Неавтоклавний пінобетон на активованій розчинній складовій

Размещено на http://www.allbest.ru/

Одеська державна академія будівництва та архітектури

УДК.666.973.6

Неавтоклавний пінобетон на активованій розчинній складовій

05.23.05. Будівельні матеріали та вироби

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

Мартинова Олена Борисівна

Одеса 2005

Дисертацією є рукопис

Робота виконана в Одеській державній академії будівництва та архітектури Міністерства освіти і науки України.

Науковий керівник: доктор технічних наук, професор ВИРОВОЙ Валерій Миколайович, Одеська державна академії будівництва та архітектури, завідувач кафедри “Виробництво будівельних виробів та конструкцій”

Офіційні опоненти:

лауреат державної премії України в області науки і техніки, доктор технічних наук, старший науковий співробітник ЩЕРБАК Святослав Андрійович, Дніпропетровська державна академія будівництва та архітектури, м. Дніпропетровськ, завідувач відділом докторантури, аспірантури і магістратури

кандидат технічних наук, доцент БАБАЄВСЬКА Тетяна Вікторівна, Запорізька державна інженерна академія, м. Запоріжжя, кафедра промислового і цивільного будівництва

Провідна установа: Київський національний університет будівництва і архітектури, кафедра будівельних матеріалів, Міністерства освіти і науки України

Захист відбудеться “ 17 ” січня 2006 р. об 11⁰⁰ годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 41.085.01 Одеської державної академії будівництва та архітектури за адресою: 65029, м. Одеса, вул. Дідріхсона, 4.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Одеської державної академії будівництва та архітектури за адресою: 65029, м. Одеса, вул. Дідріхсона, 4.

Автореферат розісланий “ 14 ” грудня 2005 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради Д 41.085.01, канд. .техн. наук, доцент Макарова С.С.

пінобетон неавтоклавний розчинний

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Вітчизняний та зарубіжний досвід будівництва та експлуатації житлових, цивільних будинків та споруд показали ефективність використання в якості огороджуючих елементів ніздрюватих бетонів. Серед різноманіття ніздрюватих бетонів особливе місце слід віднести неавтоклавним пінобетонам. Це пов'язано з порівняно нескладною технологією їх виробництва, розповсюдженням сировинної бази та невисокою енергоємністтю. Відомо, що фізико-механічні та експлуатаційні властивості ніздрюватих матеріалів в значній мірі залежать від співвідношення твердої та газової фази, та властивостями твердої фази. Крім загального співвідношення твердої та газової складових відмічається, що властивості ніздрюватих матеріалів визначаються геометричними характеристиками розподілу твердої складової. Під ними розуміють протяжність та форму міжпорових перегородок. При незмінних геометричних параметрах розподілу твердої складової властивості ніздрюватих матеріалів являються функцією властивостей матеріалу твердої фази. В свою чергу, властивості твердої складової залежать від її складу, та технологічних умов отримання. Одною з важливих характеристик, яка визначає ефективність технології є початковий набір міцності пінобетону. Відомо, що для інтенсифікації кінетики структуроутворення мінеральних в'яжучих використовують хімічні домішки-прискорювачі, наповнювачі та фізико-механічні методи активації. Цільовий набір складових твердої фази та методів їх активації дозволять не тільки скоротити технологічний цикл при загальному підвищенню об'ємів виробництва, але і поліпшити властивості затверділого матеріалу. Тому науково-прикладні роботи спрямовані на інтенсифікацію технологічного режиму та поліпшення експлуатаційних властивостей неавтоклавних пінобетонів слід вважати своєчасними та актуальними.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами.

Робота виконана згідно з пріоритетними напрямками розвитку науки і техніки до 2006 року визначені в Законі України від 11 липня 2001 р. №2623-III “Про пріоритетні напрямки розвитку науки і техніки” напрямок №6 “Новітні технології та ресурсозберігаючі технології в енергетиці, промисловості та агропромисловому комплексі” та держбюджетними темами “Механохімічна активація мінеральних в'яжучих речовин в технології будівельних матеріалів та виробів” (№ д/р 0103U000508) і “Структуроутворення, міцність та руйнування композиційних будівельних матеріалів” (№ д/р 0105U000867).

Мета роботи. Підвищення міцності властивостей пінобетону шляхом зміни характеру розподілу і механічних властивостей твердої фази за рахунок активації розчинної складової.

Задачі досліджень:

- проаналізувати механізм структуроутворення пінобетону на різних стадіях його формування;

- вивчити кінетику набору структурної міцності пінобетону в ранній термін твердіння, швидкість і інтенсивність набору пластичної міцності;

- провести аналіз і розробити рекомендації з виробництва пінобетону з різними способами активації розчинної складової;

- дослідити характер змін інтегральної пористості, та визначити об'ємні зміни в тужавіючих міжпорових перегородках пінобетону на активованій розчинній складовій;

- розробити алгоритм проектування складів пінобетону з заданими фізико-механічними властивостями на основі експериментально-статистичних моделей;

- зробити техніко-економічне обґрунтування виробництва неавтоклавного пінобетону з попередньою активацією розчинної складової і здійснити дослідно-промислове впровадження результатів роботи.

Об'єкт досліджень. Розчинна складова та пінобетон неавтоклавного твердіння.

Предмет досліджень. Кількісні і якісні залежності впливу режиму активації розчинної суміші в присутності прискорювача твердіння і наповнювача на інтенсивність набору структурної міцності пінобетонної суміші і зміни фізико-механічних властивостей неавтоклавного пінобетону.

