Модифицирование неавтоклавных пенобетонов одностадийного приготовления суперпластификатором С-3 и электролитами

Актуальность работы. Пенобетон — один из эффективных строительных материалов, широко применяемых в строительстве. Материал заслуживает особого внимания вследствие присущих ему специфических свойств, таких как низкая теплопроводность, негорючесть, биологическая стойкость, экологичность. Повышенный интерес практиков-строителей к этому материалу обусловлен тем, что жилье, построенное с применением пенобетона, ц обладает повышенной комфортностью при сравнительно небольших затратах на возведение ограждающих конструкций.

В последние годы возрастающий интерес у ученых и производственников проявляется к одностадийной технологии приготовления пенобетонных смесей, позволяющей сочетать простоту организации производства и возможность использования эффективных синтетических пенообразователей с высокой пенообразующей способностью. Меняя состав и вязкость шликера, • дозировку пенообразователя и продолжительность перемешивания, можно получать пенобетоны в широком диапазоне плотностей. Кроме того, организация производства не требует больших инвестиций, а предприятия малой и средней мощности могут быть приближены к местам потребления материала, что существенно снижает транспортные расходы и повышает конкурентоспособность продукции.

Однако получение пенобетона при кажущейся на первый взгляд простоте является сложным технологическим процессом, требующим учета большого числа параметров. Пенобетонным смесям, как и всем дисперсным системам, характерна нестабильность ячеистой структуры, проявляющаяся в их расслоении и осадке. Одной из основных причин этого является высокое водосодержание смесей, обусловленное необходимостью облегчения процесса поризации. Повышенные водоцементные отношения смесей являются причиной увеличения длительности выдержки изделий перед распалубкой, и снижения прочности пенобетона.

Стабильность пенобетонных смесей может быть повышена за счет использования современных эффективных пенообразователей и дополнительных технологических приемов стабилизации. В настоящее время известны и совершенствуются различные способы повышения стабильности смесей.

Эффективным способом улучшения качества пенобетонных смесей и физико-механических свойств пенобетонов, на наш взгляд, является применение модифицирующих добавок — суперпластификатора С-3 и ускорителей схватывания и твердения. Суперпластификатор позволит существенно понизить водосодержание пенобетонных смесей и повысить прочность затвердевшего пенобетона, а ускорители схватывания и твердения — ослабить или даже полностью устранить негативное влияние поверхностно-активных веществ на процессы гидратации вяжущего, особенно на ранней стадии.

Однако анализ литературных источников, в которых рассматриваются вопросы, связанные с влиянием суперпластификатора С-3 и электролитов на формирование ячеистой структуры пенобетонных смесей, их стабильность и свойства пенобетонов, не дает однозначного ответа о совместимости этих модификаторов с различными пенообразователями. Более того, в этих источниках приводятся противоречивые данные.

Повышению стабильности пенобетонных смесей должны способствовать тонкодисперсные наполнители, которые, благодаря высокой удельной поверхности, способны переводить часть свободной воды в пленочное состояние. Лучшими в этом отношении являются карбонатные порошки, активно взаимодействующие с суперпластификатором С-3 и пенообразователями, являющимися анионными поверхностно-активными веществами. Этим требованиям отвечает карбонатный шлам химводоочистки.

Изложенные выше соображения положены в основу рабочей гипотезы диссертационного исследования.

Научная новизна:

— установлено, что суперпластификатор С-3, а также поташ, сульфат натрия, хлорид натрия и тринатрийфосфат не оказывают существенного влияния на величину поверхностного натяжения водных растворов пенообразователей и качество пен из нихв присутствии хлорида кальция поверхностное натяжение увеличивается примерно на 15%;

— выявлена несовместимость хлорида кальция с пенообразователями Пе-ностром, ПО-ЗНП, ПО-6НП, ПО-6НП-М и ПО-ПБ-1, выразившаяся в отсутствии вспенивания водных растворов этих пенообразователейрастворы Ареком-4 и ПБ-2000 с хлоридом кальция пены образовывали;

— выявлено неоднозначное влияние суперпластификатора С-3 и электролитов на протекание экзотермических процессов на начальной стадии гидратации в цементном тесте, содержащем различные пенообразователи;

— определены сочетания суперпластификатора С-3 с электролитами, обеспечивающие ускорение твердения пенобетона в естественных условиях.

Практическая значимость работы:

— сконструирован, изготовлен и проградуирован механический склерометр для контроля распалубочной прочности пенобетона, твердеющего в естественных условиях;

— в непластифицированных пенобетонах на основе пенообразователя ПБ-2000 в качестве ускорителей твердения в ранние сроки могут быть использованы сульфат натрия, поташ и хлорид кальцияв пластифицированных пенобетонах ускорение твердения в этот период обеспечивают сульфат натрия и поташ, однако, последний значительно понижает прочность в нормативном возрасте;

— выявлена эффективность замены части цемента шламом химводоочист-ки, проявившаяся в улучшении стабильности пенобетонных смесей и повышении прочности пенобетона в ранние сроки твердения;

— разработаны составы пеношламобетонов, модифицированных суперпластификатором С-3 и сульфатом натрия, и технологическая схема производства изделий из них.

