Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние вопроса 9
1.1. Применение ячеистых бетонов в строительстве 13
1.2. Способы формирования пористой структуры ячеистых бетонов 18
1.3. Вяжущие вещества для ячеистых бетонов 31
1.4. Выводы 38
2. Методы исследования и применяемые материалы 40
2.1. Методы исследования 40
2.1.1. Методы изучения состава и структуры сырьевых компонентов и ячеистых бетонов 40
2.1.2. Методика получения лабораторных образцов и определение физико-механических и теплотехнических характеристик вяжущих и бетонов на их основе 42
2.2. Характеристика применяемых материалов 45
2.3. Выводы 52
3. Разработка композиционных вяжущих для производства неавтоклавных газобетонов 53
3.1. Изучение процессов помола композиционных вяжущих и их компонентов 53
3.2. Анализ гранулометрического состава полученных композиционных вяжущих 71
3.3. Реологические характеристики суспензий композиционных вяжущих 80
3.4. Свойства композиционных вяжущих в зависимости от состава 84
3.5. Зависимость гидратации клинкерных минералов от вида активной кремнеземсодержащей добавки 86
3.6. Исследование влияния кремнеземсодержащих добавок на структуру композиционных вяжущих 91
3.7. Выводы 104
4. Газобетоны на композиционных вяжущих 107
4.1. Выбор газообразователя 107
4.2. Реологические свойства системы
«газообразователь — композиционное вяжущее — вода»
в зависимости от дозировки суперпластификатора Полипласт СП-1 109
4.3. Исследование влияния В/Т, количества извести, газообразователя и вида наполнителя на среднюю плотность и прочность газобетонов на композиционных вяжущих 112
4.4. Выводы 131
5. Разработка технологии газобетона на композиционном вяжущем 132
5.1. Изучение свойств газобетона
на композиционном вяжущем 132
5.1.1. Средняя плотность и прочность 132
5.1.2. Морозостойкость и водопоглощение 133
5.1.3. Теплопроводность 134
5.1.4. Усадочные деформации при высыхании 134
5.1.5. Паропроницаемость 136
5.1.6. Исследование макроструктуры газобетона
на композиционном вяжущем 137
5.2. Технологическая схема производства блоков мелких стеновых из неавтоклавного газобетона на композиционном вяжущем 141
5.3. Применяемое технологическое оборудование 145
5.4. Конструктивное решение наружных стен с использованием газобетона на композиционном вяжущем
5.4.1. Конструктивные решения наружных однослойных стен 148
5.4.2. Конструктивное решение наружных многослойных стен с применением газобетонных блоков, кирпича и монолитного бетона... 150
5.5. Теплотехнический расчет ограждающих конструкций с использованием газобетона на композиционном вяжущем 150
5.6. Выводы 158
6. Опытно-промышленные испытания и расчет экономической эффективности производства неавтоклавного газобетона на композиционном вяжущем 159
6.1. Опытно-промышленные испытания 159
6.2. Расчет экономической эффективности производства неавтоклавного газобетона на композиционном вяжущем 159
6.3. Выводы 165
Общие выводы 166
Список литературы
- Способы формирования пористой структуры ячеистых бетонов
- Методика получения лабораторных образцов и определение физико-механических и теплотехнических характеристик вяжущих и бетонов на их основе
- Зависимость гидратации клинкерных минералов от вида активной кремнеземсодержащей добавки
- Исследование влияния В/Т, количества извести, газообразователя и вида наполнителя на среднюю плотность и прочность газобетонов на композиционных вяжущих
Введение к работе
Актуальность. Концепция долгосрочного социально-экономического развития Российской Федерации на период до 2020 года предусматривает повышение доступности энергоэффективного жилья гражданам РФ. Реализация государственной жилищной политики предполагает развитие строительного комплекса и производства строительных материалов, изделий и конструкций с применением инновационных, в том числе энергосберегающих технологий.
Решение вопроса энергоэффективности зданий возможно с применением высокопоризованных материалов, полученных с использованием композиционных вяжущих (KB) и газобетонных смесей на их основе с заданной эффективной вязкостью, применение которых обеспечит возведение ограждающих конструкций с оптимальными технико-экономическими показателями.
