Эффективный неавтоклавный пенобетон с использованием отсевов дробления бетонного лома

Размещено на http://www.allbest.ru/

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Эффективный неавтоклавный пенобетон с использованием отсевов дробления бетонного лома

05.23.05 - Строительные материалы и изделия

КРАСНОВ Михаил Валерьевич

Москва - 2009

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования Московском государственном строительном университете.

Научные руководители - доктор технических наук, профессор

- доктор технических наук, профессор

Воронин Виктор Валерианович

Официальные оппоненты: - доктор технических наук, профессор

Орешкин Дмитрий Владимирович

- кандидат технических наук

Бессонов Игорь Вячеславович

Ведущая организация Государственное унитарное предприятие

«Научно-исследовательский институт московского

строительства»

Защита состоится «___» _________________200__ года в ____ часов на заседании диссертационного совета Д212.138.02 в ГОУ ВПО Московском государственном строительном университете по адресу: Москва, Ярославское шоссе, дом 26, в аудитории №_____.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского государственного строительного университета.

Автореферат разослан «___»_____________200__года.

Ученый секретарь

диссертационного советаАлимов Л. А.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

дробление отсев пенобетон неавтоклавный

Актуальность работы. Увеличение объемов производства эффективных стеновых материалов, отвечающих требованиям по теплозащите зданий и сооружений, является главной задачей строительной индустрии. Наиболее перспективными являются изделия из неавтоклавного ячеистого бетона. Реальные возможности производства экономически эффективных ячеистых бетонов открываются при получении их с использованием местной сырьевой базы и минеральных промышленных отходов.

На дробильно-сортировочных заводах по переработке железобетонных конструкций образуется около 30 % отсевов дробления. Широкое применение таких отсевов сдерживается из-за высокой их неоднородности и недостаточно изученной роли отсевов дробления в структурообразовании цементных композиций.

Решение эффективного использования отсева дробления связано с их механохимической обработкой, направленной на возможность использования их в технологии неавтоклавного ячеистого бетона.

Диссертационная работа выполнялась в соответствии с Федеральной целевой программой «Жилище» и Национальным проектом «Доступное и комфортное жилье - гражданам России», по межвузовской НТП «Архитектура и строительство».

Цель и задачи работы. Целью настоящей работы является разработка эффективного неавтоклавного пенобетона с использованием отсевов дробления.

Для достижения поставленной цели потребовалось решить следующие задачи:

- обосновать возможность использования отсевов дробления бетона в производстве изделий из неавтоклавного пенобетона с высокими эксплуатационными характеристиками;

- разработать технологию механохимической активации отсевов дробления бетона;

- разработать составы и исследовать структуру и свойства пенобетона с использованием математического метода планирования эксперимента и статистической обработки экспериментальных данных;

- разработать рекомендации по изготовлению неавтоклавного пенобетона с использованием отсевов дробления бетонного лома;

- произвести производственное опробование технологии неавтоклавного пенобетона с использованием отсевов дробления в производственных условиях.

Научная новизна:

- обоснована возможность получения эффективного неавтоклавного пенобетона с использованием отсевов дробления путем их механохимической активации, обеспечивающей повышение однородности, снижение капиллярной пористости и получение мелкокристаллических новообразований типа бемита и гидрокарбоаллюминатов кальция, влияющих на прочностные показатели бетона;

- установлена зависимость удельной поверхности отсева дробления от длительности механохимической активации;

- с помощью методов РФА, ДТА и электронной микроскопии установлено наличие в цементном камне мелкокристаллических новообразований типа бемита и гидрокарбоаллюминатов кальция;

- установлены многофакторные зависимости прочности, средней плотности пенобетона от водотвердого отношения, расхода пенообразователя, содержания активированного отсева дробления, которые необходимы для организации технологии и прогнозирования свойств пенобетона;

- установлены многофакторные зависимости прочности на сжатие и средней плотности от соотношения между отсевом дробления и вяжущим, водотвердого отношения и содержания пенообразователя.

- установлены зависимости прочности пенобетона, средней плотности, усадки при высыхании от состава и структуры пенобетона;

Практическая значимость работы:

- разработана технология механохимической активации отсевов дробления бетона, включающая совместный и раздельный помол, в том числе с использованием ПАВ;

- разработана технология производства изделий из неавтоклавного пенобетона с использованием отсевов дробления бетона;

- разработаны составы и способ получения пенобетона неавтоклавного твердения с использованием пылевидного отсева дробления бетонных конструкций средней плотностью 600 - 900 кг/м³, прочностью при сжатии 2,5-7,5 МПа, морозостойкость F50-F75, за счет замены части цемента (до 20%) на активированный отсев дробления бетона;

- новизна полученных результатов подтверждена патентом на изобретение № 2351575 от 10 апреля 2009 года.

Внедрение результатов исследований. Проведена промышленная апробация разработанных предложений по получению стеновых блоков из пенобетона неавтоклавного твердения с использованием отсева дробления. Опытно-производственное опробование проведено на заводе по выпуску стеновых блоков из неавтоклавного пенобетона фирмы ООО «Трэйдинформ». Выпущена опытная партия пенобетонных стеновых блоков размером 188х300х588 мм средней плотности 700 кг/м³ в объеме 48 м³.

