Активация цементного теста и пенобетонной смеси в электромагнитных помольных агрегатах

Е.А. Торлина, А.И. Шуйский, Г.А. Ткаченко, С.Б. Языева

АКТИВАЦИЯ ЦЕМЕНТНОГО ТЕСТА И ПЕНОБЕТОННОЙ СМЕСИ В ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ПОМОЛЬНЫХ АГРЕГАТАХ.

Для реализации задачи энергосбережения и ресурсосбережения в строительстве необходимо направить усилия исследователей и всего строительного комплекса на развитие и совершенствование производства эффективных материалов и конструкций.

Эффективный материал для ограждающих конструкций должен обеспечивать повышенное термосопротивление, снижение массы зданий и сооружений, сокращение материалоемкости, трудоемкости и стоимости строительства. Этим требованиям в полной мере отвечают конструкции из ячеистых бетонов.

Существует несколько способов производства изделий из ячеистого бетона, однако сегодня в стройиндустрии страны существенное место занимает пенобетон неавтоклавного твердения.

По оценкам специалистов, дальнейшее развитие производства и применения неавтоклавного пенобетона можно осуществлять на основе создания способов и технологий, обеспечивающих прочностные характеристики пенобетона равные или превышающие показатели равноплотного автоклавного газобетона.

Существует много способов и составов, повышающих прочность неавтоклавного пенобетона. Наиболее рациональными для промышленного применения являются способы активации сырьевых компонентов или пенобетонных смесей. Самыми эффективными активаторами по степени механического, электрохимического и электромагнитного воздействия на обрабатываемые материалы и по удельной энергоемкости, являются электромагнитные аппараты вихревого слоя.

Активация осуществляется в установках, где компоненты подвергаются обработке в рабочей зоне, выполненной в виде трубы диаметром 60-150мм, с размещенными в ней ферримагнитными частицами (иглами). Под воздействием

внешнего вращающегося электромагнитного поля иглы перемещаются по рабочей зоне, соударяясь с частицами помещенных туда компонентов, перемешивая и размалывая их. При этом генерируются эффекты акустических волн, электролиза, магнитострикции, механострикции и кавитации с большой удельной мощностью. При этом обеспечивая повышение однородности смеси, многократное возрастание скоростей физико-химических процессов структурообразования. Оценка степени влияния параметров электромагнитных активаторов на свойства сырьевых компонентов и пенобетонной смеси - сложная научно-техническая проблема, требующая решения.

В Ростовском государственном строительном университете проведены исследования по оценке степени влияния параметров активации на свойства цемента, пенобетонной смеси и пенобетона.

На первом этапе работы проводились исследования по увеличению дисперсионных характеристик цементного теста, обработанного в активаторе, с целью повышения прочностных характеристик цементного камня.

В эксперименте варьировалось время обработки цементного теста (В/Ц- 1/1) в пределах от 10 до 100 сек. При этом контролировались характеристики гранулометрического состава и удельной поверхности частиц цемента с помощью Микросайзера МС-201С. После активации, в полученную смесь добавлялись 3 части стандартного песка (от массы цемента), масса перемешивалась в лабораторной растворомешалке в течение трех минут. Далее из полученного цементно-песчаного раствора формовались образцы - балочки стандартного размера (40х40х160 мм). Образцы твердели в течение 28 суток в нормальных условиях. После этого образцы подвергали физико-механическим испытаниям.

Анализ результатов испытаний показал, что увеличение времени обработки

цементного теста в УАП от 10 до 100 с приводит к увеличению удельной

2 2 поверхности частиц цемента с Буд = 2930см /г до Буд = 3820см /г. При этом

изменяется и характер распределения частиц по фракциям.

Анализ полученных данных показал, что увеличение времени обработки цементного теста приводит к смещению кривых распределения в сторону

увеличения количества мелких фракций цемента. Так, для необработанного цемента количество частиц диаметром до 20 мкм составляет 44%, а для цемента обработанного в течение 100с - 71,2%.

Такие изменения дисперсности цемента приводят к росту прочности цементного камня, что подтверждается результатами испытаний образцов, приведенными в табл.1 .