Методи досліджень. Пластичну міцність пінобетонної суміші визначали за допомогою конічного пластометру МГУ. При визначенні об'ємних змін матеріалу міжпорових перегородок застосований експериментально-розрахунковий метод, заснований на визначенні істинної густини матеріалів пікнометричним методом. Фізико-механічні показники пінобетону визначали відповідно до нормативних документів. Всі експериментальні роботи проведені з застосуванням математико-статистичних методів досліджень.

Наукова новизна роботи:

- проведено аналіз структуроутворення пінобетону і показано, що властивості пінобетону зводяться переважно до характеру розподлілу твердої фази;

- розроблені рецептурно-технологічні умови одержання неавтоклавного пінобетону з попередньою активацією розчинної суміші у трибоактиваторі, що дозволяють інтенсифікувати швидкість набору структурної міцності пінобетонної суміші і підвищити міцність пінобетону;

- розроблена методика й отримана нова наукова інформація кількісної оцінки зміни об'єму міжпорових перегородок у процесі їхнього затвердівання;

- розроблена методика, алгоритм і програма розрахунку складів пінобетону на базі експериментально-статистичних моделей, що дозволяє проектувати склади пінобетону необхідної середньої щільності і міцності з мінімальними матеріальними витратами.

Практичне значення отриманих результатів. Розроблено технологічний регламент і рекомендовані склади для виробництва пінобетону неавтоклавного твердіння за традиційною технологією і технології з попередньою активацією розчинної суміші у трибоактиваторі. Розроблений метод визначення об'ємних змін твердої фази міжпорових перегородок може бути використаний при встановленні зв'язку структурних характеристик із властивостями матеріалів макропористої структури. Програма розрахунку складів пінобетону на ПЭВМ із заданими характеристиками середньої густини і міцності, а також рекомендації з виготовлення пінобетону з попередньою активацією розчинної суміші впроваджені на ряді підприємств м. Одеси, таких, як: ЗАТ “ПІК”, ТОВ “СКОП”.

Особистий внесок здобувача полягає в постановці задач досліджень, плануванні і реалізації експериментальних робіт, побудові й аналізі експериментально-статистичних моделей по вивченню кількісного і якісного впливу, включених в експеримент змінних факторів на властивості пінобетону, розробці програми розрахунку складів пінобетону на персональному комп'ютері з заданим комплексом властивостей при мінімальних матеріальних витратах, розробці технологічного регламенту на виробництво пінобетону за традиційною технологією і технології з попередньою активацією розчинної суміші і впровадженні результатів роботи у виробництво.

Апробація результатів дисертації. Основні положення і результати досліджень, виконаних у дисертаційній роботі, доповідалися на наступних міжнародних і регіональних конференціях і семінарах: “Ресурсоекономні матеріали, конструкції, будівлі та споруди” (Рівне, 2001 р.), “Теорія і практика застосування ніздрюватого бетону в будівництві” (Дніпропетровськ, 2003 р.), “Структуроутворення, міцність і руйнування композиційних матеріалів” (Одеса, 2003, 2004 р.).

Публікації. За матеріалами дисертаційної роботи опубліковано 11 друкованих видань, у тому числі 8 статей у наукових виданнях, внесених до реєстру ВАК України, та 3 в матеріалах семінарів.

Структура й обсяг дисертації. Дисертаційна робота складається з вступу, п'яти глав, загальних висновків, списку літературних джерел і додатків. Дисертація викладена на 143 сторінках, з яких 122 сторінки основного тексту, включає 36 рисунків і 21 таблицю. Список використаної літератури складається з 149 найменувань на 17 сторінках, маються 2 додатки на 3 сторінках.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтовано актуальність теми дисертаційної роботи, сформульовано мету і задачі досліджень, розкрито їх наукову новизну, визначено практичну цінність отриманих результатів, особистий внесок здобувача, наведено відомості про апробацію, структуру та обсяг дисертації.

У першому розділі дисертаційної роботи приведений короткий огляд історії розвитку ніздрюватого бетону і технологічні особливості одержання його різновидів.

Приведений аналіз літературних джерел, присвячений ніздрюватим бетонам дозволив умовно виділити три етапи в розвитку технології цього матеріалу. Перший період освоєння виробництва ніздрюватих бетонів бере початок у 20-х - 30-х роках минулого сторіччя. У цей період, в основному виробляється пінобетон, зокрема неавтоклавного твердіння. Вивченню технології і властивостей неавтоклавного пінобетону у цей період присвячені роботи А.А. Брюшкова, М.И. Тензлера, Багенкина, Б.И. Кауфмана, А.А. Ребиндера, Гехта, Штайермана та ін.

Накопичений досвід виробництва й експлуатації теплоізоляційного неавтоклавного пінобетону в перші роки його освоєння дозволив виявити його недоліки, такі як підвищена витрата цементу, значні усадочні явища, що викликають тріщини, невисоку міцність, тривалий набір міцності.

Деякі з виявлених проблем вдалося вирішити за рахунок освоєння виробництва автоклавного пінобетону, що починається із середини 30-х років. Перші роботи в цьому напрямку були проведені М.И. Шаповим і Н.П. Лесингом. Надалі великий внесок у створенні автоклавного пінобетону і піносилікату вніс І.Т. Кудряшев.

Другий етап розвитку ніздрюватих бетонів характеризується інтенсивним освоєнням і виробництвом газобетону автоклавного твердіння. Із середини 50-х років до кінця 20-го сторіччя цей матеріал стає основним у випуску ніздрюватих бетонів. Особливістю третього періоду (з 90-х років 20-го сторіччя) є зростання обсягу виробництва неавтоклавного пінобетону.