Апробация работы. Результаты работы докладывались на научно-практических конференциях в Московском государственном строительном университете: на научно-технической конференции по итогам научно-исследовательских работ студентов МГСУ за 1998/99 учебный год в 1999 г.; «Строительство - формирование среды жизнедеятельности» в 1999, 2000, 2001, 2002, 2003 г.г.; IV - й международной экологической конференции студентов и молодых ученых. «Роль науки и образования для устойчивого развития на пороге 3 - го тысячелетия» в Московском государственном горном университете в 2000 г., где работа была отмечена почетной грамотой за лучший доклад; 54-й научно-технической конференции молодых ученых (аспирантов, докторантов) и студентов «Актуальные проблемы современного строительства» в Санкт-Петербургском государственном архитектурно-строительном университете в 2000 г.; научно-практическом семинаре «Проблемы и пути создания композиционных материалов и технологии комплексного извлечения металлов из вторичных минеральных ресурсов» в Сибирском государственном индустриальном университете в Новокузнецке в 2001, 2002 г.г.; международной научно-практической конференции «Композиционные строительные материалы. Теория и практика» в Пензенской государственной архитектурно-строительной академии в 2001 г.; международной научно-практической конференции «Поробетон-2005» в Белгородском государственном технологическом университете имени В. Г. Шухова в Белгороде в 2005 г.; второй всероссийской (Международной) конференции «Бетон и железобетон - пути развития» посвященной 100-летию со дня рождения Б. Г. Скрамтаева в Москве в 2005 г.; на заседании кафедры «Технологии вяжущих веществ и бетонов» МГСУ.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, общих выводов, библиографического списка и приложений. Общий объем работы 172 страницы машинописного текста, 37 рисунков, 26 таблиц.

На защиту диссертации выносятся:

- обоснование получения неавтоклавного пенобетона с использованием отсева дробления бетона

- технология производства активированного наполнителя для производства неавтоклавного пенобетона;

- многофакторные зависимости, необходимые для оптимизации составов пенобетона разной средней плотности и технологических параметров его производства на основе получения 2-х и 3-х факторных математических моделей;

- многофакторные зависимости основных свойств, структуры и фазового состава новообразований исходных растворов и пенобетона, раскрывающие роль механохимической активации рабочих смесей;

- результаты опытно-промышленного опробования.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Высокие эксплуатационные характеристики ячеистого бетона могут быть достигнуты за счет повышения прочности и плотности межпоровых перегородок и образования дополнительных продуктов новообразований путем использования активных наполнителей способных реагировать с цементом, активно влияющих на физико-химические процессы, происходящие в твердеющей вяжущей композиции. В роли такого наполнителя могут выступать пылевидные отсевы дробления бетонного лома, содержащие кварц, карбонаты, гидросиликаты кальция, негидратированный портландцемент и др. Однако, использовать отсев дробления без специальной обработки невозможно, так как они имеют склонность к агрегированию, что снижает фактическую удельную поверхность материала. В результате частицы, находящиеся внутри флоккул, остаются не задействованными в адсорбционных процессах и ионном обмене. Для того чтобы вскрыть поверхность пылевидных частиц, содержащих негидратированный портландцемент, необходимо разрушить образовавшиеся микрогранулы и создать условия, препятствующие их дальнейшему образованию. Одним из путей решения данной проблемы может являться механохимическая активация отсева дробления бетонного лома в специальных аппаратах, способствующая разрушению микрогранул и повышающая однородность пылевидных частиц и их реакционной способности. Проведенный анализ позволил сформулировать рабочую гипотезу исследований. Проявление минералами отсева дробления химической активности по мере повышения их дисперсности и кристаллохимической близости к связующему создает предпосылки использования их как эффективных материалов в цементных смесях. Для этого необходимо применять механохимическую активацию, позволяющую избежать нежелательную агрегацию частиц. Химическое взаимодействие минералов пылевидного отсева дробления с гидроксидом кальция в активированных смесях с образованием низкоосновных гидросиликатов кальция позволит повысить прочность и плотность межпоровых перегородок, что обеспечит требуемые физико-механические свойства неавтоклавного ячеистого бетона. Для подтверждения высказанных в гипотезе положений были выбраны следующие материалы:

- портландцемент марки ПЦ500 Д0, изготовленный в ЗАО «Белгородский портландцемент». Химический и минеральный составы клинкера представлены в таблице 1.

Таблица 1.Химический и минеральный составы цементного клинкера

Химический состав, %	Минеральный состав, %
SiO2	Al2O3	Fe2O3	CaO	MgO	SO3	п.п.п.	С3S	C2S	C3A	C4AF
20,4	5,42	3,63	63,5	4,51	1,6	0,94	60	17	4	12

- песок Люберецкого карьера с модулем крупности М_КР = 1,35 и содержанием пылевидной фракции (0 - 0,14 мм) в количестве 5 %. Рассев песка по фракциям представлен в таблице 2. Химический состав песка представлен в таблице 3.