Работа выполнена в рамках задания Федерального агентства по
образованию на проведение научных исследований по тематическому
плану научно-исследовательских работ 1.01.05 «Управление процессами
структурообразования цементного камня при синтезе
высокоэффективных ячеистых бетонов».
Целью работы является получение энергосберегающих неавтоклавных газобетонов на композиционных вяжущих с улучшенными характеристиками.
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
- разработка композиционных вяжущих с учетом особенностей
формирования структуры ячеистых бетонов для производства
энергосберегающего материала;
- оптимизация технологических параметров неавтоклавного
газобетона на разработанных вяжущих с использованием метода
математического планирования эксперимента;
- разработка технологии производства неавтоклавных
газобетонов на композиционных вяжущих;
- разработка нормативных документов на производство и
применение неавтоклавных газобетонов на композиционных вяжущих.
Внедрение результатов исследований.
Научная новизна работы. Предложены принципы проектирования неавтоклавного газобетона для производства энергосберегающих ограждающих конструкций с учетом использования композиционных вяжущих, заключающиеся в оптимизации процесса структурообразования матрицы композита за счет интенсификации процессов гидратации клинкерных минералов, что позволяет получать
композиционное вяжущее с прочностью на сжатие не менее 90 МПа и неавтоклавный ячеистый бетон на его основе с улучшенными характеристиками.
Установлена возможность повышения эффективности неавтоклавного газобетона за счет регулирования коллоидно-химических свойств смеси, позволяющая увеличить эффективную вязкость раствора, что способствует предотвращению прорывания газовых пор и оптимизации макроструктуры.
Выявлены зависимости подвижности газоцементных систем от вида и содержания вяжущего, что позволяет управлять процессом газообразования и реологическими свойствами в системе «газообразователь — композиционное вяжущее — вода» и способствует получению заданных напряжений сдвига смеси с оптимальным отношением суперпластификатора к цементу.
Установлен характер кинетики помола и распределения частиц композиционных вяжущих по размерам, измельченных в центробежном агрегате с параллельными помольными блоками (ЦА ППБ), свидетельствующий о смещении максимума из области крупных размеров частиц в область средних и увеличении количества мелких частиц, что приводит к полидисперсному распределению компонентов вяжущего, обеспечивая интенсификацию процессов гидратации.
Получены математические модели зависимости физико-механических характеристик неавтоклавного газобетона на основе композиционных вяжущих от технологических параметров (В/Т, количества извести и газообразователя, вида наполнителя), что позволяет управлять процессом производства газобетонов и оптимизировать технологический процесс.
Практическая значимость. Предложены составы
композиционных вяжущих для неавтоклавных газобетонов с оптимальным содержанием клинкерной составляющей 70 % с обеспечением прочности на сжатие не менее 90 МПа. Использование отсева дробления перлита позволило получить экономию клинкерной составляющей в композиционном вяжущем без снижения его активности.
Разработаны составы неавтоклавных газобетонов, позволяющие изготавливать ячеистый бетон с маркой по средней плотности D500, прочностью на сжатие до 3 МПа, теплопроводностью до 0,1 Вт/м-С с возможностью его применения в качестве конструкционно-теплоизоляционного материала для возведения ограждающих конструкций в энергосберегающем малоэтажном домостроении.
Разработаны технологии производства композиционных вяжущих и неавтоклавных газобетонов на их основе.
Внедрение результатов исследования. Апробация полученных
результатов в промышленных условиях осуществлялась на
предприятиях ООО «ПромИндустрия», 000 «Экостройматерналы»
Белгородской области. Неавтоклавный газобетон на основе
композиционных вяжущих применен при строительстве
индивидуальных жилых домов.
Для внедрения результатов научно-исследовательской работы разработаны нормативные и технические документы:
стандарт организации СТО 02066339-008-2009 «Композиционное вяжущее для неавтоклавных ячеистых бетонов»;
технологический регламент на производство блоков стеновых мелких из ячеистого бетона на предприятии ООО «ПромИндустрия»;
рекомендации по производству неавтоклавного ячеистого бетона на композиционных вяжущих.