Узагальнення науково-технічної інформації в області ніздрюватих бетонів дозволило виявити основні напрямки науково-дослідних робіт, що присвячені рішенню, в основному, 3-х питань:

- підвищенню якості продукції, що випускається;

- зниженню собівартості виробів;

- підвищенню довговічності і збільшенню терміну експлуатації будинків і споруджень.

Охарактеризовано шляхи рішення цих проблем.

Аналіз механізму структуроутворення газобетону і пінобетону дозволив виявити особливості їхнього структуроутворення, що в остаточному підсумку позначається на технологічних особливостях їхнього виробництва і фізико-механічних характеристиках. Виявлено основні достоїнства і недоліки газобетону автоклавного твердіння і пінобетону неавтоклавного твердіння. На підставі цієї інформації зроблений висновок, що більш низькі капітальні вкладення, а також енергетичні витрати на виробництво і відносна простота технології стали основною причиною широкого освоєння та застосування пінобетону неавтоклавного твердіння в сучасному будівництві.

Разом з тим в технології неавтоклавного пінобетону існує ряд проблем. Зокрема, він має, у порівнянні з автоклавними ніздрюватими бетонами, понижену міцність, підвищену вологісну усадку, повільно набирає міцність у ранній термін твердіння.

Для виявлення причин цих відмінностей пінобетон представлений у виді системи. Виділено ряд характерних періодів у формуванні системи “пінобетон”.

У процесі структуроутворення пінобетону виділено кілька характерних хронологічних періодів . Перший умовний період - період формування системи - “пінобетонна суміш” (ПБС). Вона формується з двох структуроутворюючих компонентів (підсистем) - “технічна піна” (ТП) і “будівельний розчин” (БР). Ці компоненти являють собою двохфазні системи. ТП формується з газової (Г) і рідкої (Р) фаз, БД із твердої (Т) і рідкої фаз. В результаті їхнього з'єднання утворюється трифазна система (ПБС), що складається з Т+Г+Р. Формування системи “пінобетонна суміш” закінчується з закінченням термінів тужавіння в'яжучого. Наприкінці цього періоду, в основному формується, геометрія міжпорових перегородок і надалі фізико-хімічні процеси переносяться в міжпорові перегородки. З цього часу починається період формування системи “пінобетон” (ПБ), що супроводжується зміцненням міжпорових перегородок і загальною зміною об'єму системи. З огляду на те, що основні фізико-механічні властивості газонаповнених композицій прийнято визначати у висушеному до постійної маси стані, після видалення фізично зв'язаної рідини система “пінобетон” спрощується до двох структуроутворюючих компонентів: Т + Г.

У результаті проведеного аналізу розроблена причинно-наслідкова діаграма формування якості і властивостей неавтоклавного пінобетону і показано, що при постійному співвідношенні твердої і газової фаз (Т/Г - const) фізико-механічні властивості визначаються характером розподілу твердої фази, які в значній мірі можливо змінювати за рахунок введення наповнювачів, активації в?'яжучих речовин хімічними домішками, механоактивацією сировинних матеріалів та розчинної складової.

Усе разом дозволило сформувати робочу гіпотезу і намітити шляхи і методи експериментальних досліджень.

В другому розділі приведені характеристики сировинних матеріалів і описані методи експериментальних робіт і обробки їхніх результатів.

У якості в'яжучого для одержання неавтоклавного пінобетону застосовувався портландцемент виробництва Одеського цементного заводу марки 500. Приведено хіміко-мінералогічний склад цементу і його фізико-механічні характеристики.

Економічно та екологічно обґрунтовано використання в якості наповнювача - карбонатних відходів від видобутку вапняку-черепашнику, що маються в достатніх кількостях в околицях міста Одеси.

Для поризації пінобетонної суміші застосовувався піноутворювач ПБ-2000 виробництва “Івхімпром” (Росія, м. Іваново).

Для регулювання термінів тужавлення і прискорення набору міцності пінобетону використовували домішок-прискорювач твердіння “Релаксол-Універсал” (“Будіндустрія ЛТД”, м. Запоріжжя).

Кінетику зросту пластичної міцності пінобетону визначали за допомогою конічного пластометру МГУ.

Зміну реологічних характеристик розчинної суміші оцінювали по віскозиметру Суттарда.

Фізико-механічні характеристики вихідних сировинних матеріалів і пінобетону визначали стандартними методами, згідно з ДСТУ 2.7-45-96 “Бетони ніздрюваті. Технічні вимоги”

Основний експеримент проводився з застосуванням методів математичного планування експериментів. Обробку результатів робили в системах COMPEX, EXCEL, Turbo Pascal і Delphi.

Для оцінки об'ємних змін твердої фази (контракції) розроблений метод, що базується на оцінці істинної густини початкової системи і істинної густини затверділого пінобетону. Істинну густину визначали пікнометричним способом.

У третьому розділі дисертаційної роботи приведене обґрунтування вибору рецептурно-технологічних факторів і результати досліджень їхнього впливу на водопотребу розчинної суміші і кінетику пластичної міцності пінобетону.

Вибір змінних факторів, а також рівнів їхнього варіювання базувався на підставі апріорної інформації. З безлічі рецептурно-технологічних факторів, що впливають на якість пінобетону, були обрані фактори що впливають, з одного боку, на кінетику росту пластичної міцності і на кінцеву міцність пінобетону, а, з іншого боку, що підвищують ефективність в'яжучої речовини, та прискорюють і підвищують ступінь гідратації цементу. Вибір факторів з такими якісними характеристиками в кінцевому підсумку дозволяє підібрати такі, котрі забезпечували б одержання пінобетону не тільки з необхідними фізико-механічними показниками, але і найбільш прийнятні по економічним параметрам.