Таблица 2. Рассев песка по фракциям.

Номера сит, мм	Остатки на ситах, %
	Частные	Полные
1,25	5,0	5,0
0,63	10,0	15,0
0,314	15,0	30,0
0,16	55,0	85,0
Менее 0,16	15,0	100,0

Модуль крупности М_КР. = (А_1,25 +А_0,63 + А_0,315 + А_0,16)/100

М_КР. = (5 + 15 + 30 + 85)/100 = 1,35

Таблица 3.Химический состав песка Люберецкого карьера

Содержание оксидов, %
SiO2	Al2O3	Fe2O3	CaO	MgO	SO3	R2O	п.п.п.	SiO2+Al2O3
70 - 100	0 - 12	0 - 5	0 - 8	0 - 5	0 - 6	0 - 2	1,26	2,7

- добавка суперпластификатор С-3 - коричневый порошок легкорастворимый в воде, не имеет запаха, малотоксичен, изготовлен на основе продуктов поликонденсации нафталинсульфокислоты и формальдегида (ТУ 6-36-020429-625-90), произведенный Новомосковским химическим комбинатом органического синтеза.

- пенообразователь синтетический ПБ-2000 (ТУ 2481-185-05744685-01) производства ОАО «ИВХИМПРОМ» г. Иваново.

- вода соответствующая требованиям ГОСТ 23732 - 79 «Вода для бетонов и растворов. Технические условия».

- отсев дробления бетонного лома дробильно-сортировочного завода ООО «САТОРИ» (г. Москва). Гранулометрический анализ отсева дробления, табл.4,

Таблица 4.Рассев отсева дробления по фракциям.

Номера сит, мм	Остатки на ситах, %
	Частные	Полные
5,0	18,0	18,0
2,5	10,0	28,0
1,25	9,0	37,0
0,63	8,0	45,0
0,314	6,0	51,0
0,14	5,0	56,0
Менее 0,14	44,0	100,0

Исследования химико-минерального состава отсева дробления бетонного лома представлены в табл.5 и рис.1.

Таблица 5. Химический состав отсева дробления

Содержание оксидов, %
SiO2	Al2O3	Fe2O3	CaO	MgO	SO3	K2O	Na2O	TiO2	MnO2	ClO2	Всего
51,4	5,01	3,72	35,23	1,25	0,6	1,5	0,51	0,31	0,087	0,29	99,907

С помощью рентгенографического анализа, рис.1, зафиксированы следующие соединения: кварц - SiO₂ с d = [4,26; 3,34; ...; 1,82; ...; 1,375] * 10 -⁹ нм, кальцит - СaCO₃ с d = [3,86; 3,038; 2,49; 2,28; ...] * 10 -⁹ нм, доломит с d = [2,89; 2,20; 2,015;...] * 10 -⁹ нм, ватерит - -СaCO₃ с d = [3,56; 3,29; 2,73; ...; 2,03] * 10 -⁹ нм, эттрингит с d = [9,9-9,7; 5,6; 3,89; 3,49; ... ] * 10 -⁹ нм, портландцемент негидратированный с d = [2,77-2,73; 2,65; 2,61; ...; 1,769; ... ] * 10 -⁹ нм, гидросиликаты кальция - СSН с d = [11,8-10,0; 3,07; 2,80; 1,83] * 10 -⁹ нм, гидроалюминаты кальция - С₂АН₈ с d = [10,8-10,0; 2,87; 2,54; ... ] * 10 -⁹ нм и С₃АН₆ с d = [5,16; 2,80; 2,30; 2,04; ... ] * 10 -⁹ нм, гидрослюда - глинистый минерал как примесь с d = [10; 5,02; 4,45; ... ] * 10 -⁹ нм, ангидрит - СаSО₄ с d = [3,49; 2,84; 2,33; ... ] * 10 -⁹ нм, бёмит - AlO(OH) с d = [6,22; 3,16; 1,84; ...] * 10 -⁹ нм, гётит - FeOOH с d = [6,2; 3,28; 2,47; ...] * 10 -⁹ нм.

Рис.1. Рентгенограмма немолотого отсева дробления бетонных конструкций сносимых зданий.

Строение рентгенограмм свидетельствует, что в данном материале в наибольшем количестве присутствуют следующие соединения: кварц - SiO₂ в количестве 50 - 55 % и кальцит - СaCO₃ в количестве 25 - 30 %.

Для подтверждения взаимодействия бетонных продуктов дробления с вяжущим был проведен сравнительный рентгенографический анализ смеси цемента и продукта дробления в виде порошка и в затвердевшем виде после затворения водой. Данный эксперимент основывается на проведенных ранее работах о реакционной способности карбонатов, встречающихся в природе. В состав продукта дробления тоже входят карбонатные соединения, так как в состав бетона при производстве строительных изделий в качестве крупного заполнителя входили карбонатные породы (известковый щебень).

