Таким образом, наиболее эффективно применение метода электропрогрева для пенобетонов на термостойкой пене, т.е. имеющих наибольшие значениями молекулярных масс и n, такой как клееканифольная и синтетическая.

В работе приведены исследования коррозионной стойкости арматуры в монолитном пенобетоне повышенной плотности D1400-D1800 кг/м³. Согласно требованиям «Инструкции по изготовлению изделий из ячеистого бетона» (СН 277-80), « ..арматурные каркасы и сетки в изделиях из ячеистого бетона необходимо защищать антикоррозийными покрытиями...». Было подтверждено, что пенобетон, обладая закрытыми порами, в отличие от газобетона предотвращает доступ кислорода к арматуре. В соответствии со стандартом СЭВ 4421-83, арматура в исследуемом пенобетоне переходит в неустойчивое пассивное состояние. Результаты проведенных исследований по определению рН жидкой фазы показали что, при введении в бетонную смесь пенообразующих добавок рН жидкой фазы пенобетона во всех рассматриваемых случаях сохраняется > 12 за счет химических процессов, происходящих между пенообразующей добавкой и цементной составляющей пенобетона.

По результатам исследований получено заключение, подтвержденное НИИЖБ, о том, что «...в монолитных армированных конструкциях из бетона D1400-D1800 кг/м³ с пенообразующей добавкой, предназначенных для эксплуатации в жилых и общественных зданиях, антикоррозионной защиты арматуры не требуется...».

Таким образом, на основе предложенной классификации и проведенного эксперимента впервые были определены способы ускоренного твердения для укладки монолитных пенобетонов при пониженных и отрицательных температурах, включающие метод термоса, способ укладки с применением противоморозных добавок и электропрогрев. Установлены критические параметры и условия использования пенообразующих добавок для пяти классификационных групп по химическому и температурному признаку. Результатом проведенной работы явилось получение пеноматериала с физико-техническими характеристиками, удовлетворяющими требования ГОСТов 21520-89, 25484-89 при различных методах твердения, которые прошли широкую апробацию и внедрение при возведении зданий и сооружений на строительных площадках в Санкт-Петербурге.

Основные физико-технические характеристики пенобетона, полученного при различных способах твердения представлены в табл. 15.

III. Ускорение твердения пенобетонной смеси при нормальных условиях

Основная идея в данном случае сводилась к возможности создания комплексного пенообразователя, который бы учитывал достоинства ПО разных классов (табл. 1). В качестве исходных пенообразователей были выбраны олефинсульфонаты (ОС) и соли групп высших жирных кислот (Квин). Первые, - поскольку из искусственных пенообразователей дают наиболее устойчивую пену в бетонной смеси и имеют наибольшие значения М, вторые, - как наиболее активно взаимодействующие с цементом по уравнению реакции:

C₃S + (n + 1)H₂O <=> C₂S · nH₂O + Ca²⁺ +2ОН^-

+

2С₁₇Н₃₅СОО^- + Ca²⁺ <=> Ca(C₁₇H₃₅COO)₂ (5)

C₃S + (n + 1)H₂O +2C₁₇H₃₅COO^~ <=> C₂S·nH₂O + Ca(C₁₇H₃₅COO)₂ + 20Н^-

Предварительные калориметрические исследования по максимальному тепловыделению позволили подобрать наилучшее соотношение ОС + Квин, которое составляет 85:15%. В дальнейшем эта пенообразующая добавка названа пенообразователем «Комплекс-1». На рис. 6 показана кривая тепловыделения, которая свидетельствует о том, что «Комплекс-1» усиливает гидратационную способность цемента. Усиление гидратационной способности объясняется реакциями взаимодействия солей высших жирных кислот, входящих в состав пенообразователя, с цементом по ионным реакциям (5).

Таблица 15. Способы твердения и основные свойства пенобетона, полученного в условиях пониженных и отрицательных температур

Рис. 6 Графики суммарного тепловыделения

B дальнейшем было произведено систематическое исследование свойств комплексного пенообразователя в сравнении с исходными пенообразователями Квин и ОС.

Полученный пенообразователь был опробован для получения поризованных бетонов разной плотности; расчет расхода компонентов производился по предлагаемой формуле:

Ц + П + В + V_n k/K_p = D

Ц/d_ц + П/d_n + В + V_n/k = V_обр , (6)

где Ц и П - масса цемента и песка, кг; В - объем воды, л; V_n - объем пены, л; D - задаваемая плотность пенобетона с учетом естественной влажности, кг/м³; k - коэффициент использования пены в цементном тесте; К_р - коэффициент кратности пены; d_n - плотность песка, равная 2,6...2,7 кг/л ; d_u - плотность цемента, равная 3,1...3,3 кг/л; V_обр. - объем образца равный 1000 л.