Цими факторами були обрані: Х₁ - вміст наповнювача в суміші з цементом (частках одиниць) - 0,15 0,15, (Ц); Х₂ - вміст домішку прискорювача твердіння цементу ( у % до маси цементу по сухій речовині) - 0,15 0,15, (Д); Х₃ - тривалість активації розчинної суміші в реакторі трибоактиватора - 20 20, (А), с.

Вибір факторів і інтервалів їхнього варіювання зроблений таким чином, що дозволяє порівняти різні способи приготування пінобетону по традиційній роздільній технології. Перший рядок плану експерименту (усі фактори знаходяться на нижньому рівні варіювання) прийнятий як контрольний. Рух уздовж осі фактора Х₁ дозволяє визначити вплив кількості наповнювача на властивості пінобетону. Рух уздовж осі факторів Х₂ чи Х₃ дозволяє визначити ступінь впливу способів активації на зміну властивостей пінобетону. Далі в роботі вплив домішки-прискорювача на властивості пінобетону умовно визначено, як „хімічна” активація, а активація в трибоактиваторі як „механічна”. В інших місцях рецептурно-технологічного простору позначається корпоративний вплив прийнятих в експерименті змінних факторів („механохімічна” активація).

Постійні фактори: густина пінобетонної суміші - 760±10 г/л, діаметр розпливу розчину на віскозиметрі Суттарду - 270±10 мм.

Таким чином, особливість постановки експерименту полягає в тому, що його результати дозволяють проаналізувати і порівняти різні технології одержання пінобетону.

Оцінку зміни водопотреби розчинної суміші визначали по водотвердому відношенню. Крім того, у рядках плану експерименту, де суміш активувалася у трибоактиваторі визначали зміну діаметра розпливу розчину після активації розчину.

Встановлено, що активація розчину у трибоактиваторі пластифікує суміш, що призводить до збільшення діаметра розпливу розчину по віскозиметру до 100 мм. Виявлений ефект дозволяє при незмінних реологічних характеристиках розчинної суміші понизити В/Т, що повинно позитивно вплинути на кінцеві властивості пінобетону.

Кінетику пластичної міцності пінобетону визначали шляхом виміру пластичної міцності в кожнім рядку плану експерименту. Вимір починали після 6 годин з моменту готування пінобетону і закінчували через 24 години. Вимір робили через кожні 2 години За отриманими результатами побудовані графіки. Використовуючи отримані дані кожна з ліній у системі EXCEL була проаксимована поліномом 3-го ступеня. Перша і друга похідні дозволили одержати дані по швидкості (кПа/год) і інтенсивності (кПа/год²) зміни пластичної міцності пінобетону. Отримані дані, передбачені рівнянням, послужили основою для побудови 4-х факторного плану експерименту типу В-4, де в якості 4-й змінної був введений термін дозрівання пінобетону на рівнях 8, 16 і 24 години. Після обробки результатів у системі COMPEX побудовані математичні моделі пластичної міцності, швидкості та інтенсивності зміни пластичної міцності пінобетону, а також різні графічні залежності..

Приведений графік ізоповерхонь пластичної міцності пінобетону, на якому виділені дві області - А і Б. Область А обмежується значеннями пластичної міцності, при якій доцільно робити розріз пінобетонного масиву на окремі вироби. Нижня границя (30 кПа) - мінімальна пластична міцність, регламентована СН-277-80, при якій можна робити розріз масиву. Верхня границя (100 кПа) визначена з наступних міркувань: при такій структурній міцності сирцю не відбувається відривів частин масиву в кінцівках руху струни і дотримується правильність геометричних форм виробів і точність їхніх розмірів. Область Б відповідає міцності пінобетону, при якій можлива ручна розопалубка виробів, виготовлених в індивідуальних формах.

Таким чином виявлено, що активація розчинної складової є важливим технологічним прийомом, що дозволяє керувати реологічними характеристиками розчинної суміші і пластичної міцності пінобетону. За рахунок спільної взаємодії факторів вдалося скоротити час дозрівання сирцевої маси до необхідних показників пластичної міцності на 4-7 годин.

У четвертому розділі приведені результати досліджень засобів активації розчинної суміші, а також температурно-вологістних умов твердіння на міцність пінобетону неавтоклавного твердіння.

Подальший аналіз зміни міцності пінобетону неавтоклавного твердіння проведений, взявши за основу пінобетон, що твердів у нормально вологісних умовах протягом 28-ми діб (марочна міцність).

Дані експерименту свідчать, що міцність змінюється від 1,0 до 4,4 МПа. По осі ординат розташована логарифмічна шкала міцності. Як видно, найбільший вплив на міцність пінобетону виявляють фактори Х₂ і Х₃ - вміст добавки й час активації розчинної суміші. причому, у більшості випадків, зміна цих факторів від нижнього рівня до верхнього приводить до зросту міцності.

Відповідно з ДСТУ 2.7-45-96 “Бетони ніздрюваті. Технічні вимоги” мінімальна міцність для пінобетону неавтоклавного твердіння середньої густини в сухому стані 600 кг/м³ становить 1,5 МПа, максимальна - 2,5 МПа. На рис. 3 зображені ізоповерхні міцності пінобетону. У контрольному рядку (всі змінні фактори перебувають на нижньому рівні варіювання) міцність становить 1,4 МПа, що нижче регламентованої стандартом. При цьому необхідно відзначити, що в цьому рядку пінобетон виготовлений з 100% цементу, тобто без наповнювача, що приводить, з одного боку, до підвищеної вартості, а з іншого боку, до інших негативних наслідків: підвищенної вологісної усадки й ін. Одержання пінобетону з необхідними показниками можливо тільки за рахунок інтенсифікації процесу гідратації портландцементу.