Рентгенографический анализ образцов показал уменьшение содержания CaCO₃ у образцов с молотым отсевом дробления на 15 - 20 %, а SiO₂ на 10 % по сравнению с немолотым, что говорит о возможном участии отсева в процессе гидратации, рис.2, 3. При этом наблюдается возникновение новообразований с мелкокристаллической структурой (? 0,1 мк), предположительно гидросиликаты, гидроалюмосиликаты, гидроаллюмоферриты кальция как результат твердения цемента, а также наблюдается образование соединений содержащих в своей формуле ионы СО₃ типа СаАl₂(CO₃)₂(ОН)₄ * 6Н₂О - гидрокарбоалюминаты кальция с d = 8,0 * 10 - ⁹ нм, КNa₄Ca₄Si₈O₁₈(СО₃)₄ОН * Н₂О - гидрокарбосиликаты кальция калия и натрия с d = [8,4; 4,17; 2,90; 2,38; 4,05; …] * 10 - ⁹ нм.

Рис.2. Рентгенограмма затвердевшего образца смеси цемента и немолотого отсева дробления бетонного лома.



Рис.3. Рентгенограмма затвердевшего образца смеси цемента и молотого отсева дробления бетонного лома.

Как показали исследования, прочности образцов с молотым отсевом дробления выше прочности образцов с немолотым примерно на 20 %. Полученные данные можно объяснить наличием негидратированного цемента, а также реакционной способностью карбонатов, имеющихся в отсеве дробления. Входящие в состав молотого отсева дробления тонкодисперсные карбонаты кальция (25 - 30 % СаСО₃ по массе) играют роль микровключений в матричном материале, образуют каркас и помогают создавать прочную микробетонную структуру. Выступая в качестве зародышей, центров кристаллизации в процессе структурообразования, карбонаты имеют существенное положительное влияние на физико - химические процессы твердения бетона.

На термогравиграммах образцов контрольного, рис.4, и основного из активированной смеси, рис. 5 в возрасте 28 суток наблюдаются эндотермические эффекты при температуре 100 - 120 ⁰С, которые указывают на удаление слабосвязанной адсорбционной и частично гидратной воды из эттрингита. Процессы дегидратации в этом интервале температур сопровождаются наиболее значительной потерей массы, которая фиксируется на кривой TG. Эндоэффект в интервале температур 840 - 860 ⁰С, отмеченный на обеих термогравиграммах, отражает дегидратацию кальцита. Экзотермический эффект при температуре 910 - 920 ⁰С обычно относят к гидратации тоберморитов.

Отличительной особенностью эффектов термограмм образцов из активированной рабочей смеси является значительное снижение глубины и площади эндоэффекта при температуре 510 - 535 ⁰С, отражающего дегидратацию Ca(OH)₂. Причем с возрастом эффект еще больше сглаживается. Это является доказательством взаимодействия гидроксида кальция с активированными частицами пылевидного отсева дробления бетона. Поскольку гидроксид кальция в основном ответственен за химическое взаимодействие с сульфат ионами, концентрированными растворами, содержащими ионы хлора, калия и магния, с последующим расширением, деструкцией и разрушением цементного камня, кроме того в интервале температур 820 - 830 ⁰С на кривых термограмм образцов из активированных смесей появился достаточно четкий эффект, глубина которого с возрастом увеличилась, характерный для разложения (дегидратации) низкоосновных гидросиликатов кальция. Следовательно механохимическая активация способствует образованию структуры, характеризующейся большим количеством сцепленных между собой волокон тоберморитоподобных новообразований, характерных для смешанных гидросиликатов кальция, с преобладанием низкоосновной формы. Как видно, кривые ДТА подтверждают результаты рентгенофазового анализа.

Рис.4. Термогравиграмма образцов на основе неактивированной смеси после 28 суток твердения: 1 - термограмма; 2 - гравиграмма; 3 - эталон прокаленного оксида алюминия.



Рис. 5. Термогравиграмма образцов на основе активированной смеси после 28 суток твердения: 1 - термограмма; 2 - гравиграмма; 3 - эталон прокаленного оксида алюминия.

Как показали исследования, механохимическая активация в присутствии ПАВ исследуемых рабочих смесей позволила увеличить прочность, морозостойкость и другие качественные показатели затвердевшего камня за счет разрушения микрогранул пылевидных частиц отсева дробления, повышения его реакционной способности, образования аморфных состояний на поверхности частиц (оксида кремния и карбоната кальция), снижения нежелательного комкования, снижения водопотребности смеси.

Подобная обработка способствует накоплению в бетонной смеси субмикрокристаллических коллоидных частиц, схватывание которых задерживается тончайшими пленками поверхностно-активных веществ на поверхности твердой фазы, получаемых при механохимической активации.

С помощью метода планирования эксперимента, получены двухфакторные математические модели второго порядка, описывающие изменения величины удельной поверхности рабочих смесей (1) и прочности на сжатие (Y_R) образцов после 28 суток нормального твердения (2) в зависимости от следующих факторов: соотношения между отсевом дробления и вяжущим (фактор X₁) и времени механохимической активации (фактор X₂), которые позволяют выбрать оптимальное время механохимической активации для заданных составов.