Теоретические положения и результаты экспериментальных исследований, полученные при выполнении диссертационной работы, используются в учебном процессе при подготовке бакалавров и магистров по направлению «Строительство» и инженеров по специальности 270106 «Производство строительных материалов, изделий и конструкций».
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих Международных конференциях: Юбилейная научно-практическая конференция «Строительство-2009» (Ростов-на-Дону, 2009); XI Международная научно-практическая конференция «Проблемы энергосбережения и экологии в промышленном и жилищно-коммунальном комплексах (Пенза, 2010); Международная научно-техническая конференция «Композиционные строительные материалы. Теория и практика» (Пенза, 2010).
Публикации. Результаты исследований, отражающие основные положения диссертационной работы, изложены в восьми научных публикациях, в том числе в трех статьях в изданиях, входящих в перечень ВАК РФ. Подана заявка на патент per. № 2010110776, приоритет от 22.03.2010 г.
На защиту выносятся:
принципы оптимизации неавтоклавных газобетонов на композиционных вяжущих;
параметры процесса помола композиционных вяжущих, измельченных в центробежном агрегате с параллельными помольными блоками;
- математические модели зависимости физико-механических
характеристик неавтоклавного газобетона на композиционных вяжущих
от технологических параметров;
составы композиционных вяжущих на цементной и клинкерной основах, прочностью до 90 МПа;
составы неавтоклавных газобетонов на основе композиционных вяжущих для ограждающих энергоэффективпых конструкций;
- технологии производства композиционных вяжущих и
неавтоклавных ячеистых бетонов на их основе;
- результаты опытно-промышленной апробации.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, шести глав, выводов, списка литературы из 187 наименований и 7 приложений. Общий объем диссертации 195 страниц машинописного текста, включающих 68 рисунков, 46 таблиц, 10 страниц приложений.
Способы формирования пористой структуры ячеистых бетонов
Заслуживают внимания результаты исследования 11 различных видов газообразователей, выпускаемых в 7 европейских странах (в том числе алюминиевая пудра ПАП-2, Россия), которые проводились в производственных условиях завода ячеистых материалов в г. Братиславе (Чехия). Установлено, что наилучшие результаты достигаются в случае использования алюминиевого газообразователя в.виде паст. В частности, наилучшие показатели получены при использовании алюминиевого газообразователя AIBO 542 (в виде пасты) завода ZEVETA (Бойковице, Чехия), который характеризовался следующими- качественными показателями: содержание сухого вещества не менее 58 %; летучих - не более 42 %; активного металла - не менее 55 %; остаток на сите 0,063 мм -3...12 % (при концентрации пасты - 60 %); активность - не менее 90 % газообразователя в» среде насыщенного раствора Са(ОН)2 при t = 45С должно прореагировать за 15 мин; устойчивость водной суспензии - не менее 48 ч; полная смачиваемость в воде без применения гидрофильных добавок. Определение перечисленных показателей предусмотрено и выполняется в соответствии со стандартом GSN 420895 (Чехия). Использование в качестве газообразователя алюминиевой пасты AIBO 542 позволило снизить среднюю плотность ячеистого бетона с 550 до 525 кг/м3 без снижения прочностных показателей [22].
Целесообразнее использовать алюминиевую пасту, которую получают смешиванием алюминиевой пудры с водным раствором, например, сульфанола (віл раствора содержится 25 г сульфанола) при соотношении 1:1. При взаимодействии пудры с Са(ОН)2, который образуется в процессе взаимодействия силикатов цемента с водой или же специально вводится в формовочную массу, образуется водород: 2АІ + ЗСа(ОН)2 + 6Н20 = ЗСаО А1203 6Н20 + ЗН21. Интенсивность реакции зависит от степени дисперсности пудры и чистоты поверхности ее частиц, температуры и щелочности среды (35...45С). Чем больше удельная поверхность пудры, чище поверхность ее частиц, выше температура смеси (в определенных пределах), щелочность среды, тем полнее протекает реакция и больше выделяется газа. Скорость газовыделения можно-замедлять (например, при снижении температуры смеси или введении в нее сильных окислителей, например, азотной кислоты) и увеличивать путем введения в массу NaOH (0,5 % Ц), молотого активированного угля, ферросилиция или вибрации смеси. NaOH также взаимодействует с алюминиевой, пудрой и при этом выделяется дополнительное количество водорода: 2А1 + 6NaOH + пН20 = 3Na20 А1203 пН20 + Ж2\. При. вибрировании» смеси происходит непрерывное обновление поверхности соприкосновения" реагирующих веществ, что способствует ускорению процесса газовыделения.
