Влияние продолжительности перемешивания на параметры воздухововлечения при изготовлении бетонных смесей

Задачи управления свойствами газонаполненных бетонов. Свойства пенобетонных смесей в разные периоды их структурообразования. Анализ взаимосвязей между температурой воды и адсорбционными свойствами высокомолекулярных органических веществ в бетонных смесях.

Рубрика Производство и технологии
Вид статья
Язык русский
Дата добавления 28.05.2017
Размер файла 352,8 K

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Ростовский государственный строительный университет

Влияние продолжительности перемешивания на параметры воздухововлечения при изготовлении бетонных смесей

Смирнова П.В.

Ростов-на-Дону

Управление свойствами газонаполненных бетонов является весьма сложной технологической задачей потому, что при высокой пористости (до 95%), каменному материалу достаточно непросто достигнуть высокой прочности и атмосферостойкости. Пенобетонные (газонаполненные) смеси получают в результате интенсивного перемешивания высоко обводненных цементно-песчаных суспензий с поверхностно активными веществами (ПАВ). В период раннего структурообразования (в первые 3…10 часов после укладки в формы) пенобетонные смеси обладают всеми свойствами многофазных микрогетерогенных систем [1]. Состав их дисперсной фазы представлен частицами цемента, песка и воздушными включениями, обернутыми в водные пленки. Качество структуры таких систем зависит от интенсивности межфазных и межчастичных взаимодействий, величина которых предопределяется капиллярно-пленочными явлениями, проявляющимися в период начального структурообразования [2, 3].

Способность высокомолекулярных органических веществ (ПАВ) вовлекать воздух в объем бетонной смеси в период перемешивания сырьевых компонентов связана с переходом ПАВ на границу раздела фаз «газ - жидкость», т.е. с адсорбцией. В результате адсорбции ПАВ на границе раздела «газ-жидкость» в бетонную смесь вовлекается воздух. Для того, чтобы смесь оказалась способной удержать воздух, ПАВ физически связывают необходимое количество воды в пенных пленках, образуя при этом жидкие кристаллы [2, 4]. Поэтому высоко обводненные дисперсные системы, к которым относятся пенобетонные смеси, по мере насыщения газовой фазой повышают свою агрегатную устойчивость [5], и она становится достаточной для того, чтобы в результате отвердевания цемента были сформированы прочные новообразования. В данном случае важно понимать, что геометрически любые ПАВ являются крупными молекулами в десятки и сотни раз больше молекул воды. ПАВ химически не взаимодействуют с сырьевыми компонентами бетонной смеси, и полностью никогда не переходят на границу раздела «газ-жидкость» [2, 6]. Между количеством ПАВ, остающемся в межзерновой жидкости и на границе раздела «газ-жидкость», существует подвижное соответствие примерно равное 1:100 [1], которое, по нашему мнению, должно быть связано с растворимостью ПАВ. Остающиеся в межчастичной воде ПАВ образуют мицеллы, которые не позволяют частицам твердой фазы формировать плотные межпоровые перегородки. Мицеллы располагаются между частицами твердой фазы и таким образом формируют полости, которые после отвердевания и высыхания бетона становятся микротрещинами в структуре межпоровых перегородок. Поэтому чем меньшее количество ПАВ в ходе приготовления пенобетонных смесей остается в составе межзерновой воды, тем меньшей будет пустотность твердой фазы межпоровых перегородок и выше прочность бетона.

Известно [7, 8], что между адсорбцией и растворимостью существует обратно пропорциональная зависимость, то есть чем меньше растворимость ПАВ, тем лучше их адсорбционные свойства. Это весьма важно в технологии пенобетонов, поскольку от адсорбционных свойств ПАВ зависит объем вовлеченной в смесь газовой фазы. Растворимость ПАВ понижается при понижении температуры растворителя [8, 9]. Молекулы ПАВ в растворителе ориентируются так, чтобы их внутренняя энергия была минимальной. При повышении температуры растворителя тепловое движение нарушает такую ориентацию и растворимость увеличивается. При турбулентном перемешивании ПАВ в растворителе, то есть при изготовлении пенобетонных смесей, достигает термодинамического равновесия между концентрацией ПАВ в дисперсионной среде и пленках на границах раздела «газ-жидкость». Это равновесие наиболее устойчиво при достижении минимальной плотности смеси, получаемой в данном смесительном агрегате на основе конкретной рецептуры. Однако удержать достигнутое равновесие не представляется возможным потому, что в любой пенобетонной смеси в период начального структурообразования протекают активные массообменные процессы, в результате которых растет концентрация ПАВ в жидкой фазе.

Параметры концентрации ПАВ в жидкой фазе смесей важно учитывать потому, что от их величины зависит агрегативная устойчивость, сформированной при перемешивании пенобетонной смеси. По мнению Дерягина Б.В. и Ландау Л. Д. устойчивость водных пленок ПАВ зависит от величины потенциальной энергии межмолекулярного взаимодействия в пленке и деформации диффузных электрических слоев [10]. Массообменные процессы, особенно интенсивно протекающие в пенобетонных смесях в период начального структурообразования, не только изменяют водосодержание, но и повышают температуру компонентов, составляющих пенобетонные смеси. Перечисленные явления негативно влияют на устойчивость пленок ПАВ и их геометрические размеры.