Графо-аналітичний аналіз результатів експерименту дозволив встановити, що застосування “хімічної” активації розчинної суміші приводить до зростання міцності пінобетону до 200% у порівнянні з контрольним складом, а “механічна” активація у трибоактиваторі до 150%. Найбільший приріст, до 325% міцності спостерігається при застосуванні „механохімічної” активації. При цьому в ряді випадків міцність пінобетону неавтоклавного твердіння не нижче міцності ніздрюватих бетонів автоклавного твердіння ( міцність при стиску досягає 4,4 МПа).

Для оцінки впливу температурно-вологістних умов тужавлення зразків на міцність пінобетону неавтоклавного твердіння проведені розрахунки, що відтворюють зміну міцності у відсотках від еталонного. За еталон прийнята марочна міцність, визначена для зразків, що тужавіли в нормально-вологістних умовах і випробуваних на 28-му добу.

Вони свідчать, що температурно-вологісний режим середовища, у якому відбувається твердіння пінобетону на основі портландцементу, впливає на його міцність. Як показують результати, найбільшою міцністю володіє пінобетон, що твердіє в нормально-вологісних умовах, а найменшою, випробуваний безпосередньо після термовологісної обробки. Однак, міцність зразків після ТВО у всіх випадках виявляється достатньої для їх розопалубки. Пінобетон, що після термообробки зберігався в нормально-вологісних умовах, продовжував набирати міцність, і в середньому міцність зразків після 28-ої доби збереження в нормально-вологісних умовах, які піддалися тепловій обробці, склала 92% від еталонної, а в деяких рядках плану і перевищила її. Міцність пінобетону, що зберігався в природних умовах, складає близько 70% від міцності в контрольному рядку. Недобір міцності в цих зразках можна пояснити великою втратою вологи в них у порівнянні з іншими умовами твердіння.

Узагальнені результати експерименту приведені на рис.4 в виді графіка залежності міцності ніздрюватьих бетонів від середньої густини. На графіку показані дві області, що відповідають вимогам ДСТУ Б В.2.7-45-96 для ніздрюватих бетонів автоклавного та неавтоклавного твердіння та усередненні експериментальні дані.

У цьому ж розділі наведені результати кількісної оцінки характеристик інтегральної пористості пінобетону (загальна пористість, об'єм відкритих та умовно-закритих пір), та охарактеризовані метод і приведвені результати розрахунку об'ємних змін твердої фази (міжпорових перегородок) у результаті твердіння пінобетону.

В зв'язку з тим, що розрахунок складів пінобетону проводили з умови збереження співвідношення Т/Г- const, загальна пористість пінобетону змінюється від 74 до 78 відсотків, що знаходиться в межах похибки експерименту. В той же час співвідношення між відкритою та умовно-закритою пористісттю змінюється в значних межах. Так, наприклад, відкрита пористість змінюється від 18 до 57%, що може служити непрямою характеристикою зміни розподілу твердої складової пінобетону.

Ґрунтуючись на роботах А.В. Волженського і Г.І. Горчакова, присвячених вивченню процесів що відбуваються при гідратації цементу, запропонований експериментально-розрахунковий метод визначення об'эмних змін (контракційнної усадки) твердої складової пінобетону.

В онові методу визначення об'ємних змін твердої складової пінобетону закладено правило, згідно якого при хімічній взаїмодії реагентів об'єм новоутворень завжди меньший суми об'ємів вихідних компонентів.

Для розрахунку контракційної усадки міжпорових перегородок були визначені наступні характеристики: істинна густина сировинних матеріалів (цемент і наповнювач), істинна густина здрібненого пінобетону, В/Т, середня густина пінобетону у висушеному стані, абсолютна вологість (по масі) пінобетону.

Отримані дані, їхня математико-статистична обробка і графічні залежності дозволили виявити, що в цілому по експерименту, пористість міжпорових перегородок змінюється від 3,5 до 15%. Причому мінімальна пористість досягається при максимальному вмісті наповнювача і часу активації розчинної складової в межах 20 с. Вплив добавки - прискорювача твердіння - має яскраво виражений екстремум у кількості 1,5% від маси цементу. Максимальну пористість мають міжпорові перегородки, сформовані в вихідному стані тільки з цементу, при вмісті домішку приблизно 1,2% від маси цементу по сухій речовині, при відсутності активації розчинної складової. Таким чином, результати експерименту підтверджують, що в процессі тужавлення пінобетону в значній мірі змінюється характер розподілу твердої складової.

Методика кількісного визначення об'ємних змін у тужавіючому пінобетоні,може знайти застосування при вивченні деформацій усадки, що є одним з основних недоліків неавтоклавного пінобетону.

У заключній частині четвертого розділу приведені алгоритм і блок-схема програми розрахунку складів пінобетону з використанням інформації, отриманої в результаті реалізації експерименту. Програма розраховує склад, що дозволяє одержати пінобетон при тому, чи іншому засобі активації розчинної складової, з необхідними фізико-механічними характеристиками і мінімальними матеріальними витратами на сировинні матеріали.

П'ятий розділ роботи присвячений техніко-економічному обґрунтуванню застосування пінобетону неавтоклавного твердіння з попередньо активованою розчинною складовою.

