Л.А. УРХАНОВА, А.Ж. ЧИМИТОВ, кандидаты техн. наук (Восточно-Сибирский государственный технологический ун-т, Улан-Удэ), ГАЗОБЕТОН НА ОСНОВЕ АКТИВИРОВАННЫХ ВЯЖУЩИХ ВЕЩЕСТВ
Исходя из прогнозных оценок спроса и предложения по основным видам строительных материалов и конструкций на период до 2010 г. и последующие годы, наибольший интерес для строительной индустрии Республики Бурятия представляет производство эффективных стеновых материалов с использованием местных минеральных ресурсов. В этом случае развитие производства и применения ячеистых бетонов позволит существенно снизить стоимость строительства, его трудоемкость и энергозатратность при одновременном повышении долговечности, качества и экологичности домов в суровых климатических условиях.
Авторами проведены исследования газобетона автоклавного и неавтоклавного твердения на основе активированных известково-кремнеземистых вяжущих (ИКВ), полученных совместным измельчением негашеной извести и кремнеземистого компонента до различной степени дисперсности. Для получения ИКВ и газобетона на его основе были использованы природные и техногенные силикатные и алюмосиликатные материалы Забайкалья: перлиты и цеолиты
Мухор-Талинского месторождения, зола-унос Улан- Удэнской ТЭЦ-1, кварц-полевошпатовый песок. Химический состав сырьевых материалов представлен в табл.1.
Проведенные исследования показали, что повышение эксплуатационных свойств газобетона и снижение затрат на его получение может быть достигнуто путем предварительной обработки вяжущих веществ в аппаратах с высокой энергонапряженностью и интенсивностью, что обусловливает повышение реакционной способности компонентов. Реакционная активность порошкообразного сырья зависит от формы, размеров, характера поверхности частиц, зернового состава дисперсной системы, которая, в свою очередь, определяется, характером воздействия на измельчаемый материал.
С помощью электронно-микроскопического анализа удалость установить закономерности изменения морфологии частиц исходных сырьевых материалов алюмосиликатного состава в зависимости от способа измельчения и определить влияние морфологии частиц на свойства активированных вяжущих композиций. Анализ зависимости морфологии частиц от способа измельчения показал, что при измельчении материалов на стержневом виброистира- теле образуются более тонкие, плоские и окатанные зерна, форма которых отличается, а содержание мелких фракций значительно выше, по сравнению с ударно-истирающей активацией (рис.1). Теоретический расчет величины аккумулируемой в обрабатываемых материалах энергии показал, что ее поглощение в алюмосиликатных материалах вследствие истирающих воздействий больше, чем в результате удара и сжатия. Это обусловливает более высокую степень гидратации и прочность ИКВ.
Известно, что качество, долговечность и теплозащитные свойства изделий из ячеистых бетонов зависят от их макроструктуры [1]. При определении технологических режимов производства газобетона важно определить такие параметры, которые обеспечивают получение материала с наиболее качественной макроструктурой.
Были проведены многофакторные эксперименты по подбору составов газобетона автоклавного и неавтоклавного твердения, обеспечивающие качественную макроструктуру бетона. При определении оптимальных составов и режимов изготовления исследовали влияние следующих технологических факторов, которые оказывают решающее влияние на качество и свойства газобетона: оптимальное соотношение кремнеземистого компонента и вяжущего в смеси, активность (содержание активных оксидов СаО) вяжущего, текучесть растворной смеси и соответствующего ей водотвердого отношения, количество добавки-порообразователя. В результате оперирования данными факторами можно выйти на качественную структуру и хорошие строительно-технические свойства газобетона. Силикатная масса состояла из активированного ИКВ, золы-уноса с различной степенью дисперсности и песка в качестве заполнителей. Газообразующей добавкой служила алюминиевая пудра марки ПАП-1, депарафинированная сульфанолом, с содержанием активного алюминия 82% и тонкостью помола 500...600 м2/кг.
Решающее значение в формировании макроструктуры газобетона имело условие приготовления известково-кремнеземистого вяжущего. Для получения высокопрочного газобетона с качественной макроструктурой оптимальная активность вяжущего лежала в пределах 16...23% , удельная поверхность - 400...450 м2/кг (рис. 2, 3).
Несмотря на снижение плотности газобетона, повышение активности сверх этих значений оказывает отрицательное влияние на структурообразование.
Использование вяжущего с повышенной активностью значительно ускоряет процесс схватывания - конец схватывания бетона заканчивается через 30...40 мин. При этом в бетоне развивается температура 95...97°С. Быстрое схватывание сырца препятствует образованию равномерно распределенных сферических частиц в макроструктуре бетона. С помощью оптической микроскопии (микроскоп МБИ-8) обнаружена неоднородность макроструктуры и наличие ячеек неправильной формы.