Вода в пленках ПАВ является одним из важнейших компонентов, свойства которого предопределяют устойчивость газонаполненных структур в целом. Учитывая распространенность применения воды в технологических процессах весьма важно отметить, что она обладает рядом аномальных свойств в интервале температур от +4 до +370С. Плотность воды уменьшается при повышении и понижении температуры относительно +4єC. При нагревании веществ их теплоемкость растет пропорционально температуре [9, 11, 12]. Изменение теплоемкости воды с повышением температуры аномально. От 0єC до +37єC её теплоемкость падает и только после +37єC начинает повышаться [11, 12]. При +370С в воде разрывается половина «слабых» водородных связей [9], которые по нашему мнению, должны оказывать качественное влияние на устойчивость жидких кристаллов, из которых состоят пленки ПАВ.

Учитывая перечисленные факторы, и установленные [2, 4, 8] взаимосвязи между температурой воды и адсорбционными свойствами ПАВ был выполнен ряд экспериментов по оценке устойчивости пен. Факторами, влияющими на исследуемые величины, были приняты следующие температуры водной среды +4°C, +20°C, +37°C. В качестве результатов использовали средне арифметические значения 6 экспериментов-близнецов. В работе использовали пенообразователь «Ареком». Продолжительность приготовления пен была постоянной.

Технология процесса: в работающий бетоносмеситель дозировали воду заданной температуры и вводили пенообразователь. После отключения бетоносмесителя пену укладывали в сосуды емкостью пять литров. Сосуды имели градуировочную шкалу высотой 200 мм. В ходе эксперимента фиксировались начальная температура и устойчивость пен.

Установлено (рис. 1), что агрегативная устойчивость пенной массы находится в прямой зависимости от начальной температуры воды. Анализ полученных данных позволяет утверждать, что понижение температуры, а именно, приближение ее к +4°C увеличивает период их устойчивого существования.

Выявление закономерности утраты устойчивости пленок ПАВ, находящихся в составе пенобетонных смесей, представляет собой важную технологическую проблему. Потому, что только сохранение газовой фазы внутри них обеспечивает получение высокопрочных пенобетонов. Это возможно, если пленки в течение достаточного времени обладают свойством упругости. Под упругостью пленок понимают их способность увеличивать натяжение при растяжении. Это свойство характеризуется модулем упругости пленки (Е), определяемым тождеством [7]:

(1)

где А - площадь пленки;

г - натяжение пленки.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 1 - Кинетика разрушения пены в зависимости от температуры воды.

Упругость пленок падает по мере отвердевания пенобетонных смесей за счет повышения концентрации ПАВ в жидкой фазе. Поэтому так важно обеспечивать максимально возможный переход ПАВ на границу раздела фаз «газ-жидкость». Для этого требуется время. Учитывая тот факт, что температура влияет на растворимость ПАВ в воде, далее нами исследовалось влияние продолжительности перемешивания на параметры структуры пенобетонов. В наших экспериментах варьировались температура воды затворения и продолжительность перемешивания пенобетонных смесей, содержавших разное количество дисперсной арматуры. Результаты представлены в табл. 1, из которой следует, что по мере увеличения продолжительности перемешивания до 9,5 минут наблюдается падение средней плотности смесей. На величину плотности также влияет насыщение дисперсной арматурой. Чем больше фибры, тем ниже плотность. Это указывает на улучшенные газоудерживающие свойства фибропенобетонных смесей по сравнению с пенобетонными.

газонаполненный бетон вода адсорбционный

Табл. 1 - Зависимость плотности смесей от времени перемешивания

Время перемешивания, мин

Плотность смесей, кг/м3

Приготовленной на воде Т =+200С

Приготовленной на воде Т=+40С

Без фибры

0,5% фибры

1% фибры

Без фибры

0,5% фибры

1% фибры

2

1230

1215

1175

1250

1230

1200

4,5

1150

1139

1127

1165

1157

1150

6

1100

1072

1040

1100

1082

1050

9,5

1005

990

975

1010

990

985

12

1008

1000

980

1006

1000

995

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 2 - график зависимости средней плотности пенобетонных смесей от продолжительности перемешивания, температуры воды затворения и количества фибры (* обозначены смеси приготовленные на воде с температурой +40С)

Полученные результаты (табл. 1, рис. 2) показывают, что:

- пено- и фибропенобетонные смеси, затворенные водой с температурой +40С лучшими газоудерживающими свойствами;

- оптимальная продолжительность перемешивания пено- и фибропенобетонных смесей должна составлять 8…9 минут для того, чтобы обеспечивался максимально возможный переход ПАВ на границу раздела фаз «газ-жидкость».

Достижение максимально возможного для данной рецептуры смесей воздухововлечения характеризуется минимальной плотностью смесей. Недостаточное перемешивание или перемешивание сверх оптимального времени ведет к росту плотности пенобетонных смесей и ухудшению их качества.