Приведено технологічну схему і докладний опис виготовлення пінобетону з активацією розчинної суміші у трибоактиваторі. Готування пінобетону здійснюється по традиційній роздільній технології. Розчинна суміш (цемент + наповнювач + водний розчин домішку) на початку готується в головному змішувачі, а потім активується в реакторі трибоактиватора, що додатково встановлюється до головного змішувача. Активація здійснюється по беззупинному циклу. Після активації в розчинну суміш подається піна і готується безпосередньо пінобетон.

Приведені калькуляції собівартості пінобетону середньою густиною 600 кг/м³ і міцністю 2.0 - 2.5 МПа, свідчать, що застосування механохімічної активації розчинної складової пінобетону дозволяє знизити його собівартість до 20% за рахунок зниження витрати цементу.

Окупність вкладень на модернізацію технологічної лінії по виробництву пінобетону в ЗАТ “ПІК” при продуктивності 600 м³ на місяць склала 3,5 місяці.

Розроблено і приведений у тексті дисертаційної роботи технологічний регламент на виробництво неавтоклавного пінобетону з активацією розчинної складової.

Результати дисертаційної роботи впроваджені на підприємствах м. Одеси: ЗАТ “ПІК”, ТОВ “СКОП”.

ЗАГАЛЬНІ ВИСНОВКИ

1. За рахунок активації розчинної складової і зміни характеру розподілу та механічних властивостей твердої складової пінобетону неавтоклавного твердіння досягнуті міцністні властивості, що не поступаються ніздрюватим автоклавним бетонам.

2. В результаті аналізу механізму структуроутворення пінобетону підтверджена гіпотеза про залежність будівельно-технічних властивостей пінобетону переважно від характеру розподілу та властивостей твердої фази.

3. У результаті активації розчинної суміші у трибоактиваторі прискорюється набір структурної міцності пінобетону. Ефект підсилюється в присутності хімічної добавки “Релаксол-Універсал” і карбонатного наповнювача. Спільна взаємодія цих факторів приводить до збільшення інтенсивності і швидкості набору пластичної міцності і скороченню часу дозрівання сирцевої маси до необхідних показників пластичної міцності на 4 - 7 годин.

4. Активація розчинної складової хімічною добавкою „Релаксол-Універсал” підвищує міцність на 200%, „механічна ” активація в трибоактиваторі на 150%, сумісна „механохімічна” активація до 325% в порівнянні з контрольним складом, що дозволяє при використанні рядових портландцементів отримувати пінобетон з нормативними характеристиками.

5. В результаті проведення експерименту та обробки його результатів встановлено, що змінюючи рецептурно-технологічні параметри виготовлення пінобетону неавтоклавного твердіння, можна керувати як загальною пористістю, так і її характеристиками. Розроблений метод кількісної оцінки контракційної усадки міжпорових перегородок дозволив визначити, що вона змінюється від 4,5 до 13%, що дає змогу керувати, як характером розподілу твердої складової, так і фізико-механічними властивостями пінобетону.

6. Розроблено алгоритм проектування складів пінобетону на базі експериментально-статистичних моделей, побудованих за результатами експериментальних досліджень. На основі розробленого алгоритму і блок-схеми реалізована програма розрахунку складів пінобетону на ПЭВМ, що дозволяє одержувати пінобетон при різних засобах активації розчинної складової, з необхідними фізико-механічними характеристиками і мінімальними матеріальними витратами на сировинні матеріали.

7. Порівняння калькуляцій собівартості пінобетону, виготовленого за традиційною технологією і технології з застосуванням механохімічної активації розчинної суміші свідчать про зниження собівартості пінобетону більш ніж на 20% на кожному кубічному метрі виробленої продукції, за рахунок зниження витрат цементу. Результати експериментальних досліджень дисертаційної роботи впроваджені на ряді підприємств м. Одеси..

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ

Мартинова О.Б. Перспективи технології неавтоклавного пінобетону. Зб. наук. праць. : „Аграрний вісник Причорномор'я”. - випуск № 19. - Одеса: ОДАУ. - 2002. - С. 174-177.

Мартынов В.И., Мартынова Е.Б., Кушнерук В.И. Влияние механохимической активации растворной составляющей пенобетона на его структурную прочность. Вісник Одеської державної академії будівництва та архітектури, випуск № 12. - Одеса: „Місто майстрів”. - 2003. - С. 190-196.

Внесок здобувача: участь у проведенні експериментальних робіт, обробка результатів.

Мартынов В.И., Выровой В.Н., Герега А.Н., Мартынова Е.Б., Гудзенко С.Ф. Механизм структурообразования пенобетона и пути улучшения его свойств. Зб. наук. праць: „Вісник Придніпровської державної академії будівництва та архітектури”, випуск 3-4-5. - Дніпропетровськ: ПДАБА. - 2003. - С. 96-99.

Внесок здобувача: участь у постановці задач та програми досліджень, аналіз механізма структуроутворення пінобетона, обробка результатів.

Выровой В.Н., Мартынов В.И., Мартынова Е.Б. Анализ состояния и перспективы развития неавтоклавного пенобетона. Зб. наук. праць: “Вісник Донбаської державної академії будівництва та архітектури”, випуск 2003-1(38). - Макіївка. - 2003. - С. 28-31.

Внесок здобувача: обгрунтування мети та задач досліджень, участь у формуванні висновків.

