Исследование интенсивности газовыделения и реакционной способности алюминиевой пудры ПАП-1 при одновременном введении газообразователя с частично гидратированной газобетонной смесью в ячеистобетонную композицию

Исследование интенсивности газовыделения и реакционной способности алюминиевой пудры ПАП-1 при одновременном введении газообразователя с частично гидратированной газобетонной смесью в ячеистобетонную композицию

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

Аннотация: В данной статье рассматривается влияние введения частично гидратированной газобетонной смеси на интенсивность газовыделения, реакционную способность дисперсного газообразователя и физико-механические свойства газобетона. Для проверки рабочей гипотезы были запроектированы и изготовлены два состава. В состав С№1 вводился чистый дисперсный газообразователь, а в состав С№2 вводилась смесь газообразователя с частично гидратированной газобетонной смесью. Сравнительный анализ результатов физико-механических испытаний образцов газобетона исследуемых составов показал, что ее введение повышают предел прочности при сжатии, одновременно уменьшая плотность газобетона. При этом в составе С№1 наблюдается более высокая плотность и падение прочности.

Ключевые слова: частично гидратированная смесь, газообразователь, алюминиевая пудра ПАП-1, реакционная способность, прибор ПГВ-2, кинетика газовыделения, средняя плотность в сухом состоянии, предел прочности при сжатии.

Введение. Ячеистый бетон - это искусственный пористый материал на основе минеральных вяжущих и кремнеземистого компонента, содержащий равномерно распределенные поры и капилляры. Пористость ячеистого бетона составляет до 85-90 % объема. В частности, газобетон - материал, полученный вспучиванием газом, выделившимся в результате реакции, представленной формулой (1).

При этом между металлическим алюминием и гидратом окиси кальция, выделяющимся при гидролизе минералов клинкера вяжущего, происходит химическая реакция с выделением молекулярного водорода [1,2,3].

А1+3Са

Основная часть. Целью работы является - изучить влияние частично гидратированной смеси на реакционную способность алюминиевой пудры

1

ПАП-1. Лабораторный эксперимент проводился на приборе, регистрирующем газовыделение, - ПГВ-2. Общий вид прибора и его основные части представлены на рис. 1.

Рис. 1. - Схема прибора для измерения газовыделения газобетонной смеси ПГВ-2 (вид спереди): 1 - подъемный столик; 2 - газобетонная смесь; 3 -стеклянная реакционная емкость (объемом 3 л.); 4 - шкала; 5 - термометр;

6 - измерительная емкость; 7 - термометр; 8 - подъемная траверса; 9 -подъемная планка; 10 - цилиндр для крепления бумаги самописца; 11 -реверсивный двигатель; 12 - Ц-образный манометр для контролирования

уровня выделяющегося газа.

Для определения параметров кинетики газовыделения необходимо стабилизировать условия опыта. В качестве газообразователя использовали наиболее широко применяемую добавку в технологии газобетона - пудру алюминиевую ПАП-1, которая соответствует требованиям ГОСТ 5494-95 «Пудра алюминиевая. Технические условия» [4,5]. Некоторые технические свойства пудры ПАП-1 приведены в таблице №1.

Таблица №1

Некоторые технические свойства алюминиевой пудры ПАП-1

Показатель

Значение

1

Кроющая способность на воде, см /г >7000

Остаток на сите №008, % 0,98

Содержание жировых добавок, % <3,6

Содержание влажности, % <0,2

В качестве реакционной среды используется известковое молоко с плотностью 1,05±1,2 г/см , температура реакционной среды и скорость перемешивания поддерживаются постоянными на заданном уровне.

Для определения параметров кинетики газовыделения в реакционную емкость (рис. 2) прибора ПГВ-2 заливается известковое молоко, которое автоматически нагревается до заданной температуры. Прибор герметизируется, а затем в реакционную емкость добавляется требуемое количество суспензии газообразователя и проводится регистрация температуры парогазовой среды 12[1] и изменение внутреннего объема прибора Уп[1]. После окончания реакции газовыделения рассчитываются значения объема выделившегося Н2, приведенные к условиям ?=20°С, при атмосферном давлении Ратм=101325 Па [6,7]. Объем выделившегося водорода можно найти по известной формуле (2).

293,15*^2 Н ^ УУ]~Ур

УЦ]-Ур

101325 ^273Д5+£2И 273,1Б + £2[Е]' Кривая кинетики газовыделения часто имеет сигмоидный вид (рис. 3).

Рис. 2. - Схема прибора для измерения газовыделения газобетонной смеси ПГВ - 2 (вид сбоку): 13 - электронагревательный элемент; 14 -мешалка и устройство ввода суспензии газообразователя; 15 -пересыщенный раствор щелочи; 16 - термометр

В качестве частично гидратированной газобетонной смеси использовали отход ячеистобетонного производства - горбушку, срезаемую с массива блока. Этот слой образуется после окончания процесса вспучивания и набора требуемой пластической прочности структуры [8]. Он представляет собой частично гидратированную цементную систему, содержащую кристаллы гидратных новообразований, состоящих в основном из гидроалюминатов кальция [9].