Литература

1. Управление процессами технологии, структурой и свойствами бетонов/ Под ред. Е.М. Чернышева, Е.И. Шмитько: Воронеж ГАСУ, 2002.- С 78-124.

2. Перцев В.Т., Шмитько Е.И., Головинский П.А. Роль дисперсности и влажности в процессах структурообразования дисперсно-зернистых систем // Изв. ВУЗов. Строительство. - 1998, №6.- С. 45…50.

3. Физико-химическая механика природных дисперсных систем/ под ред. Е.Д. Щукина и др. М.: МГУ, 1985.- 265 с.

4. Веденов А.А. Физика растворов. - М.: Наука. Главная редакция физико-математической литературы, 1984. - 112 с.

5. Моргун Л.В., Моргун В.Н. О жидкокристаллической природе агрегативной устойчивости пенобетонных смесей// Строительные материалы, 2006, №6. - С.22, 23.

6. Русанов А.И. Фазовые равновесия и поверхностные явления. М., «Химия», 1967.-388 с

7. Русанов А.И. Мицеллообразование в растворах поверхностно - активных веществ./ СПб: Химия, 1992. - 280 c.

8. Захариев М. Ексерова Д. Поверхностные силы в тонких пленках и дисперсных системах. М.: Наука, 1972. С. 234-239.

9. Моргун Л.В., Моргун В.Н., Смирнова П.В., Бацман М.О. Зависимость скорости формирования структуры пенобетонов от температуры сырьевых компонентов// Строительные материалы, 2008, №6. - С.50-52.

10. Кругляков П.М., Ексерова Д.Р. Пена и пенные пленки. - М.: Химия, 1990. - 432 с.

11. Синюков В.В. Вода известная и неизвестная. М.: Знание. 1987. - 176 с.

12. Зацепина Г.Н. Физические свойства и структура воды. М.: Изд. МГУ. 1987. 171 с.

Размещено на Allbest.ru


Подобные документы

  • Характеристика продукции завода железобетонных изделий и бетонных смесей. Расчет производительности программы приготовления бетонных смесей. Выбор технологического оборудования. Определение объемов запасов хранения материалов и выбор типов складов.

    курсовая работа [205,1 K], добавлен 11.06.2015

  • Виды предварительного разогрева бетонных смесей, особенности и отличительные признаки механизмов их реализации. Выбор аппаратов и критерии, его определяющие, описание процесса. Условия и тепловой режим разогрева, требования техники безопасности.

    курсовая работа [64,8 K], добавлен 12.09.2010

  • Подбор номинального состава бетона. Определение расхода крупного заполнителя, цемента, воды, песка. Коэффициент раздвижки зёрен для пластичных бетонных смесей. Подбор производственного состава бетона и расчёт материалов на замес бетоносмесителя.

    контрольная работа [276,8 K], добавлен 05.06.2019

  • Анализ формовочных и стержневых смесей. Технологии получения стержневых быстротвердеющих смесей: жидкое стекло, микроволновой и СО2 процессы, их преимущества и недостатки. Влияние силикатного модуля жидкого стекла на прочность изгиба формовочных песков.

    дипломная работа [5,4 M], добавлен 18.04.2018

  • Схемы микроструктур сплавов. Возможные фазы в сплавах: твердые растворы, чистые металлы, химические соединения. Связь между фазовым составом и механическими, технологическими свойствами сплавов. Диаграммы состояний и влияние примесей на "чистые" металлы.

    реферат [306,8 K], добавлен 01.06.2016

  • Физико-химические явления в процессах переработки каучуков и резиновых смесей. Особенности современной технологии приготовления резиновых смесей. Приготовление смесей на основе изопренового каучука. Обработка резиновых смесей на валковых машинах.

    курсовая работа [374,7 K], добавлен 04.01.2010

  • Разновидности формовочных смесей, технологические свойства и влияние на качество литья. Требования к формовочным смесям, их основные характеристики. Этапы полного технологического процесса приготовления формовочных смесей, методы повышения прочности.

    реферат [66,4 K], добавлен 26.02.2010

  • Особенности производства различных видов бетонных и железобетонных изделий. Направления вторичного использования цементного и асфальтового бетонов. Рациональный выбор оборудования для переработки некондиционного бетона и железобетона, схема утилизации.

    курсовая работа [894,3 K], добавлен 14.10.2011

  • Расчет рабочей лопатки. Объем одного участка оребрения. Изготовление лопатки при помощи 3D прототипирования. Параметры точности отливки и припуски на обработку. Приготовления формовочных смесей в центробежном лопаточном смесителе непрерывного действия.

    дипломная работа [2,2 M], добавлен 27.05.2014

  • Номенклатура продукции, характеристика сырья и полуфабрикатов. Обоснование способа производства двускатных балок и ребристых плит. Расчет состава бетонных смесей. Определение потребности в сырьевых материалах и полуфабрикатах. Контроль качества сырья.

    курсовая работа [323,2 K], добавлен 05.06.2015

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.