Влияние технологических факторов на свойства неавтоклавного газобетона

Влияние технологических факторов на свойства неавтоклавного

газобетона

С.А. Стельмах, Е.М. Щербань, А.К. Халюшев, М.Г. Холодняк, М.П. Нажуев, Ю.В. Галкин Донской государственный технический университет, г. Ростов-на-Дону

Аннотация: В статье рассмотрены проблемы технологии газобетонных изделий неавтоклавного твердения и проанализированы литературные данные, касающиеся изучения влияния различных факторов на технологию изготовления. Приведены результаты экспериментальных исследований, посвященных изучению роли добавок различного вида в формировании структуры газобетона. Исследовано влияние трех факторов: вида поверхностно-активного вещества, введенного в газобетонную смесь; наличия добавки каустической соды; расхода алюминиевой пудры на процесс структурообразования и свойства газобетона неавтоклавного твердения. Полученные данные позволили принять в дальнейших экспериментах в качестве поверхностно -активного вещества стиральный порошок. Экспериментальным путем подтверждено, что исключение из состава газобетонной смеси каустической соды приводит к снижению щелочности, а соответственно реакция газовыделения протекает значительно медленней, что приводит к повышению плотности газобетона, появлению дефектов на поверхности изделий, значительному увеличению брака. Определено оптимальное содержание алюминиевой пудры в составе газобетона, которое соответствует для марки ПАП-1 -5,75 г.

Ключевые слова: неавтоклавный газобетон, добавка, поверхностно-активное вещество, каустическая сода, алюминиевая пудра, газообразователь, газовыделение.

Получение бездефектных изделий из газобетона возможно лишь при правильном подборе соотношения сырьевых компонентов, гранулометрического состава смеси, технологии подготовки газобетонной смеси [1,2]. Так, от количественного соотношения кремнеземистого компонента и вяжущего зависит средняя плотность и прочность газобетона -с увеличением содержания кремнеземистого компонента средняя плотность газобетона увеличивается, а прочность уменьшается [3]. С другой стороны, повышение расхода вяжущего в неавтоклавном ячеистом бетоне обусловливает значительный рост усадки бетона в процессе эксплуатации, которая может достигать 2-3 мм/м [4, 5, 1].

Пористая структура газобетона образуется путем введения, в суспензию затворенных водой твердых компонентов смеси и

газообразующей добавки, в качестве которой чаще всего применяется высокодисперсная алюминиевая пудра. Его недостатки - необходимость применения высокоэффективного смесительного оборудования, которое должно обеспечивать равномерное распределение алюминиевой пудры в объеме бетона, а также необходимость предварительной его обработки и поддержания повышенных температур для обеспечения нормального процесса газообразования [6, 7]. При этом между металлическим алюминием и гидратом окиси кальция, выделяющимся при гидролизе минералов клинкера вяжущего, происходит химическая реакция с выделением молекулярного водорода [8, 9], которая протекает по схеме:

А1 + 3Са

В результате выделения газа водорода происходит вспучивание, которое основывается на совпадении периода наибольшего газообразования с вязкопластичным состоянием смеси [4]. В этот момент смесь свободно деформируется под действием выделяющегося газа, однако удерживает его в смеси.

Однородность распределения пористости зависит от однородности смеси и, прежде всего, от равномерности распределения порообразователя; однородности температурного поля и реологических характеристик по объему материала; воздействия "пористого эффекта", тормозящего вспучивание массы; кинетики изменения пластично-вязких свойств массы во времени и ряда других технологических факторов [8].

Целью работы является изучить влияние технологических факторов на физико-механические свойства неавтоклавного газобетона.

Рассмотрим последовательно влияние каждого из технологических факторов на показатели качества затвердевшего газобетона.

Первым технологическим фактором является алюминиевая пудра марки ПАП-1 по ГОСТ 5494-95 «Пудра алюминиевая. Технические условия».

В состав газобетонной смеси ее вводят в качестве газообразующей добавки. Алюминий является активным металлом, который можно хранить только под слоем керосина, иначе происходит окисление, и он образует на своей поверхности относительно прочную оксидную пленку. Для решения этой проблемы учеными было предложено приготавливать гидрофильную суспензию алюминия, добавив в воду небольшое количество поверхностно-активного вещества (ПАВ). ПАВ служили вещества, представленные в таблице №1.

Таблица № 1

Вид и количество вводимых поверхностно-активных веществ в газобетонную

смесь

Номер состава Вид поверхностно-активного вещества Количество введенного в газобетонную смесь ПАВ, %

С1 Хозяйственное мыло 10

С2 Жидкое мыло «Радуга» 6

С3 Жидкое мыло «All green» 6

С4 Стиральный порошок «Пемос» 7

Введенная алюминиевая суспензия равномерно распределяется по всему объему газобетонной смеси, что приводит к равномерной поризации газобетона. Результаты испытаний образцов газобетона в 28-суточном возрасте нормального твердения приведены на рис. 1.