Внедрение результатов работы: С мая 2005 г. на технологической линии ООО «Донземстрой» (г. Ростов-на-Дону) осуществляется производство теплоизоляционных и конструкционнотеплоизоляционных изделий из пенобетонов, модифицированных сульфатом натрия. На декабрь 2005 г. объем выпущенной продукции составил 1450 м³. На защиту выносятся:

— результаты исследования влияния суперпластификатора С-3 и электролитов на качество пен, получаемых из растворов различных синтетических пенообразователей;

— параметры экзотермических процессов в цементном тесте, содержащем пенообразователи, суперпластификатор С-3 и электролиты в различных сочетаниях;

— составы пено — и пеношламобетонов, модифицированных суперпластификатором С-3 и электролитами;

— технология производства изделий из конструкционно-теплоизоляционных и теплоизоляционных пеношламобетонов, модифицированных суперпластификатором С-3 и электролитами;

— результаты производственного внедрения разработанных рекомендаций.

Достоверность полученных результатов подтверждена применением современных методов исследований и стандартных методик, статистической обработкой полученных результатов, обеспечивающей доверительную вероятность 0,95 при погрешности измерений не более 10%, и опытно-промышленной проверкой результатов исследований.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались:

— на Международных научно-практических конференциях «Строительство» 2001;2005 гг., РГСУ, г. Ростов-на-Дону;

— Международном студенческом форуме «Образование, наука, производство» 2002 г., БелГТАСМ, г. Белгород;

— Международной научно-практической конференции «Современные технологии в промышленности строительных материалов и стройиндустрии» 2005 г., БГТУ им. В. Г. Шухова, г. Белгород.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 14 печатных работ. Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 6 глав, списка использованных литературных источников из 140 наименований и приложения.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ.

1. Суперпластификатор С-3 и электролиты не оказывают существенного влияния на поверхностное натяжение растворов пенообразователей. Исключением в этом отношении является хлорид кальция, повысивший поверхностное натяжение водного раствора пенообразователя ПО-6НП на 15%.

2. Суперпластификатор С-3 не ухудшает качества пен, а в отдельных случаях даже повышает пенообразующую способность растворов пенообразователей. Влияние электролитов на свойства пен в сочетании с различными пенообразователями неоднозначно:

— поташ, ТНФ и сульфат натрия со всеми пенообразователями образуют стойкие пены мелкопористой структуры;

— хлорид кальция образует пену только с пенообразователями Аре-ком-4 и ПБ-2000; во всех остальных случаях пену с этим электролитом получить не удалось.

3. Измерениями температур экзотермических процессов в цементном тесте в первые сутки установлено, что суперпластификатор С-3 сам по себе более чем в два раза увеличивает продолжительность индукционного периода, не влияя существенно на параметры последующих стадий тепловыделения.

4. Примененные в исследовании пенообразователи (кроме ПО-6НП-М) увеличивают продолжительность индукционного периода твердения цементного теста в меньшей мере, чем С-3, незначительно изменяя остальные параметры экзотермических процессов (температурный максимум, общее тепловыделение и его скорость и др.) в сравнении с контрольным составом. Только ПО-6НП-М увеличил продолжительность индукционного периода (с 2 до 8 ч) и время достижения температурного максимума (с 10 до 13,8 ч).

5. Совместное влияние С-3 и пенообразователей на тепловыделение цементного теста в период достижения температурного максимума не подчиняется правилу аддитивности, т. е. эффект от совместного их действия меньше суммы эффектов от каждого из них. При этом больший вклад в замедление тепловыделения во всех случаях вносит суперпластификатор С-3.

6. Влияние электролитов на экзотермические процессы в цементном тесте, содержащем пенообразователи и С-3, неоднозначно. Все электролиты, за исключением тринатрийфосфата, в большей или меньшей мере ослабляют негативное действие пенообразователей и С-3 на эти процессы.

7. Установлено, что в непластифицированных пенобетонных смесях на основе ПБ-2000 схватывание и твердение ускоряют сульфат натрия, поташ и хлорид кальция. К 28-суточному возрасту прочность пенобетонов с электролитами выше, чем контрольного (без электролитов).

8. В пластифицированном пенобетоне на основе ПБ-2000 схватывание может быть ускорено только с сульфатом натрия. ТНФ, замедляя гидратацию цемента в первые сутки, в дальнейшем эффективнее всех других электролитов ускоряет твердение и повышает прочность пенобетона в нормативном возрасте. Хлорид кальция в течение всего периода твердения оказывал сильное тормозящее действие на твердение бетона. Такое же действие, хотя и менее выраженное, оказал поташ. В связи с этим хлорид кальция и поташ не могут быть рекомендованы в качестве добавок совместно с суперпластификатором С-3 в пенобетонах, поризованных ПБ-2000.

9. Стабильность пенобетонных смесей может быть повышена при замене цемента шламом химводоочистки в количестве до 20%. При этом в пенобетоне формируется равномерно распределенная мелкоячеистая пористость.

Ю.Прочность пеношламобетона может быть значительно повышена за счет модифицирования его суперпластификатором С-3 и сульфатом натрия. В пеношламобетоне марки по плотности Д700 при содержании этих добавок в количестве соответственно 0,5 и 2% от массы цемента водосодержание смеси уменьшилось на 45%, а прочность повысилась на 94%.

1 ¡-.Разработана технологическая схема и определена технико-экономическая эффективность производства изделий из модифицированного пе.

3 и ношламобетона. При годовой производительности 20 000 м изделии экономический эффект составляет 2298 тыс. р., или 114,9 р/м .