Управление качеством и теплозащитными свойствами пенобетонных изделий в целях геоэкозащиты в транспортном строительстве

Общетехнические задачи и пути их решения

187

систем разной природы, которые могут применяться для детоксикации литосферы от загрязнений ИТМ.

Библиографический список

1. Введение в геоэкохимию детоксикации литосферы на базе особенностей процессов твердения вяжущих и искусственного камнеобразования : монография / Л. Б. Сватовская, М. В. Шершнева, А. М. Сычева [и др.]. - СПб. : Петербургский гос. ун-т путей сообщения, 2012. - 80 с.

2. Использование гидратсодержащих твердых отходов с геозащитным резервом на транспорте / Л. Б. Сватовская, М. В. Шершнева, В. Ю. Шангин // Естественные и технические науки. - 2008. - № 4. -С.254-257.

3. Геозащитные свойства гидратсодержащих твердых фаз / Л. Б. Сватовская, М. В. Шершнева, Ю. Е. Пузанова. - СПб. : Геоэкохимия, 2010.- С. 661-663.

4. Информационное значение инженернохимических параметров для эксплуатационных и геоэкозащитных свойств композиций в строительстве / Л. Б. Сватовская, А. В. Хитров, М. М. Байдарашвили, В. Д. Мартынова // Естественные и технические науки. - 2011. - № 4. -С. 375-376.

5. Защита природотехногенных комплексов с учетом использования в строительной деятельности ресурсосохранных технологий / Л. Б. Сватовская, В. Д. Мартынова, М. М. Байдарашвили // Естественные и технические науки. - 2011. -№ 4.- С. 512-514.

6. Инженерно-химические основы прогнозирования геозащитных свойств твердых тел и новых технологий обезвреживания / Л. Б. Сватовская, М. В. Шершнева, А. М. Сычева [и др.]. -СПб. : Петербургский гос. ун-т путей сообщения, 2010. - 80 с.

7. Физическая химия вяжущих материалов / Т. В. Кузнецова, И. В. Кудряшов, В. В. Тимашев. -М. : Высшая школа, 1989. - 380 с.

УДК 699.865

А. М. Сычева, А. Е. Князев, М. Хаммади, Т. И. Бойкова

Петербургский государственный университет путей сообщения

УПРАВЛЕНИЕ КАЧЕСТВОМ И ТЕПЛОЗАЩИТНЫМИ СВОЙСТВАМИ ПЕНОБЕТОННЫХ ИЗДЕЛИЙ В ЦЕЛЯХ ГЕОЭКОЗАЩИТЫ В ТРАНСПОРТНОМ СТРОИТЕЛЬСТВЕ

Рассмотрено влияние твердых частиц веществ, содержащих наноструктурные элементы, на качество и теплозащитные свойства пенобетонных изделий разной плотности при использовании резательной автоклавной технологии получения пенобетонов. Показано, что использование техногенных продуктов производства пенобетона в качестве добавок способствует повышению качества изделий и их теплозащитных свойств.

качество, пенобетонные изделия, теплопроводность, отходы производства.

Введение

Проблема энергосбережения в транспортном строительстве, а также при эксплуатации зданий и сооружений на сегодня очевидна. Как можно управлять теплозащитными свой-

ствами изделий, или, точнее, как при равной плотности материала понизить коэффициент теплопроводности, X, Вт/м°С? Пенобетоны могут быть выбраны для геоэкозащиты как материалы, имеющие низкие ресурсозатраты (и высокий процент воздуха) - примерно

ISSN 1815-588Х. Известия ПГУПС

2013/2

188

Общетехнические задачи и пути их решения

200-500 кг минеральной составляющей (цемент, песок), со средней плотностью D200-D500 и имеющие до 80 % воздуха (т. е. это разбавленные системы, имеющие высокий показатель геоэкозащитности).

Авторы полагают, что повышение энергосберегающих характеристик изделий возможно при улучшении качества резательных пенобетонных изделий с помощью дисперсий твердых фаз. Но сначала следует ответить на некоторые вопросы: какова природа и размер дисперсий для придания теплозащитных свойств материалам и проявления активирующего свойства, повышающего качество изделий; в чем может заключаться геоэкозащитное и эксплуатационное преимущество изделий при повышении теплозащитных свойств и активировании твердыми дисперсиями.