Мартынов В.И., Выровой В.Н., Мартынова Е.Б. Исследование свойств неавтоклавного пенобетона. Зб. наук. праць: “Вісник Донбаської державної академії будівництва та архітектури”, випуск 2003-1(38). - Макіївка. - 2003. - С. 45-48.

Внесок здобувача: участь у виконанні експериментальних робіт, обробка результатів.

Мартынов В.И., Мартынова Е.Б. Методика проектирования составов неавтоклавного пенобетона с требуемыми свойствами на основании экспериментально-статистических моделей. Зб. наук. праць: „Аграрний вісник Причорномор'я”, випуск 24. - Одеса: ОДАУ. - 2004. - С. 97-100.

Внесок здобувача: запропоновано та проаналізовано методика досліджень, обробка одержаних результатів.

Мартынов Е.В., Казмирчук Н., Мартынова Е.Б. Исследование влияния рецептурно-технологических факторов на водопотребность и прочность неавтоклавного пенобетона. Вісник Одеської державної академії будівництва та архітектури, випуск № 15. - Одеса: „Місто майстрів”. - 2004. - С. 220-225.

Внесок здобувача: розроблено програма експерименту, математична обробка одержаних результатів.

Выровой В.Н., Мартынов В.И., Мартынова Е.Б. Системный подход в формировании структуры и свойств пенобетона. Зб. наук. праць: „Ресурсоекономні матеріали, конструкції, будівлі та споруди”, випуск № 11. - Рівне: НУВГП. - 2004. - С. 17-21.

Внесок здобувача: участь у постановці задач, аналіз одержаних результатів.

Выровой В.Н., Мартынов В.И., Мартынова Е.Б., Арроб А. Моделирование усадочных деформаций в твердеющих и затвердевающих гетерогенных материалах. Материалы к 39-му международному семинару по моделированию и оптимизации композитов, МОК'39. - Одесса: Астропринт. - 2000. - C. 26-27.

Внесок здобувача: запропонована ідея роботи, обгрунтовані об'єкти досліджень, узагальнення результатів.

Выровой В.Н., Мартынов В.И., Мартынова Е.Б., Закорчемный Ю.О. Проектирование составов пенобетона требуемой средней плотности и прочности. Материалы научно-технического семинара “Совершенствование методов проектирования составов бетона”. - Ровно: изд-во Ровненского государственного центра научно-технической и экономической информации. - 2001. - С. 21-25.

Внесок здобувача: участь у виборі режимів випробувань, організації та виконанні експериментальних робіт, формування висновків.

Мартынов В.И., Мартынова Е.Б., Закорчемный Ю.О. Управление макроструктурными параметрами и свойствами пенобетона. Зб. наук. праць: „Ресурсоекономні матеріали, конструкції, будівлі та споруди”, випуск № 6. - Рівне: РДТУ. - 2001. - С. 75-80.

Внесок здобувача: обгрунтування мети та задач досліджень, виконання експериментальних робіт, математична обробка одержаних результатів.

АНОТАЦІЇ

Мартинова Олена Борисівна. Неавтоклавний пінобетон на активованій розчинній складовій. Рукопис. Дисертація на здобуття вченого ступеня кандидата технічних наук за фахом 05.23.05 - Будівельні матеріали і вироби. - Одеська державна академія будівництва й архітектури, Одеса, 2005 р.

Дисертація присвячена питанням підвищення фізико-механічних властивостей пінобетону неавтоклавного твердіння.

На підставі аналізу структуроутворення пінобетону і формування системи “пінобетон” висунута гіпотеза про те, що при постійному співвідношенні твердої і газової фаз, властивості визначаються кількісними і якісними характеристиками твердої фази. Як об'єкт досліджень обраний неавтоклавний пінобетон середньою густиною в сухому стані 600 кг/м³.

Для вивчення характеру розподілу твердої складової на властивості пінобетону проведений аналіз результатів трьохфакторного експерименту. Властивості твердої фази регулювали різними способами активації розчинної складової.

Вибір факторів і інтервалів їхнього варіювання зроблений таким чином, що дозволив порівняти різні способи готування пінобетону. Результати обробили за допомогою системи Excel.

Встановлено, що за рахунок спільного впливу змінних факторів є змога скоротити час дозрівання сирцової маси на 4-7 годин.

В дисертаційній роботі вперше запропонований експериментально-розрахунковий метод визначення пористості міжпорових перетинок. Встановлено, що між густиною міжпорових перегородок пінобетону і міцністю пінобетону на стиск не існує кореляційного зв'язку.

Методика кількісного визначення об'ємних змін у твердіючому пінобетоні може знайти застосування при вивченні деформацій усадки, яка є одним з основних недоліків неавтоклавного пінобетону.

Узагальнені експериментальні дані підтверджують запропоновану робочу гіпотезу про вплив характеристик розподілу і складу твердої фази на механічні властивості пінобетону.

Розроблено блок-схему розрахунку складів пінобетону з заданими міцностними показниками і з урахуванням вартості сировинних матеріалів.

Ключові слова: структуроутворення, неавтоклавний пінобетон, пластична міцність, активація розчинної складовій.

Мартынова Елена Борисовна. Неавтоклавный пенобетон на активированной растворной составляющей. Рукопись. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.23.05 - Строительные материалы и изделия. - Одесская государственная академия строительства и архитектуры, Одесса, 2005 г.

Диссертация посвящена вопросам повышения физико-механических свойств пенобетона неавтоклавного твердения.

На основании анализа структурообразования пенобетона и формирования системы “пенобетон” выдвинута гипотеза о том, что при постоянном соотношении твердой и газовой фаз, свойства определяются количественными и качественными характеристиками твердой фазы. В качестве объекта исследований выбран неавтоклавный пенобетон средней плотностью в сухом состоянии 600 кг/м³.