Таблица 1. Влияние времени обработки цементного теста в активаторе на

рост прочности образцов цементно - песчаного раствора

№ состава Время обработки, с. Предел прочности при сжатии (МПа) через :

7 суток 14 суток 21 суток 28 суток

1 0 25,0 36,0 42,5 47,0

2 10 27,0 39,0 45,0 52,0

3 30 29,0 43,0 52,0 58,0

4 70 29,5 44,0 53,5 61,0

5 100 30,0 46,0 55,0 64,0

На основании анализа полученных результатов установлено, что обработка цементного теста в УАП приводит к значительному повышению (на 36,2%) прочности цементного камня.

На втором этапе исследования проводилась обработка в активаторе цементно-песчаного раствора. Соотношение песка и цемента в растворе было принято 1:1. Вода затворения использовалась в полном объеме (В/Т=0,6). Предварительно приготовленный цементно-песчаный раствор пропускался через активатор в течение 10; 30; 70 и 100 секунд. Полученную таким образом смесь помещали в лабораторный турбулентный смеситель, куда дозировали пенообразователь «Пеностром». В течение 3 минут готовилась пенобетонная смесь и заливалась в формы-кубы (по девять образцов для каждого эксперимента) размером 100х100х100мм. Отформованные образцы выдерживались 2 часа, после чего подвергались пропарке по режиму: 2ч + 8ч/900С + 3ч. После пропарки образцы распалубливались и подвергались испытаниям на прочность и плотность в соответствии с ГОСТ. Результаты испытаний приведены в табл. 2.

Таблица № 2. Влияние времени обработки пенобетонной смеси в активаторе на свойства пенобетона

№ сост ава Время обработ ки, с. Подвижн ость смеси, по Суттарду, см. Средняя плотность смесь, т/м3 Средняя плотность пенобетона, т/м3 Предел прочности при сжатии, МПа Коэффицие нт конструкти вного качества, МПа/м6 т-2

1 0 26 0,786 0,618 2,24 5, 87

2 10 25 0,768 0,611 2,65 7,10

3 30 23 0,754 0,603 2,80 7,70

4 70 21 0,749 0,586 4 3, 9,14

5 100 19 0,731 0,578 3,26 9,76

Анализ результатов показал, что предложенный способ обработки растворной смеси позволил значительно повысить прочность пенобетона (до 40%). При этом плотность пенобетона так же снижается (до 8%), что свидетельствует не только о повышении однородности структуры пенобетонной смеси за счет высокой степени гомогенизации, но и о дополнительной поризации растворной составляющей при обработке в активаторе. Эти выводы подтверждаются динамикой изменения коэффициента конструктивного качества пенобетона, который определялся по формуле №1 и характеризует качество структуры ячеистого бетона.

ККК = R/p2;

Где: ККК - коэффициента конструктивного качества пенобетона, МПа/м6 т-2;

Я - предел прочности пенобетона при сжатии, МПа; р - средняя плотность пенобетона, т/м3 .

Полученные данные позволяют сделать вывод о том, что критерий качества структуры пенобетона при использовании обработки в активаторе возрастает на 40 - 60%.

Проведенные нами исследования позволяют сделать следующие выводы об эффективности предложенных решений:

1. Обработка позволяет повысить удельную поверхность твердых компонентов пенобетонной смеси на 25 - 30%, что способствует повышению активности вяжущего (до 35%) и реакционной способности наполнителя. Их взаимодействие приводит к образованию более прочного межпрового материала, определяющего прочностные характеристики пенобетонных изделий.

2. Повышается качество макро- и микроструктуры пенобетона за счет повышения интенсивности гомогенизации компонентов и за счет дополнительного воздухововлечения при обработке в активаторе. Об этом свидетельствует снижение плотности пенобетона на 5-8% и увеличение коэффициента конструктивного качества пенобетона на 40 - 60 %.

3. Значительно, на 30-40%, повышается прочность пенобетонных изделий.

Это очень важно для повышения уровня качества продукции на производстве

и удовлетворения возрастающих потребностей рынка строительных материалов.