Возможно в качестве газообразователя использование перекиси водорода (пергидроля), который в щелочной среде и при нагревании выделяет кислород: 2Н202 - 2Н20 + Otf. Однако этот газообразователь практически не используется по причине непостоянства свойств и опасности при работе с ним.
В.НИИСМИ (г. Киев) разработан газообразователь с регулируемой скоростью- образования массы газа, представляющий собой смесь алюминиевой- пудры и дисперсного ферросилиция. Каждый компонент смеси является газообразователем, но имеет собственную скорость газообразования и абсолютную массу полученного газа [23]. Реакция взаимодействия ионов силиция со щелочными компонентами смеси протекает медленнее, чем ионов алюминия, а суммарная скорость образования массы водорода у комплексного газообразователя ниже, чем скорость образования той же массы газа у алюминиевой пудры. Ферросилиций в составе вспучивающего вещества назван газообразователем второго действия. Соотношение алюминиевой пудры ПАП-1 и дисперсного ферросилиция ФС-75 находится в пределах от 1:4 до 1:1. Общий расход комплексного газообразователя. 0,25...0,86 кг на 1 м3 бетона плотностью 500І..800;КГ/М .
При газообразовании с использованием алюминиевой пудры получается неоднородная по высоте пористая структура бетона с большим объемом, сообщающихся пор (до 50 %); а также наблюдается, определенная технологическая сложность при использовании, пудры для приготовления газобетона (специальный .порядок введения пудры в смесь при ее перемешивании, смесь должна, иметь строго требуемую температуру ш достаточную щелочность, сложность управления- процессом газовыделенияшосле введения пудрььвїсмесь); Пудра: в качестве газообразователя; имеет ряд существенных недостатков:: гидрофобность,, высокая степень пыления; взрывоопасность, неудовлетворительные санитарно-гигиенические: условия: труда. Производители порошковой: металлургии- проводят, контроль таких показателей; как кроющая способность на воде,- составі т количество-примесей; количество жиров, что является определяющим для. лакокрасочных заводов,, но- не проводят контроль и анализ наиболее важных показателей для производителей ячеистого бетона - кинетики газовыделения, содержания- активного алюминия; Многолетняя: практика; показала низкую эффективность подбора газообразователя на основании существующих паспортных данных - их явно недостаточно: Таким образом; отечественные: производители ячеистого бетона стали формировать требования, к новому виду сырья - специализированному газообразователю. Принята программа по разработке и внедрению новой? линейки отечественных газообразователей Г — алюминиевых паст марок «їїазобетолайт», «Казобетолюкс» и «Газобетопласт» [24].
Методика получения лабораторных образцов и определение физико-механических и теплотехнических характеристик вяжущих и бетонов на их основе
Так, наибольшую начальную удельную поверхность имеет турецкий белый цемент (610 м /кг), однако эффективный процесс помола наблюдается до 90-й минуты, а дальнейший процесс помола приводит к снижению эффективности процесса измельчения в результате налипания на мелющие тела мельчайших частиц цемента и агрегирования их между собой. При этом мелющие тела и внутренняя поверхность мельницы покрываются довольно прочным слоем цемента, что снижает кинетическую энергию удара мелющих тел, увеличивает трение и повышает температуру материала в мельнице. Агрегирование при тонком измельчении выражается в образовании из мельчайших частиц кластеров (пластинок, комочков), и это приводит к значительному уменьшению удельной поверхности готового продукта. При гидратации агрегаты ведут себя как одна крупная частица, уменьшая тем самым скорость взаимодействия цемента с водой. Наименьшей начальной удельной поверхностью обладает Белгородский портландцемент (390 кг/м2), и в процессе помола его удельная поверхность не превышает значения 550 кг/м2.