Полученные данные испытаний образцов составов С1-С4 позволили сделать вывод, что наиболее оптимальными составами, относительно физико-механических характеристик, являются составы С3 и С4. В составе С4 коэффициент конструктивного качества газобетона (универсальная характеристика качества структуры ячеистого бетона ККК=К^ж/р2) показал наилучший результат роста наряду со значительным повышением прочности при сжатии, при этом у состава С4 плотность равна р = 653 кг/м , а у состава

а

С3, наиболее близкого к составу С4 по прочности при сжатии, плотность

"2

равна р = 700 кг/м .

Составы

Рис. 1. - Результаты испытания физико-механических свойств образцов

газобетона

Таким образом, у состава С4 коэффициент конструктивного качества газобетона увеличился на 22% по сравнению с составом С3.

Полученные результаты позволили принять в дальнейших экспериментах в качестве поверхностно-активного вещества стиральный порошок (С4).

Вторым фактором выступает введение в состав газобетонной смеси определенного количества каустической соды, которая увеличивает щелочность среды и одновременно обеспечивает энергичное протекание реакции газообразования по формуле 2:

2NaOH + 4AI + 4H2O = 2NaO • Al2O3' H2O + 3H2 t

Идея эксперимента состоит в том, чтобы приготовить два состава с применением в качестве ПАВ стирального порошка (С4-1 - контрольный; С4-2 - с каустической содой). В ходе эксперимента необходимо было

определить, какое влияние оказывает отсутствие каустической соды на структурообразование газобетонной смеси.

Отмечено, что образцы газобетона, изготовленные из состава С4-2 (с каустической содой), хорошо вспучились. Появление высолов на поверхности образцов связано с химической активностью сульфата натрия. Образцы, изготовленные из состава С4-1 (контрольный - без каустической соды), вспучились заметно хуже, что привело к значительному увеличению количества брака, связанного с плохим структурообразованием, из-за крайне низкой щелочности среды и уменьшения газовыделения.

Таким образом, экспериментальным путем подтверждено, что исключение из состава газобетонной смеси каустической соды приводит к снижению щелочности, а соответственно реакция газовыделения протекает значительно медленней, что приводит к повышению плотности газобетона, появлению дефектов на поверхности изделий и значительному увеличению брака.

Третьим фактором принято количество алюминиевой пудры, влияющей на процесс газообразования, который начинается через несколько минут после добавления ее в газобетонную смесь. Проведены эксперименты по содержанию оптимального количества алюминиевой пудры в составе газобетонной смеси, которая включает в себя ПАВ - стиральный порошок и каустическую соду в количестве, определенном выше. Результаты испытаний образцов газобетона в 7-суточном возрасте нормального твердения приведены на рис. 2.

Исследовались следующие составы: С4-2-1 - экспериментальный состав с количеством газообразователя ПАП-1 - 0,36 %; С4-2-2 - состав с количеством газообразователя ПАП-1 - 0,28 %; С4-2-3 - состав с количеством газообразователя ПАП-1 - 0,45 %.

а

Результаты испытаний образцов составов С4-2-1, С4-2-2, С4-2-3 позволили сделать вывод, что наиболее оптимальным составом относительно физико-механических характеристик является состав С4-2-1.

Рис. 2. - Результаты испытаний физико-механических свойств образцов

газобетона

В составе С4-2-2 количество пудры было недостаточным и, ввиду высокой плотности приготовленного газобетона, коэффициент конструктивного качества снизился по сравнению с составом С4-2-1.

В составе С4-2-3 коэффициент конструктивного качества также снизился на 50% относительно состава С4-2-1, соответственно увеличение расхода пудры с 0,36 % в составе С4-2-1 до 0,45 % в составе С4-2-3 привело к значительной поризации структуры, что негативно сказалось на физико-механических характеристиках газобетона.

Полученные результаты позволили принять для дальнейших исследований оптимальное количество алюминиевой пудры, которое соответствует для марки ПАП-1 - 0,36 %, и экспериментальный состав С4-2-1 как базовый.

Литература

1. Лотов В.А., Митина Н.А. Влияние добавок на формирование межпоровой перегородки в газобетоне неавтоклавного твердения // Строительные материалы. 2003. № 1. С. 2-6.

2. Мартыненко В.А. Влияние характеристик межпоровой перегородки на физико-технические свойства ячеистого бетона // Строительные материалы и изделия. 2003. № 4(18). С. 35-38.

3. Баранов А.Т., Макаричев В.В. Вопросы технологии ячеистых бетонов и конструкций из них. М.: Стройиздат. 1972. 84 с.