Y_R = 482,3 + 16,7X₁ + 116,6X₂ + 4,5X₁² - 5,5X₂² -5 X₁ X₂ (1)

Y_R = 48,38 + 4,45X₁ + 6,65X₂ - 6,53X₂² -1,8 X₁ X₂ (2)

По математическим моделям построен геометрический образ, представленный на рис. 6. Установлено, что наиболее высокая прочность образцов из составов с соотношениями отсева дробления к вяжущему (С) от 0,75 до 1,25 достигается при продолжительности механохимической активации от 9 до 12 минут (дисперсность смеси 550 м²/кг), при этом прочность на сжатие увеличивается на 50-60 % по сравнению с контрольными составами.

Для приготовления пенобетонной смеси используется одностадийная технология приготовления пенобетона в пенобетоносмесителе с высокой скоростью вращения лопастей. Приготовление пены, смешивание ее с отсевом дробления и портландцементом происходит в одной емкости пенобетоносмесителя. Отсевы дробления применяются на промышленной пенобетонной установке марки УМПБ-1.0.

Исследования по применению пылевидных отсевов дробления проводились на пенобетоносмесителе относящегося к классу лопастных с отражательными перегородками. Они создают мощные радиальные и тангенциальные потоки при вращении ротора, что обеспечивается отражательными лопастями, закрепленными на стенках смесителя. Усилие, передаваемое лопастью активатора твердым частицам, зернам заполнителя, имеет весьма значительную тангенциальную составляющую, что приводит к дополнительной диспергации частиц перемешиваемой смеси.

При перемешивании в высокоскоростных пенобетоносмесителях происходит вовлечение воздуха в готовую смесь, а добавка пенообразователь ПБ2000 лишь стабилизирует пузырьки, вовлеченные в смесь при интенсивном смешивании. Одновременно протекают два процесса. Первый связан с захватом воздуха при перемешивании. Процесс заключается в захлопывании каверн в смеси при разрыве потока лопастями активатора и дальнейшей диспергации пузырьков при возникающих сдвиговых нагрузках в смеси за счет радиальных и тангенциальных потоков. Второй процесс - это захват и фиксация пузырьков воздуха твердыми частицами смеси.

Большое влияние на прочность ячеистого бетона оказывает его рабочая смесь - матрица. Физико-механические свойства рабочей смеси в виде пасты определяют характер протекания процессов образования пенобетонной массы, а по свойствам затвердевшего камня на ее основе можно судить о прочности затвердевшего ячеистого бетона. Каркас и стенки пор обеспечивают прочность, жесткость, трещиностойкость, то есть необходимый комплекс физико-механических свойств пенобетона.

Для изучения структуры материала стенок и каркаса пор пенобетона, были проведены исследования пористости растворов на основе исходных рабочих смесей без пенообразователя.

Изучение поровой структуры плотных образцов на основе рабочих смесей с использованием кварцевого песка с M_КР.=1,35, отсева дробления фракции до 3 мм, а также активированного в мельнице пылевидного отсева дробления с S_УД.=3000 см²/г, осуществлялось по ГОСТ 12730.4-78 «Бетоны. Методы определения показателей пористости» (метод Бруссера М. И.) и с помощью микроскопического метода на сканирующем микроскопе CamScan-4 с использованием программы обработки изображений SIMP - анализ бинарного изображения.

В результате было установлено, что структура образцов на основе кварцевого песка с M_КР.=1,35 и отсева дробления фракции до 3 мм является среднепористой по показателю среднего размера пор (1 ? л ? 3), а структуру образцов на основе активированного в мельнице пылевидного отсева дробления с S_УД.=3000 см²/г можно отнести к макропористой (л < 1).

Изучение поровой структуры плотных образцов на основе трех рабочих смесей с помощью микроскопического метода, подтвердило результат исследования поровой структуры методом водопоглощения. По диаметрам распределения пор, табл. 6, в контрольных образцах на основе кварцевого песка, отсева дробления и в образце на основе активированного пылевидного отсева дробления, следует, что максимум распределения пор смещается в сторону более мелких пор (в интервале до 0,01 мкм).

Таблица 6. Распределение пор по диаметрам в затвердевшем камне

Диаметр пор, мкм	Количество пор в затвердевшем камне, %
	на основе кварцевого песка с МКР.= 1,35	на основе отсева дробления фракции до 2,5 мм	на основе активированного в мельнице пылевидного отсева дробления SУД.=3000 см2/г
0,01	15	21	60
0,51	50	47	24
1,01	12	10	9,7
1,51	8,2	7,7	2,6
2,01	7,5	7	1,7
2,51	1,5	1,4	1,2
3,01	2	2,1	0,4
3,51	1,6	1,3	0,2
4,01	1,4	1,2	0,12
4,51	0,7	0,6	0
5,0	0,6	0,5	0

Результаты испытаний на прочность образцов затвердевших рабочих смесей, табл.7, еще раз доказывают положительное влияние активации отсевов дробления.

Таблица 7. Влияние состава рабочей композиции на прочность плотного песчаного бетона.