Для изучения характера распределений твердой составляющей на свойства пенобетона проведен анализ результатов трехфакторного эксперимента. Свойства твердой фазы регулировали различными способами активации растворной составляющей.

Выбор факторов и интервалов их варьирования произведен таким образом, что позволил сравнить различные способы приготовления пенобетона. Первая точка плана эксперимента принята как контрольная (все факторы находятся на нижнем уровне варьирования). В остальных точках рецептурно-технологического поля сказывается корпоративное воздействие принятых в эксперименте переменных факторов (механохимическая активация).

На первом этапе экспериментальных исследований изучалась кинетика изменения пластической прочности. Замеры проводились при помощи конического пластометра МГУ. Результаты обработали с помощью системы Excel и встроенного пакета “Математического анализа” и получили уравнения пластической прочности, скорости и интенсивности набора пластической прочности. По этим значениям был построен 4-х факторный план, в котором в качестве 4-го фактора принято время набора пластической прочности. Результаты обработаны в системе COMPEX.

Установлено, что за счет совместного влияния переменных факторов представляется возможность сократить время созревания сырцовой массы на 4-7 часов.

На втором этапе изучали физико-механические свойства затвердевшего пенобетона. Результаты свидетельствуют, что получить пенобетон неавтоклавного твердения плотностью в сухом состоянии 600 кг/м³ на портландцементе с нормируемыми показателями по прочности без активации растворной составляющей затруднительно. В то же время любой из видов активации приводит к существенному повышению прочности пенобетона. Наибольший прирост прочности наблюдается при механохимической активации - до 325 %.

В диссертационной работе впервые предпринята попытка, количественно оценить объемные изменения твердой фазы твердеющего пенобетона. Для этого предложен экспериментально-расчетный метод определения пористости межпоровых перегородок. Метод базируется на анализе процессов, происходящих при гидратации цемента.

В эксперименте контракционная пористость изменяется от 4,5 до 13 %. Графическая интерпретация свидетельствует о влиянии и возможности управлять при помощи рецептурно-технологических факторов пористостью межпоровых перегородок. Между плотностью межпоровых перегородок пенобетона и прочностью пенобетона при сжатии не обнаружено корреляционной связи.

Методика количественного определения объемных изменений в твердеющем пенобетоне может найти применение при изучении деформаций усадки, являющимися одним из основных недостатков неавтоклавного пенобетона.

Обобщенные экспериментальные данные подтверждают предложенную рабочую гипотезу о влиянии характеристик распределения и состава твердой фазы на механические свойства пенобетона.

Для облегчения трудоемкости расчетов разработана блок-схема расчета составов пенобетона с заданными прочностными показателями и с учетом стоимости сырьевых материалов.

Произведены технико-экономические расчеты эффективности применения технологии с активацией растворной составляющей по сравнению с традиционной технологией, разработана технологическая схема производства пенобетона с активацией растворной смеси в трибоактиваторе, разработан технологический регламент на производство неавтоклавного пенобетона, осуществлено внедрение результатов диссертационной работы на ЗАО “ПИК”, ООО “СКОП” при выпуске более 2000 м³ пенобетона.

Окупаемость вложений на модернизацию технологической линии по производству пенобетона в ЗАО “ПИК” при производстве 600 м³ в месяц составила 3,5 месяца.

Ключевые слова: структурообразование, неавтоклавный пенобетон, пластическая прочность, активация растворной составляющей.

Martynova Elena Borisovna. Unautoclave foam concrete on an activated mixture component. The manuscript. The dissertation on competition of a scientific degree of Cand.Tech.Sci. on a specialty 05.23.05 - Building materials and products. - the Odessa state academy of building and architecture, Odessa, 2005.

The dissertation is devoted to questions of increase of physicomechanical properties of foam concrete unautoclave hardening.

On the basis of the analysis of structurization of foam concrete and formation of system "foam concrete" the hypothesis that at a constant ratio of firm and gas phases, properties are determined by quantitative characteristics of a firm phase is put forward. As object of researches it is chosen unautoclave foam concrete in average density in a dry condition of 600 kg / m³.

For studying character of distributions of a firm component on properties of foam concrete the analysis of results of three-factorial experiment is lead. Properties of a firm phase adjusted in the various ways of activation mixture a component.

The choice of factors and intervals of their variation is made in such a manner that has allowed comparing various ways of preparation of foam concrete. Results have processed with the help of system Excel and the built - in package of “the Mathematical analysis”.

It is established that due to joint influence of variable factors the opportunity to reduce time of maturing raw mass at 4-7 hours is represented.

Results testify what to receive foam concrete unautoclave hardening in density in a dry condition of 600 kg / m3 on Portland cement with normalized parameters on durability without activation mixture a component inconveniently.

In dissertational work the experimental - settlement method of definition of porosity between a cell partitions for the first time is offered. It is established that between density between a cell partitions of foam concrete and durability of foam concrete at compression do not exist correlation communication.

The technique of quantitative definition of volumetric changes in hardening foam concrete can find application at studying deformations of drying, being of one of the basic lacks unautoclave foam concrete.

The generalized experimental data confirm the offered working hypothesis about influence of characteristics of a firm phase on mechanical properties of foam concrete.

The block diagram of calculation of structures of foam concrete with set hardening parameters is developed and in view of cost of raw materials.

Key words: structurization, unautoclave foam concrete, plastic durability, activation a component of mixture.

Размещено на Allbest.ru

...