4. Кривицкий М.Я., Левин Н.И., Макаричев В.В. Ячеистые бетоны (технология, свойства и конструкции). М.: Стройиздат. 1972. 137 с.

5. Кришенников А.Н. Автоклавный термоизоляционный газобетон. М.: Госэнергоиздат. 1959. С. 74-87.

6. Шишкин А.А., Ковальчук В.А. Влияние железосодержащих добавок и степени "стесненности" условий поризации на прочность пористого бетона // Вюник Донбасько! державно!' академп будiвництва i архггектури. Макпвка: ДонДАБА. 2005. Вип. 2005-1(49). С. 28-31.

7. Шпаца Л.К., Тетере В.Ф., Штейнерт А.Р. Применение химических добавок для улучшения прочностных свойств газобетонного сырца и газобетона. В кн.: Технологическая механика бетона. Рига: 1981. С. 119-127.

8. Удачкин И.В., Гончаров Ю.В. Эффективные способы повышения водозащитных свойств ячеистого бетона. М.: Стройиздат. 1980. С. 22-26.

9. Дворкин Л.И., Дворкин О.Л. Основы бетоноведения. С. Петербург: ООО «Строй-Бетон». 2006. 690 с.

10. Щербань Е.М., Гольцов Ю.И., Ткаченко Г.А., Стельмах С.А. Рецептурно-технологические факторы и их роль в формировании свойств пенобетонов, полученных из смесей, обработанных переменным

электрическим полем // Инженерный вестник Дона, 2012, № 3 URL: ivdon. ru/magazine/archive/n3y2012/899.

11. Явруян Х.С., Холодняк М.Г., Шуйский А.И., Стельмах С.А., Щербань Е.М. Влияние некоторых рецептурно-технологических факторов на свойства неавтоклавного газобетона // Инженерный вестник Дона, 2015, №4 URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n4y2015/3431.

12. Nelson R.L., Ronald E., Barnett P.E. Autoclaved aerated concrete // Council for Masonry Research. 1997. Vol. 9, No 1. pp. 1-4.

13. Ronald E., Barnett P.E. Autoclaved aerated concrete: a lime-based technology // Proc. of International Building Lime Symposium. 2005. Orlando (Florida). pp. 1-8.

References

1. Lotov V.A., Mitina N.A. Stroitel'nye materialy. 2003. №1. pp. 2-6.

2. Martynenko V.A. 2003. №4 (18). pp. 35-38.

3. Baranov A.T., Makarichev V.V. Voprosy tekhnologii yacheistykh betonov i konstruktsiy iz nikh [Questions of cellular concrete trchnology and structures of them]. M.: Stroyizdat. 1972. 84 p.

4. Krivitskiy M.Ya., Levin N.I., Makarichev V.V. Yacheistye betony (tekhnologiya, svoystva i konstruktsii) [Cellular concrete (technology, properties and structure)]. M.: Stroyizdat. 1972. 137 p.

5. Krishennikov A.N. Avtoklavnyy termoizolyatsionnyy gazobeton [Autoclaved thermal insulating aerated concrete]. M.: Gosenergoizdat. 1959. pp. 74-87.

6. Shishkin A.A., Koval'chuk V.A. Vestnik Donbasskoy gosudarstvennoy akademii stroitel'stva i arkhitektury. Makeevka: DonDABA. 2005. Vyp. 2005. 1(49). pp. 28-31.

7. Shpatsa L.K., Tetere V.F., Shteynert A.R. Tekhnologicheskaya mekhanika betona. Riga: 1981. pp. 119-127.

8. Udachkin I.V., Goncharov Yu.V. Effektivnye sposoby povysheniya vodozashchitnykh svoystv yacheistogo betona [Effective ways to improve waterproof properties of cellular concrete]. M.: Stroyizdat. 1980. pp. 22-26.

9. Dvorkin L.I., Dvorkin O.L. Osnovy betonovedeniya [Bases of concrete studies]. S. Peterburg: OOO "Stroy-beton". 2006. 690 p.

10. Shcherban' E.M., Gol'tsov Yu.I., Tkachenko G.A., Stel'makh S.A. Inzenernyj vestnik Dona (Rus), 2012, №3. URL: ivdon.ru/magazine/archive/n3y2012/899.

11. Yavruyan Kh.S., Kholodnyak M.G., Shuyskiy A.I., Stel'makh S.A., Shcherban' E.M. Inzenernyj vestnik Dona (Rus), 2015, №4. URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n4y2015/3431.

12. Nelson R.L., Ronald E., Barnett P.E. Autoclaved aerated concrete. Council for Masonry Research. 1997. Vol. 9, No 1. pp. 1-4.

13. Ronald E., Barnett P.E. Autoclaved aerated concrete: a lime-based technology. Proc. of International Building Lime Symposium. 2005. Orlando (Florida). pp. 1-8.