Состав	Прочность, МПа*
50 % (ПЦ М500) : 50 % (немолотый отсев дробления)	45 - 49
50 % (ПЦ М500) : 50 % (кварцевый песок МКР. =1)	51 - 53
50 % (ПЦ М500) : 50 % (молотый отсев дробления)	57 - 58

При приготовлении пенобетона не рекомендуется применять пески с модулем крупности >2, так как крупные частицы кварца превышают толщину межпоровых перегородок, что приводит к понижению прочностных и теплотехнических свойств материала, В связи с этим в ячеистом бетоне целесообразно применение молотого (активного) отсева дробления как материала способствующего уплотнению структуры, а также положительно влияющего на процессы твердения вяжущей композиции. Большое влияние на прочность ячеистого бетона оказывает его рабочая смесь - матрица. Физико-механические свойства рабочей смеси в виде пасты будут определять характер протекания процессов образования пенобетонной массы, а по свойствам затвердевшего камня на ее основе можно судить о прочности затвердевшего ячеистого бетона. Каркас и стенки пор обеспечивают прочность, жесткость, трещиностойкость, то есть необходимый комплекс физико-механических свойств пенобетона. Полученный неавтоклавный пенобетон Д600 - Д900, табл. 8, из отсевов дробления бетонного лома, прошедших активацию в вибромельнице, обладает прочностными характеристиками, не уступающими автоклавным ячеистым бетонам.

Таблица 8. Физико - механические свойства пенобетона.

Средняя плотность, кг/м3	Прочность на сжатие, МПа	Класс по прочности	Теплопроводность в сух. состоянии, Вт/ м2*ОС
600	2,5 - 2,8	В2	0,14 - 0,15
700	3,4 - 3,9	В2,5	0,18 - 0,19
800	4,5 - 5	В3,5	0,21 - 0,23
900	5,7 - 7,5	В4,5	0,24 - 0,27

Таким образом, данный вид используемого наполнителя оказывает существенное влияние на свойства пенобетонов. На оптимальных составах пенобетона, табл. 9, из одного и того же сырья и химических добавок можно получить пенобетоны с теплоизоляционными и конструкционными свойствами.

Таблица 9. Оптимальные составы пенобетона

№ п/п	Состав пенобетона в долях по массе от вяжущего	Содержание пенообразователя, кг/м3	Средняя плотность, кг/м3	Расход вяжущего, кг/м3
	вяжущее	Отсев дробления	вода
1	1	1	0,85	0,,63	615	305
2	1	1,05	0,83	0,62	710	340
3	1	1,1	0,82	0,61	805	360
4	1	1,15	0,77	0,60	910	403

Для получения рациональных составов пенобетона на основе смесей с использованием пылевидных отсевов дробления бетона, прошедших механохимическую активацию, были изучены пластично-вязкие свойства и выявлен средний уровень прочности исходных растворов.

Пластично-вязкие свойства изучали с использованием вискозиметра Суттарда. Для оценки влияния состава рабочих смесей на пластично-вязкие свойства исходных растворов, соотношения между пылевидным отсевом дробления и вяжущим принимали равным 0,75; 1; 1,25.

Количество воды подбирали для каждого состава с учетом получения диаметра расплыва по вискозиметру Суттарда от 18 до 36 см при температуре смеси 35-40 ⁰С. Заданные значения текучести смеси должны обеспечить получение ячеистых бетонов средней плотностью 600 - 900 кг/м³.

Изготовленные образцы твердели в течение 28 суток в камере нормального твердения при температуре (18±2) ⁰С и относительной влажности (95±5) %, после чего их подвергали испытаниям на прочность на сжатие.

Анализ влияния состава рабочих смесей на пластично-вязкие свойства и прочность исходных растворов показал, что с увеличением в композиции доли пылевидного отсева дробления увеличивается водопотребность смеси для достижения заданной текучести, что ведет к возрастанию общей пористости. С увеличением водотвердого отношения возрастает общая пористость цементного камня, что приводит к увеличению размеров пор, а также снижению его прочностных показателей.

Сравнение полученных результатов по прочности на сжатие с данными, полученными расчетным путем по формуле Г. П. Сахарова, показывает принципиальную возможность получения на активированных рабочих смесях неавтоклавного пенобетона требуемой прочности в проектном возрасте.

При разработке оптимальных составов пенобетона с использованием пылевидных отсевов дробления бетонного лома использовали математические методы планирования эксперимента по методике, изложенной в работе. Исходя из того, что вид искомой зависимости не известен, для эксперимента принимаем 3-х уровневый план 2-го порядка.

В качестве факторов варьирования были приняты:

Х₁ - соотношение между пылевидным отсевом и вяжущим, С;

Х₂ - водотвердое отношение, В/Т;

Х₃ - содержание пенообразователя в % от массы вяжущего.

Выбранные факторы отвечают требованиям планирования эксперимента, так как они независимы, однозначны, совместимы, управляемы, несут необходимую информацию о составе пенобетона и дают возможность разных сочетаний компонентов смеси, обеспечивая при этом глубокий анализ влияния принятых переменных на основные свойства бетона.

При решении указанных задач в лабораторных условиях были выполнены необходимые предварительные опыты на рабочих смесях, прошедших механохимическую активацию при заданных режимах. Температура сырьевых материалов составляла 20⁰С. Пенообразователь вводили в воду перед дозированием сыпучих сырьевых материалов.