Отклонение тонкости помола от оптимального значения, кроме неравномерности размера ячеек по толщине изделия, способствует образованию бесформенных и крупных ячеек.
Анализ результатов по определению оптимального В/Т -отношения для получения газобетона подтвердил известный факт влияния водотвердого отношения на прочность и плотность бетона: с увеличением В/Т прочность и плотность снижаются. При марке газозолобетона на основе известково-перлитового вяжущего М35 оптимальным является водотвердое отношение, равное 0,40...0,45. Понижение расхода воды приводит к повышению прочности бетона и его средней плотности. Повышение содержания воды в силикатной массе ухудшает прочностные свойства ячеистого бетона за счет увеличения капиллярной пористости вяжущего, что объясняется деструктивными процессами при паровыделении из массы в камере ТВО. Установлено отрицательное влияние капиллярной пористости на прочностные и усадочные свойства газобетона. Кроме того, повышение В/Т сверх оптимального значения, т.е. уменьшение вязкости раствора и замедление процесса его схватывания, приводит к ложному кипению (газо- выделение опережает схватывание), что вызывает нарушение структуры материала. Следовательно, с целью получения высокопрочного бетона необходимо работать на жестких смесях с использованием вибрационной технологии.
Основные строительно-технические свойства газобетона представлены в табл.2. Получен ячеистый бетон автоклавного и неавтоклавного твердения на основе активированных известково-перлитового и известково-зольного вяжущих с марками по прочности: М35, М50, М75 и марками по плотности Д700, Д800, Д900, Д1000.
Известно, что параметры пор в структуре газобетона влияют на теплозащитные свойства материала при его низкой влажности и соответственно на другие свойства: на равновесную влажность, гигроскопичность, водопоглощение, морозостойкость, а главное - на долговечность газобетона.
Для получения равномерно распределенных пор сферического характера в структуре газобетона растворную смесь подвергали обработке ультразвуком с помощью ультразвукового диспергатора УЗДН- А, рабочая частота генератора и излучателя которого составляет 22±1,65 кГц. Электрические колебания частотой 22 кГц, генерируемые транзисторным генератором блока питания, преобразуются пьезострик- ционным преобразователем излучателя в механические упругие колебания соответствующей частоты, которые воздействуют на диспергируемую среду. Время и интенсивность облучения обусловливают различную степень диспергации обрабатываемого материала.
Характеризуя структуру газобетона, обработанного ультразвуком, необходимо отметить увеличение количества мелких пор (на световом микроскопе МБИ-8) диаметром 0,5...0,7 мм с высокой степенью однородности: от 35...40% (бетон без обработки) до 50...55% при средней плотности бетона неавтоклавного твердения 900 кг/м3 (рис. 4). При этом происходит снижение коэффициента теплопроводности газобетона от 0,169...0,170 Вт/(м °С) до 0,145...0,146 Вт/(м °С).
Были исследованы усадочные деформации и теплопроводность полученных бетонов. Стабилизация усадочных процессов у газобетонов автоклавного и неавтоклавного твердения на механоактивированном вяжущем наступает после 120...130 сут хранения. Изменение коэффициента теплопроводности (X, Вт/(м-°С)) лежит в расширенных пределах: 0,135...0,140 при средней плотности 800 кг/м3; 0.132...0.135.при 750 кг/м3; 0,125...0,132 при 700 кг/м3 и 0,118...0,125 при 600 кг/м3.
Выполнен расчет энергетических затрат на производство стеновых блоков на основе ячеистых бетонов оптимальных составов. Расчеты выполнялись по стандартным методикам [2], были использованы ранее определенные термодинамические константы эффузивных пород, теплоты гидратации извести и образования соединений. В приходной части теплового баланса в период изотермической выдержки учитывалась энергия экзотермического эффекта от взаимодействия Са(ОН)2, кремнеземистого компонента и воды с образованием новых гидратных соединений. Энергия экзотермического эффекта определялась расчетным путем с учетом фазового состава новообразований, сформировавшихся к концу данного этапа ТВО. При расчетах учитывалось, что фактический расход пара в производстве обычно превышает теоретический на 30...40%. Расход пара для производства изделий на основе газобетона автоклавного твердения составил 220...230 кг, для изделий неавтоклавного твердения - 160...170 кг. Переход на неавтоклавное твердение приводит к экономии энергозатрат на выпуск стеновых блоков в среднем на 25...30 %, снижая себестоимость их производства при равных показателях физико-механических свойств.
Бетон и железобетон, 2008 №2