Эффективность помола как у Старооскольского, так и у Себряковского портландцементов примерно одинакова, хотя начальные удельные поверхности (Sya = 470 м /кг и Sya = 380 м /кг соответственно) значительно различаются.
Все цементы в разной степени реагируют на введение суперпластификатора. Так, введение суперпластификатора при помоле Белгородского цемента увеличивает его удельную поверхность почти в два раза, а при помоле Себряковского и турецкого белого цемента не оказывает практически никакого влияния.
Клинкер + 1 % Полипласт СП-1 Характер кривых кинетики помола клинкера (рис. 3.3) показывает, что он размалывается легче, чем портландцемент, так как удельная поверхность, достигнутая при помоле клинкера в течение 150 мин-, значительно превышает удельную поверхность портландцемента; при одинаковых условиях помола. Введение- суперпластификатора ускоряет процесс помола клинкера. Анализ, процесса помола, в том. числе и действие добавок, по изменению кинетических констант этого; процесса производился по уравнениям (3.1) и (3:2) [136]. Причем изменение начальной скорости: процесса- связано с адсорбционным понижением прочности частиц материала, а коэффициент торможения» — со вторичной агрегацией наиболее.мелких частиц. Экспериментальные данные по кинетике помола Белгородского; Єтарооскольского, Сёбряковского;и турецкого белого портландцементов и клинкера без суперпластификатора; и с, ним в количестве Г % от массы; вяжущих представлены в табл. 3:2.
Клинкер (Белгородский) + 1 % Полипласт СП-1 7,54 0,0008 0,8469 Сравнение кинетических констант помола различных видов; портландцемента без добавки и с добавкой (табл. 3.2) показало, что наибольшей: начальной скоростью помола обладает Себряковский цемент, что- можно объяснить наименьшей удельной поверхностью среди представленных цементов, но при этом у него сравнительно; высокий коэффициент торможения к, = 0,0023 кг/м . Начальная скорость помола турецкого белого цемента самая низкая 0,92 м2/(кг-мин)) и коэффициент торможения самый! большой {kt — 0-0025кг/м2), что вполне объяснимо очень высокой начальной удельной поверхностью, вследствие чего его быстрый размол: до более высоких показателей невозможен. И, как видно из рис. 3.2, приегошомоле значительного увеличения; удельной поверхности не произошло..
На: введение суперпластификатора?/цементы реагируют по-разному., Так,, по? результатам- расчетов. видно; введение: добавки при помоле . Себряковскогсн цемента снижает начальную? скорость помола т увеличивает коэффициент торможения? в 2. раза;. Начальная скорость. турецкого белого цемента , увеличивается но при -этом- увеличивается т коэффициент торможения в?2 раза,.что-также:не оказывает существенного влияния на изменениеего удельной поверхности;.
При: помоле Белгородского и- Старооскольского цементов- с суперпластификатором происходит увеличение начальной скорости помола до/o = 4j94 м/(кк;мин) VL U0 = 3;24м /(кг-мин) соответственно, при этом: .снижается коэффициент торможения: до; kt = 0#0Г4 кг/м? и? kt.-= 0001 кг/м соответственно, что можно связать- со; способностью: молекул ПАВ? адсорбироваться; на микротрещинах и дислокациях на поверхности частиц, размалываемого материала, что сопровождается; их. расклинивающим действием, ускоряющим разрушение" материала: вс центробежном;агрегате. .
Причиной первоначального повышения; скорости? помола портландцементові вероятно, является особенность заводского: помола; клинкера в открытом цикле, при котором имеет место недоизмельчение наиболее твердых стекловидных составляющих (промежуточная фаза) и переизмельчение более легкоразмалываемых (кристаллические сростки силикатных минералов). При домоле с суперпластификатором Полипласт СП-1 ускоряется помол алюминатных стекловидных составляющих, имеющих положительный заряд поверхности и хорошо адсорбирующих частицы- суперпластификатора: В дальнейшем скорость снижается из-за более высокой дисперсности материала по сравнению с его домоломбез суперпластификатора.
Коэффициент торможения связан со снижением-в ходе помола-доли слабых частиц, а также со склонностью наиболее мелких фракций размалываемого материала ко вторичному агрегированию.
