИВ в течение первых 10–20 мин с момента затворения, а энергия, введённая в вяжущую систему (число импульсов) соответствует кажущейся энергии активации процесса структурообразования [1].

Физико-механические характеристики пенобетонов, изготовленных с использованием РИВ с учётом указанных условий, приведены в табл. 2.

 Таблица 2. Прочностные показатели пенобетонов D400–800

Как следует из приведённых данных, РИВ повышает прочность пенобетона для всех исследованных марок по плотности (D400–800) на один класс за счёт повышения прочности цементно-песчаной матрицы материала. Кроме физико-механических свойств, в результате РИВ улучшаются и теплофизические характеристики пенобетонов: снижается коэффициент теплопроводности (табл. 3).

 Таблица 3. Теплопроводность образцов пенобетона D400–800

Снижение теплопроводности пенобетона обусловлено несколькими факторами. Во-первых, в результате разрядно-импульсного воздействия в вяжущей системе возникает разветвлённая структура с большим числом перекрытий. Это обусловливает образование мелкозернистой структуры цементного камня, в которой тепловой поток при распространении встречает больше препятствий, что и способствует снижению теплопроводности. Во-вторых, как показал рентгеноструктурный анализ, в цементном камне, подвергнутом разрядно-импульсному воздействию, вследствие интенсификации полимеризации кремнекислородных анионов образуется больше низкоосновных гидросиликатов кальция. Как показано в работе [2], увеличение в составе новообразований доли низкоосновных гидросиликатов кальция способствует снижению теплопроводности цементного камня и пенобетона в целом.

Таким образом, проведённые исследования показали, что применение разрядно-импульсного воздействия в технологии пенобетона способствует повышению его прочности на один класс и снижению коэффициента теплопроводности на 13–15 %.

М. С. Гаркави, д.т.н., А. Н. Кузнецов, асп.,
Магнитогорский государственный технический университет им. Г. И. Носова

Литература:
1. Кузнецов А. Н., Гаркави М. С. Влияние разрядно-импульсного воздействия на структурообразование и прочность цементного камня и бетона // Цемент и его применение. — 2005. — № 6. — С. 44–45.
2. Чернаков В. А. Закономерности изменения основных тепло- и механофизических свойств пеноматериалов в зависимости от композиционной цементной основы: Автореферат диссертации. — СПб., 2004.