После приготовления, пенобетонную смесь подавали в стандартные металлические формы размером 100х100х100 мм. Образцы выдерживали в течение 28 суток в нормальных условиях твердения. Затем образцы высушивали в сушильном шкафу до постоянной массы и определяли среднюю плотность.

После математической обработки результатов были получены уравнения регрессии, отражающие зависимости прочности на сжатие и средней плотности пенобетона от выбранных факторов. Расчет уравнений регрессии проведен в соответствии с «Руководством по применению методов математического планирования эксперимента в технологии бетона». Значимость коэффициентов уравнений регрессий проведена по критерию Стьюдента. Статистическая проверка адекватности уравнений выполнена с помощью критерия Фишера.

В результате математической обработки экспериментальных данных были получены следующие многофакторные модели, отражающие изменения прочности на сжатие (Y_R) и средней плотности (Y_с) пенобетона в зависимости от принятых факторов в кодовом выражении:

для пенобетона со средней плотностью 600 - 900 кг/м³:

Y_R = 0,9 - 0,25Х₁ - 0,3Х₂ - 0,55Х₃ + 0,47 Х₃² + 0,2Х₁Х₃ + 0,2 Х₂Х₃ (3)

Y_с = 380 - 32Х₂ - 60Х₃ + 40Х₃² - 18Х₁Х₂ + 20Х₂Х₃ (4)

Задачу оптимизации состава пенобетона решали с помощью графического способа, так как он более просто и наглядно позволяет представить общую взаимозависимость. Номограммы дают обобщенные зависимости прочности и средней плотности пенобетона с использованием отсевов дробления бетонного лома от выбранных факторов варьирования.

Анализ кривых номограмм позволяет установить, что получение пенобетонов с заданной средней плотностью 600 - 900 кг/м³ с требуемыми значениями прочности на сжатие возможно при широком диапазоне соотношения пылевидным отсевом и вяжущим (С) от 0,75 до 1,25. По экономическим соображениям, предпочтительно выбирать C равной и выше 1, что позволит сэкономить вяжущее.

Производственное опробование было проведено на базе предприятия ООО«Трейдинформ» (г. Зеленоград). Стеновые блоки из пенобетона со средней плотностью 700 кг/м³ с использованием отсева дробления были изготовлены по литьевой технологии. Отсев дробления был завезен на грузовом автотранспорте с дробильно-сортировочного завода фирмы ООО«САТОРИ». Отдозированные сухие компоненты, подвер-гали механохимической активации в шаровой мельнице на предприятии в течение 10 мин. Активированную сухую композицию упаковали в специальные влагозащитные полиэтиленовые пакеты для транспортировки на место изготовления пенобетонных изделий.

Приготовление пенобетона осуществлялось на установке для приготовления пенобетона УМПБ-1.0. Приготовленную пенобетонную смесь подавали в металлические формы с размером ячеек 188 х 300 х 588 мм. Через одни сутки твер-дения в нормальных условиях изделия расформовывали, укрывали полиэтиле-новыми пленками и перемещали на специальные стеллажи для твердения в те-чение 28 суток при температуре (20 ± 5) °С.

Результаты испытаний показали, что блоки мелкие стеновые средней плотностью 715 кг/м³, изготовленные с ис-пользованием отсева дробления имели прочность на сжатие 2,6 МПа, что соответствует требованиям ГОСТ 21520-89.

Проведенное производственное опробование в заводских условиях и ре-зультаты испытаний изделий свидетельствуют о возможности изготовления пенобетонных изделий с использованием отсева дробления.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Обоснована возможность получения эффективного пенобетона с использованием отсевов дробления путем их механохимической активации, обеспечивающей повышение однородности, снижение капиллярной пористости и получение мелкокристаллических новообразований типа бемита и гидрокарбоаллюминатов кальция в межпоровых перегородках.

2. Разработана технология производства изделий из неавтоклавного пенобетона с использованием отсевов дробления бетона;

3. Разработана технология механохимической активации отсевов дробления, позволяющая избежать нежелательного комкования частиц отсева, способствующая увеличению прочности затвердевшего камня, за счет формирования более однородной структуры цементного камня.

4. Получены двухфакторные математические модели с построением номограммы, отражающие изменения удельной поверхности рабочей смеси и прочности на сжатие затвердевшего камня в зависимости от соотношения между отсевом дробления и вяжущим и длительность механохимической активации, позволяющие выбрать оптимальные режимы для достижения наибольшей прочности пенобетона.

5. Установлена зависимость удельной поверхности рабочих смесей от длительности механохимической активации и установлена оптимальная удельная поверхность активированного отсева дробления.

6. С помощью методов РФА, ДТА и электронной микроскопии установлено, что механохимическая активация рабочих смесей способствует интенсивному взаимодействию частиц отсева дробления с гидратными образованиями вяжущего с образованием мелкокристаллических соединений типа бемита и гидрокарбоаллюминатов кальция.

7. Установлены зависимости прочности, средней плотности пенобетона от водотвердого отношения, расхода пенообразователя, содержания активированного отсева дробления, которые необходимы для организации технологии и прогнозирования свойств пенобетона.