Рассчитанные по формуле (6) составы поризованного бетона на основе пенообразователя «Комплекс-1» представлены в табл. 16.

Таблица 16 Состав пенобетонной смеси на основе ПО «Комплекс-1»

Физико-технические характеристики пенобетона разной плотности на основе пенообразователя «Комплекс-1» приведены в табл. 17.

Таблица 17 Физико-технические характеристики пенобетона на основе ПО «Комплекс-1»

В табл. 18 приведены сравнительные характеристики пенобетона разной плотности на исходных пенообразователях и пенообразователе «Комплекс-1».

Таблица 18 Сравнительные характеристики пенобетона D1600

Рис. 7 Зависимость прочности при сжатии от В/Ц для пенобетона средней плотности 1600 кг/м³ в возрасте 1, 7, 14 и 21 сут

Проводились исследования влияния на основные механо-физические свойства водоцементного и цементно-песчаного отношений. В результате проведенных исследований были обнаружены области соотношений, при которых наблюдаются максимальные значения по прочности на сжатие. Как следует из представленных зависимостей (рис. 7, 8), максимальные значения прочности при сжатии достигаются в следующих интервалах отношений: для В/Ц - от 0,4 до 0,44 и для цемент/песок - от 0,62 до 0,67.

Рис. 8 Зависимость прочности при сжатии от Цемент/Песок для пенобетона средней плотности 1600 кг/м³ в возрасте 1, 7, 14 и 21 сут

Разработаны составы для строительных растворов, новизна которых защищена Патентом РФ № 2270823. Следует особо отметить, что пенообразующая добавка «Комплекс-1», имеющая синтетическую основу, не ограничена по срокам хранения и ее использование в бетоне не поддерживает биокоррозию. В ходе промышленной апробации пенообразующей добавки «Комплекс-1» был предложен новый способ получения пены, на который также был получен Патент № 2219989. В табл. 19 обобщены новизна и уровень внедрения выполненной работы. Объекты внедрения представлены на рис. 9, 10.

Рис. 9 Устройство монолитных армированных перекрытий в коттеджном комплексе в Санкт-Петербурге.

Рис. 10Завод по производству автоклавного пенобетона в г. Орел

Таблица 19 Новизна и промышленное внедрение предлагаемых технологий

Общие выводы

1. Впервые разработаны основные положения прогнозирования свойств и технологий получения пенобетона с учетом природы строительной пены. Впервые произведена классификация строительной пены, показано, что по природе ПАВ, признаку молекулярных масс, длине углеводородной цепи пенообразующего вещества, а также значению рН пенообразования возможно управлять режимами твердения пеноматериалов на вяжущей основе. Результатом такого рассмотрения было выявление технологических особенностей получения и разработка автоклавной резательной технологии, а также твердение в условиях пониженных и отрицательных температур и нормального твердения. Впервые предложена методика определения рациональной концентрации пенообразующего раствора, при которой достигается максимальная устойчивость пены.

2. Показано, что для автоклавной резательной технологии получения пенобетона целесообразно использование пены с пониженной молекулярной массой и соответственно пониженной структурной вязкостью пены. Впервые разработаны технологические основы получения автоклавного пенобетона по резательной технологии; созданы отечественные резательный и делительный комплексы для этой технологии, исследованы особенности достижения резательной прочности композиционной пенобетонной смеси. Разработана технология получения золопенобетона с использованием золы от сжигания осадков сточных вод. С помощью метода адсорбции индикаторов (метода РЦА) обнаружено, что автоклавный пенобетон обладает адсорбционной способностью по ионам тяжелых металлов, что делает его экозащитным.

3. Впервые определена возможность укладки монолитных пенобетонов при пониженных и отрицательных температурах в зависимости от природы пены, причем более высокая молекулярная масса и число атомов углерода в цепи в общем обеспечивает устойчивость при нагревании до более высоких температур; что делает возможным использование традиционных методов зимнего бетонирования, включая метод «термоса» с предварительным подогревом пенобетонной смеси и электропрогрев греющими проводами. Впервые исследована возможность применения бесконтактного электропрогрева монолитного пенобетона для ускорения твердения при отрицательных температурах, определены предельные температуры, при которых сохраняется устойчивость пены в зависимости от молекулярной массы и числа атомов углерода в углеводородном радикале. Показано, что метод «термоса» и электропрогрев допускают наиболее высокий подогрев укладываемой пенобетонной смеси при использовании клееканифольных и синтетических пенообразователей, имеющих высокие молекулярные массы и повышенные значения n. Установлена совместимость известных противоморозных добавок и пенообразователей, причем, объяснение дано с точки зрения природы пенообразователей и противоморозных добавок.