Наибольшую. начальную скорость помола имеет клинкер Uo = 6,94 м2/(кгмин) и-малый коэффициент торможения, (kt= 0,0014 кг/м2). Это объясняется- малой первоначальной удельной поверхностью и, пористой структурой.
Ввод суперпластификатора при помоле клинкера- вызывает увеличение - начальной скорости- помола до UQ - 7,54 м2/(кг-мин) и уменьшение коэффициента торможения/ nokt= 0,0008 кг/м2. Следовательно, наилучшей размолоспособностью обладает клинкер.
Обработка экспериментальных данных по уравнениям (3.1) и (3.2) показала, что результаты как для портландцементов, так и для" клинкера, лучше аппроксимируются уравнением, относящимся к процессам с интенсивным торможением (3.2), характеризующихся ростом удельного диффузионного сопротивления в процессах переноса, причиной которого при помоле являются вторичное агрегирование переизмельченных частиц и увеличение доли частиц с минимальным числом дефектов.
Зависимость гидратации клинкерных минералов от вида активной кремнеземсодержащей добавки
Спектральный анализ (рис. 3.29...3:31) показывает закономерное уменьшение Ga и одновременное количественное: повышение содержания Si и А1 в цементном; камне- на основе композиционных вяжущих, по сравнению: с бездобавочным цементнымкамнем.
Основными элементами являются: О, Si, Ga, А1,. следовательно, в процессе гидратации: образуются- оксиды- Si2, CaO; AI2O3. Содержание GaO в бездобавочномщементномкамне больше, чем в цементном камне на основе KB; при этом содержание GaO в. композиционном вяжущем уменьшается-в следующей последовательности: KB на основе перлита — опоки — трепела, в; то время; каш распределение- Si02 обратное:. KB? Hat; основе трепела — опоки — перлита. Значительно содержание оксидов:А1=
104 и Fe, что приводит к образованию дополнительных гидратных фаз — гидратов кальция и AFm-фаз.
Несмотря на однородность составов материалов, можно отметить значительные расхождения в абсолютных показателях (табл. 3.9, 3.10). Поэтому мы сделали попытку ограничиться только качественными характеристиками. Тем более, что в данном случае важно было установить наличие или отсутствие основных элементов.
Для описания процессов помола использовались уравнения теории переноса. Установлено, что изменение начальной скорости процессов связано с адсорбционным понижением прочности частиц материалов, а коэффициент торможения - с вторичной агрегацией наиболее мелких частиц.
Результаты как для портландцементов; так и для клинкера лучше аппроксимируются.уравнением, относящимся процессам с интенсивным торможением, характеризующихся ростом удельного дифференциального сопротивления в процессах переноса. Установлено, что воздействие суперпластификатора на помол цемента проявляется в большей степени при достаточном содержании алюминатов и нормальной удельной поверхности цемента (до 300- м /кг): Поэтому для получения композиционного вяжущего целесообразно применение цементов с высоким содержанием алюминатов, при- помоле которых достигается больший прирост удельной поверхности и прочности.
Проведен помол кремнеземсодержащих добавок для сравнения их размалываемости. Анализ кривых кинетики помола показал, что лучшей размолоспособностью обладают перлит и трепел.
Изучен процесс совместного помола цемента и минеральных наполнителей в присутствии суперпластификатора для получения композиционного вяжущего. Анализ результатов показал, что максимальная удельная поверхность и минимальный коэффициент торможения наблюдается у состава, состоящего из 70 % клинкер + гипс, 30 % перлита с добавкой Полипласт СП-1 (1 %).
Установлено, что после помола цементов с добавкой Полипласт СП-1 характер кривых гранулометрического состава материалов остается неизменным, наблюдается лишь сужение диапазона размеров частиц, а также перераспределение частиц по размерам. В целом отметим, что при введении суперпластификатора кривые сдвигаются в область меньших значений по сравнению с бездобавочным составом. Кривые зернового состава перлита, трепела и опоки имеют различный характер. По уменьшению крупности частиц кремнеземсодержащие добавки распределились в следующем порядке: перлит — опока —» трепел. Использование этих минеральных добавок внесло существенное изменение в зерновой состав вяжущего.