8. Установлены многофакторные зависимости прочности пенобетона, средней плотности, усадки при высыхании от состава и структуры пенобетона.

9. Разработаны составы и способ получения пенобетона неавтоклавного твердения с использованием пылевидного отсева дробления со средней плотностью 600 - 900 кг/м³, прочностью на сжатие 2,5-7,5 МПа, морозостойкость F50-F75.

10. Установлены многофакторные зависимости прочности на сжатие и средней плотности от соотношения между отсевом дробления и вяжущим, водотвердого отношения и содержания пенообразователя.

11. Проведено производственное опробование разработанных предложений по получению стеновых блоков из пенобетона неавтоклавного твердения с использованием отсева дробления.

12. Определена экономическая эффективность использования отсевов дробления при производстве стеновых пенобетонных блоков. Ожидаемый экономический эффект от производства изделий из пенобетона с использованием отсевов дробления составляет 75,6 руб/м³ при сравнении с пенобетонами, изготавливаемыми на традиционных материалах.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНО В СЛЕДУЮЩИХ РАБОТАХ

1. Краснов М. В. Эффективный неавтоклавный пенобетон с использованием отсевов дробления бетонного лома. // Вестник МГСУ, 2009, №2.

2. Краснов М. В., Чистов Ю. Д. Пенобетон неавтоклавного твердения - эффективный строительный материал. Сб. матер. акад. чт. ''Развитие теории и технологий в области силикатных и гипсовых материалов'' и третьей традиционной научно - практической конф. молодых ученых, аспирантов и докторантов ''Строительство - формирование среды жизнедеятельности'', часть 2. - М., 2000.

3. Краснов М. В. Чистов Ю. Д. Изучение реакционной способности продуктов дробления Ж/Б конструкций сносимых зданий. Материалы пятой традиционной научно - практической конференции молодых ученых, аспирантов и докторантов. ''Строительство - формирование среды жизнедеятельности'' - М.: МГСУ, 2002.

4. Краснов М. В., Чистов Ю. Д. Неавтоклавный ячеистый бетон на основе продуктов дробления железобетонных конструкций сносимых зданий. Материалы четвертой традиционной научно - практической конференции молодых ученых, аспирантов и докторантов. ''Строительство - формирование среды жизнедеятельности'' - М.: МГСУ, 2001.

5. Краснов М. В., Чистов Ю. Д.. Производство пенобетонных блоков из тонкодисперсных фракций бетонного лома. // Научные труды второй Всероссийской (Международной) конференции по бетону и железобетону. Том 4. Москва, 2005.

6. Чистов Ю. Д., Краснов М. В. Бетоны неавтоклавного твердения из отходов дробления железобетонных конструкций сносимых зданий. // Строительные материалы, оборудование, технологии XXI века. - 2000, №8.

7. Чистов Ю. Д., Краснов М. В. Высокоэффективный и экологически безопасный бетон из отходов дробления железобетонных конструкций. Тр. молодых ученых. часть 1. - Санкт - Петербург, 2000.

8. Чистов Ю. Д., Краснов М. В. Утилизация бетонных отходов, возникающих в результате сноса зданий. Материалы научно-практического семинара 30 января - 2 февраля 2001 г. «Проблемы и пути создания композиционных материалов и технологии комплексного извлечения металлов из вторичных минеральных ресурсов» - Новокузнецк: СибГИУ, 2001.

9. Чистов Ю. Д., Краснов М. В. Использование продуктов дробления железобетонных конструкций сносимых зданий. Актуальные проблемы современного строительства. Часть 4. Строительные материалы и изделия. Материалы всероссийской ХХХI научно - технической конференции. - Пенза, 2001.

10. Чистов Ю. Д., Краснов М. В. Использование продуктов дробления железобетонных конструкций сносимых зданий. // Строительные материалы.2000, №3.

11. Чистов Ю. Д., Краснов М. В. Проблемы вторичного использования бетонного лома сносимых зданий. Материалы IV - й международной экологической конференции студентов и молодых ученых. ''Роль науки и образования для устойчивого развития на пороге 3 - го тысячелетия'', часть 1. - М.: МГГУ, 2000.

12. Чистов Ю. Д., Краснов М. В. Вторичное использование отходов, образующихся после дробления железобетонных конструкций. Материалы научно-практического семинара 29 января - 1 февраля 2002 г. «Проблемы и пути создания композиционных материалов и технологии комплексного извлечения металлов из вторичных минеральных ресурсов» - Новокузнецк: СибГИУ, 2002.

13. Чистов Ю. Д., Краснов М. В.. Перспективы применения отходов дробления бетонного лома в пенобетоне. // Вестник БГТУ им. В. Г. Шухова. Научно-теоретический журнал.Тематический выпуск «Пенобетон»,2003,№4.

14. Чистов Ю. Д., Краснов М. В.. Теоретические основы создания ячеистого бетона из пылевидных отходов дробления бетонного лома. // Вестник БГТУ им. В. Г. Шухова. Научно-теоретический журнал. Тематический выпуск «Поробетон-2005», 2005, № 4.

15. Размещено на Allbest.ru