4. Для нормальных и тепловлажностных условий твердения создана новая пенообразующая добавка на комплексной основе «Комплекс-1», базирующаяся на классификационных признаках и содержащая соли высших жирных кислот, обладающая способностью повышать гидратационную активность цемента, за счет дополнительного связывания ионов кальция в труднорастворимые соли жирных кислот. Показано, что пенообразующие добавки типа «Комплекс-1» позволяют получать пено- и поробетоны средней плотности 400...1600 кг/м³. Обнаружена взаимосвязь механо- и теплофизических свойств бетона средней плотности 1600 кг/м³ и параметров приготовления бетонной смеси.

5. Разработана резательная технология получения автоклавного пенобетона на основе протеиновых пенообразователей средней плотностью 400…600 кг/м³, найдены основные параметры резательной технологии получения автоклавного пенобетона, выявлены зависимости параметров от температуры, времени выдержки массива, соотношения компонентов, исходного количества воды затворения. Полученный автоклавный пенобетон при средней плотности 400-500-600 кг/м³ характеризуется физико-техническими свойствами, соответствующими требованиям ГОСТ 25485, а также меньшей теплопроводностью и сорбционной влажностью. По разработанной технологии произведен опытно-промышленный и промышленный выпуск автоклавного пенобетона на линиях различной мощности в разных регионах России: Опытной базе ПГУПС в г. Санкт-Петербурге (2002 г.), Кореневском заводе в Московской области (2003 г.), Заводе по производству автоклавного пенобетона в г. Орле, (2006 г.).

6. Разработана технология получения золопенобетона с использованием золы от сжигания осадков сточных вод. Предложено использование в качестве части сырьевого компонента (песка) золы от сжигания осадка сточных вод; разработаны составы автоклавного золопенобетона (патент № 2004108763/03), выпущены опытные партии автоклавного золопенобетона в количестве 400 м³ на Опытной базе ПГУПС по адресу: Предпортовая, д.7.

7. Предложена рекомендация ведения работ с монолитным пенобетоном, укладываемым методом «термоса» при наружных температурах до минус 10 °С, которая учитывает время остывания, конструкцию утепления и плотность пенобетона. Показано, что использование противоморозных добавок позволяет вести укладку пенобетона при температуре наружного воздуха до минус 20 °С, при этом в начальной стадии набора прочности в присутствии добавок обнаружено ускорение твердения. Уточнена методика расчета параметров электропрогрева греющими проводами для укладки монолитного пенобетона с учетом природы вводимых пен при отрицательных температурах до - 20 °С. Предлагаемые технологии ускорения твердения монолитного пенобетона в условиях пониженных температур опробованы в строительстве при: теплоизоляции кровли (СПб., ул. Седова, д. 19, 2002 г.), теплоизоляции основания пола по грунту (СПб., Коломяги, к.16, 2003 г.), устройстве выравнивающих стяжек по ж/б перекрытиям (СПб., ул. М. Самсоньевская, д. 15, 2002 г.).

8. Разработана пенообразующая добавка «Комплекс-1», позволяющая получать пенобетон естественного твердения с большим диапазоном средних плотностей, что соответственно предопределяет его использование. Разработана технология использования пенообразователя «Комплекс-1» при монолитном бетонировании; показано, что бетоны на пенообразователе «Комплекс-1» обладают физико-техническими характеристиками, соответствующими требованиям ГОСТов 21520-89, 25484-89. Опытно-промышленная партия пенобетона на пенообразователе «Комплекс-1» опробована, при строительстве коттеджного комплекса в 2001 году (СПб., ул. Эстонская, д. 1).

9. Новизна разработок подтверждена 14 патентами и 11 ТУ России: Патенты № 2139841, № 2145314, № 2145315, № 2205814, № 2236390, № 99103610/03, № 99103609/03, № 99103613/03, №2004110065/03, №2004108763/03, № 2270823, № 2255859, № 2229379, №2219989; ТУ 5746-003-49990652-99, ТУ 5870-001-23372980-99, ТУ 5741-001-49990652-99, ТУ 5842-001-5322876-2001, ТУ 5741-001-01115840-2002, ТУ 5741-005-53228766-2001, ТУ 5813-003-53228766-2001, ТУ 5745-004-53228766-2001, ТУ 5870-006-53228766-2001, ТУ 5832-002-53228766-2001. Материалы диссертации используются в учебном практикуме по строительным специальностям и внедряются в различных регионах России.

Список работ, в которых опубликованы положения диссертации