Все графики вяжущего на основе портландцемента имеют похожий вид с одним четким пиком в области крупных частиц; данная область смещается в сторону мелких частиц в порядке: перлит — опока — трепел.
При этом введение минеральных наполнителей (перлита, трепела, опоки) при помоле вяжущих на основе- клинкера смещает графики в область более мелких частиц; кривые имеют несколько ярко выраженных пиков, по сравнению с вяжущими на портландцементе.
3. Показано, что реологические кривые суспензий на основе цемента и клинкера имеют классический тиксотропный характер. Добавки наполнители, используемые в системах, увеличивают их тиксотропию по сравнению с бездобавочными составами. Заметно прослеживается следующая закономерность: в системах на клинкерной основе с добавлением наполнителей наблюдается увеличение эффективной вязкости, которая? объясняется ускорением процессов гидратации, что является положительным, так как формирование структуры ячеистого бетона происходит в первые минуты. Такие составы композиционных вяжущих позволят получать растворы с заданной эффективной вязкостью, способствующей предотвращению прорывания газовых пор.
Установлено, что введение суперпластификатора изменяет характер течения водогазоцементной суспензии: он снижает предел текучести практически до нуля, т.е. в системе вязкое течение начинается при очень малых градиентах скоростей сдвига. Существенное понижение напряжения сдвига при градиенте скорости сдвига большем 130... 140 с"1 вызвано седиментацией газоцементноводной суспензии под воздействием центробежных сил. Определено оптимальное процентное содержание суперпластификатора (1 %) для газоцементной системы «газообразователь - композиционное вяжущее - вода», имеющей низкое значение величины предельного напряжения сдвига.
Изучено методом РФА влияние вида минеральной добавки на прочностные свойства вяжущих и гидратацию клинкерных минералов. Результаты свидетельствуют, что в начальные сроки твердения более интенсивно гидратирует композиционное вяжущее с добавкой трепела. Однако к 28-ми суткам твердения наблюдаются значительные изменения между отражениями у алита и белита у композиционных вяжущих с опокой и перлитом по сравнению с композиционным вяжущим на трепеле. При этом, образец с добавкой перлита в 28 сут твердения показал лучшее усвоение аморфной составляющей с наиболее полной гидратацией клинкерных минералов; минералогический состав образца с добавкой перлита имеет оптимальное соотношение клинкерных минералов.
Исследование влияния В/Т, количества извести, газообразователя и вида наполнителя на среднюю плотность и прочность газобетонов на композиционных вяжущих
Условием процесса формирования пористой структуры материала является соответствие кинетики газовыделения изменению реологических свойств, массы, при этом невысокий показатель предельного напряжения сдвига при достаточно высокой вязкости - наиболее благоприятное сочетание реологических свойств. Если поровая; суспензия после газовыделения не будет обладать определенной- устойчивостью (структурной прочностью), то произойдет ее осадка, сопровождающаяся прорывом газа из массы. Є другой- стороны, если процесс схватывания будет опережать газовыделение, то процесс вспучивания пройдет не полностью и межпоровые перегородки будут пронизаны трещинами. Поэтому скорости процессов газовыделения и- изменения реологических свойств смесей должны быть строго сбалансированы.
Ячеистобетонные смеси относятся к пластично-вязким телам, которые обладают способностью к образованию пористой структуры и в зависимости от степени развития и прочности структурной сетки приближаются по своим физическим свойствам то к жидкости, то- к твердому телу. В практике такие свойства материалов обозначают пластичность, удобоукладываемость, вязкость и подвижность.
Реологические свойства смесей-вяжущего с водой:оказывают большое влияние на характер протекания таких технологических процессов как перемешивание смесей и транспортировка. А в технологии ячеистого бетона реологические свойства формовочной смеси также оказывают влияние на ход процесса поризации материала, поскольку в данном случае минимальное избыточное давление газа в зародышах пузырьков, при котором начнется вспучивание массива, связано с пределом текучести, а вязкость определит скорость вспучивания.