При помощи прибора ПГВ-2 со специальной реакционной емкостью были получены колонки результатов таблицы №2, при математическом пересчете построен график (рис. 3).

Таблица №2

Результаты замеров реакционной способности алюминиевой пудры ПАП-1

Время, мин Объем Объем Объем Объем

выделившегося выделившегося выделившегося выделившегося

газа газа газа газа

0 0 0 0 0

0,25 0 20 0 0

0,5 10 40 10 10

0,75 40 60 70 60

1 60 100 160 180

1,25 80 120 240 230

1,5 85 135 280 260

1,75 85 140 300 270

2 85 140 320 280

2,25 85 140 340 285

2,5 85 140 350 290

2,75 85 140 350 300

3 85 140 350 300

0,25 0,5 0.75 I 1.25 1,5 1,75 2 2,25 2.5 2,75 3

Время., ним.

-35гр. А1.--65;р. А1_ 35гр.А1.+0 - • б5гр-А1*<3

Рис. 3. - График реакционной способности алюминиевой пудры ПАП-1

Кинетика выделения газа замерялась при введении чистого дисперсного газообразователя и одновременном введении дисперсного газообразователя с частично гидратированной газобетонной смесью (О) в разной дозировке.

Выводы. Исходя из проведенных исследований и сличительных испытаний, авторы делают вывод, что наилучшие результаты по кинетике газовыделения показали лабораторные пробы, имеющие в своем составе смесь дисперсного газообразователя с частично гидратированной газобетонной смесью. Перенося результаты исследования на реальные производственные замесы, были получены физико-механические характеристики образцов бетона размером 10х10х10, отобранных из массива.

Сравнительный анализ результатов производили по следующим основным показателям: средняя плотность в сухом состоянии и предел прочности при сжатии. Результаты физико-механических испытаний исследуемых составов сведены в таблицу №3.

В состав С№1 вводился чистый дисперсный газообразователь, а в состав С№2 вводилась смесь газообразователя с частично гидратированной

газобетонной смесью [10].

Таблица №3

Результаты физико-механических испытаний образцов газобетона

Наименование показателя Наименование состава

С№1 С№2

Средняя плотность в сухом состоянии, кг/м3 634 603

Предел прочности при сжатии, МПа 1,7 2,4

Исходя из полученных данных физико-механические характеристики состава С№2 выглядят предпочтительнее состава С№1.

Литература

1. PFA Utilization, Central Electricity Generating Board, Gibbons, Wolverhampton, 1972. pp. 4-6.

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

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

4. Стельмах С.А., Щербань Е.М., Халюшев А.К., Холодняк М.Г., Нажуев М. П., Галкин Ю. В. Влияние технологических факторов на свойства неавтоклавного газобетона // Инженерный вестник Дона, 2017, № 2. URL: ivdon.ru/magazine/archive/N2y2017/4125.

5. Баранов А.Т. Улучшение свойств ячеистого бетона // Бетон и железобетон. 1981. №8. С. 9-10.

6. Баженов Ю.М. Новому веку - новые бетоны // Строительные материалы, оборудование, технологии XXI века. 2000. №2. С. 10-11.

7. Шуйский А.И. Оптимизация процессов структурообразования и повышения качества газобетонных изделий: дис. ... канд. тех. наук: 05.23.05. Ростов-на-Дону, 1983. С. 98-100.

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

9. Шуйский А.И., Стельмах С.А., Щербань Е.М., Халюшев А.К., Холодняк М.Г., Шаталов А.В. Влияние структурирующей добавки на физико-механические свойства неавтоклавного газобетона // Инженерный вестник Дона, 2017 №2 URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/N2y2017/4126.

10. 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.

References

1. PFA Utilization, Central Electricity Generating Board, Gibbons, Wolverhampton, 1972. pp. 4-6.

2. 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.

3. Dvorkin L.I., Dvorkin O.L. Osnovy betonovedeniya [Bases of concrete studies]. S. Peterburg: OOO «Stroy-Beton». 2006. 690 p.

4. Stel'makh S.A., Shcherban' E.M., Khalyushev A.K., Kholodnyak M.G., Nazhuev M.P., Galkin Yu.V. Inzenernyj vestnik Dona (Rus), 2017, №2 URL: ivdon.ru/magazine/archive/N2y2017/4125.

5. Baranov A.T. Beton i zhelezobeton. 1981. №8. pp. 9-10.

6. Bazhenov Ju.M. Stroitel'nye materialy, oborudovanie, tekhnologii XXI veka. 2000. №2. pp. 10-11.

7. Shujskij A.I. Optimizacija processov strukturoobrazovanija i povyshenie kachestva gazobetonnyh izdelij [Optimization of the processes of structure formation and improvement of the quality of aerated concrete products]: dis. ... kand. teh. nauk: 05.23.05. Rostov-na-Donu, 1983. pp. 98-100.

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

9. Shuyskiy A.I., Stel'makh S.A., Shcherban' E.M., Khalyushev A.K., Kholodnyak M.G., Shatalov A.V. Inzenernyj vestnik Dona (Rus), 2017, №2. URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/N2y2017/4126.

10. 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.