С целью исключения влияния газообразователя на изменение реологических свойств была рассмотрена тройная система «газообразователь - композиционное вяжущее - вода». Для составов композиционных вяжущих использовался суперпластификатор Полипласт СП-1.
В связи с этим, для разработки эффективных составов ячеистых бетонов были изучены реотехнологические свойства упруго-вязко-пластичных тел. Водоцементное (В/Ц) отношение во всех опытах было равным 0,4.
Выявлены зависимости подвижности газоцементных систем от вида и процентного содержания суперпластификатора Полипласт СП-1 (рис. 4.2). Как видно из рис. 4.2 введение суперпластификаторов в систему «газообразователь - композиционное вяжущее - вода» существенно изменяет характер ее течения.
Градиент скорости сдвига, с Рис. 4.2. Реограммы газоцементных смесей: — — газообразователь - ВНВ-70 (1 % Полипласт СП-1) - вода; — газообразователь - ВНВ-70 (0,14 % Полипласт СП-1) - вода; " — газообразователь - ВНВ-70 (0,7 % Полипласт СП-1) - вода; — газообразователь - ТМЦ-70 - вода
В газоцементноводной суспензии без добавки суперпластификатора при малых градиентах скорости сдвига (до 10 с"1) наблюдается участок вязкого течения с практически неразрушенной структурой — режим течения с максимальной пластической вязкостью. При дальнейшем увеличении градиента скорости сдвига до 80 с"1 суспензия проявляет псевдопластические свойства, что обычно обусловлено разрушением коагуляционной структуры дисперсии, распадом ее на более мелкие первичные частицы, что сопровождается освобождением иммобилизованной воды, заключенной в пустотах структурной ячейки, и падением вязкости [139]. В дальнейшем (при более высоких градиентах скоростей: сдвига) течение происходит с практически постоянной минимальной вязкостью полностью разрушенной структуры. Петля гистерезиса небольшая и имеет утолщение на участке псевдопластического течения. Участок соответствует градиенту скорости сдвига 10...80і с"1 и в, дальнейшем имеет примерно одинаковую ширину во всем диапазоне изменения градиентов скоростей сдвига до 150 с"1. Таким образом,. поведение течения свидетельствует о наличии тиксотропных свойств. Выявлено, что характер течения водогазоцементной суспензии сложный нелинейный вязкопластичный.
Введение суперпластификатора изменяет характер теченияг водогазоцементной суспензии, он снижает предел текучести практически до нуля, т.е. в системе вязкое течение начинается при очень малых градиентах скоростей сдвига.
Участок вязкого течения с практически неразрушенной структурой отсутствует. Вязкость системы существенно ниже в диапазоне градиентов скорости сдвига от 0 до 50 с"1, чем без добавки суперпластифиатора.
Существенное уменьшение напряжения сдвига при градиенте скорости сдвига, большем 130... 140 с"1, вызвано седиментацией газоцементноводной суспензии под воздействием центробежных сил. Это можно объяснить тем, что- дополнительное количество ранее иммобилизованной, воды, высвобожденное в результате введения суперпластификаторов, привело к потере структурной устойчивости системы при данной дисперсности твердой фазы. Подобный эффект может иметь место и при меньших градиентах скорости сдвига в случае более высокого В/Ц отношения, что имеет место при приготовлении ячеистобетонной смеси.
Установлены наименьшие значения предельного напряжения сдвига, по которым мы можем судить об оптимальном процентном соотношении суперпластификатора к цементу. При изучении реологических характеристик ранее нами использовалось варьирование содержания газообразователя в газоцементных системах. Установлено, что при увеличении дозировки . газообразователя область чисто упругих деформаций сокращается.
На основе полученных реограмм (рис. 4.2) установлено, что для газоцементной системы «газообразователь - композиционное вяжущее -вода», имеющей низкое значение величины предельного напряжения сдвига, оптимальное процентное содержание суперпластификатора 1 %.
Таким образом, выявленные зависимости подвижности газоцементных систем от вида- и содержания вяжущего способствуют получению заданных напряжений сдвига смесей с оптимальным отношением суперпластификатора к цементу и позволяют управлять процессом газообразования и реологическими свойствами- в системе «газообразователь - композиционное вяжущее - вода».