1 Предварительные теоретические

исследования вопроса

В работах [1-3] формулируется основная идея о том, что повышение уровня теплозащитных свойств при улучшении качества пенобетонных изделий, а также совершенствование технологий получения резательных изделий из пенобетона возможны при воздействии на формирующийся каменный скелет (каменную прослойку) изделий твердых частиц определенной природы и размера. Каменный скелет несет основную механофизическую нагрузку, имеет высокую поверхность с учетом пор и является тонкой перегородкой - до десятых долей миллиметра, поэтому вводимые твердые дисперсии не должны превышать этот размер, 10-4 м (105 нм), но при этом должны оказывать существенное влияние на механофизические свойства скелета.

Определенное строение фазы наноразмера ведет к проявлению соответствующих механизмов воздействия на твердеющую пенобетонную систему и улучшению ее свойств. Это могут быть добавки гидратсодержащих фаз или кремнезоли, обладающие связующими и клеящими свойствами, что приво-

дит к снижению теплопроводности и росту прочности и долговечности материала, но в любом случае наноразмер дисперсий соответствует высокой удельной поверхности и способности формировать наноструктуры как рассеивающие фононы и снижающие за счет этого теплопроводность, что, в свою очередь, приводит к экономии энергии при эксплуатации зданий и сооружений.

С другой стороны, твердые фазы веществ более крупного размера (102.. ,105 нм) могут играть роль активаторов гидратационного твердения за счет кислотно-основного катализа, что сдвигает кислотно-основное равновесие в сторону образования, в том числе и некристаллических гидросиликатов, а также влияет на явления на границе раздела фаз «цементная матрица - дисперсия твердой добавки»; при этом такое воздействие тем более заметно, чем выше акцепторная способность катиона, оцененная по орбитальной электроотрицательности [3].

2 Результаты эксперимента

В качестве объектов влияния на теплозащитные свойства повышение качества материалов и изделий рассматривались [3] твердые дисперсии в виде кремнезоля, оксидов алюминия (III) и железа (III) при использовании неавтоклавной резательной технологии получения пенобетонных изделий и в виде комплексных добавок из нано- и наднано-дисперсий для автоклавной резательной технологии получения пенобетонных изделий. Такие дисперсии содержатся:

1) в отходах пенобетонного массива при производстве автоклавного пенобетона, образующихся на стадии резки массива (их называют обрезь-отходы), в них формируются гель-содержащие гидросиликаты типа mCaOnSiO2xH2O, имеющие низкое значение -AH°298, повышенное значение энтропии S0298 и образующиеся в пенобетонном массиве в процессе набора им резательной прочности в течение первых 8 часов его твердения;

2) в отходах, образующихся на стадии разборки пенобетонных блоков после авто-

2013/2

Proceedings of Petersburg Transport University

Общетехнические задачи и пути их решения

189

клавной обработки (отход-пенобой), которые состоят из набора низкоосновных гидросиликатов и кремнегеля, также имеющих низкие значения -ДН° и повышенное значение

298

S°298 [3].

Схема введения комплексных добавок в виде побочных продуктов производства в основной технологический цикл автоклавного твердения показана на рис. 1.

Ранее изучалось влияние комплексных труднорастворимых дисперсий на пластичность, проявляющуюся на технологической стадии резки массива, прочность автоклавных пенобетонных изделий и их теплопроводность. Добавка представляла собой образующийся отход производства в виде вторичного шлама плотностью 1,3 г/л; шлам образуется из твердеющего пенобетонного массива, имеющего прочность на сжатие ~°,°28 МПа и включающего гидросиликаты. В связи с тем, что катион Ca (II) имеет высокую акцепторную способность и высокую орбитальную электроотрицательность, а также с тем, что удельная поверхность образующихся при твердении новообразований высока, предполагалось, что такая смесь значительно улучшит качество пенобетонных блоков на стадии резки массива за счет увеличения его пластичности, будет способствовать уменьшению образующегося при резке брака и повысит тепло- и механофизические свойства материала после автоклавной обработки.

При приготовлении пенобетонной смеси часть песка заменялась комплексной добавкой в количестве до 3° % по массе в виде отхода после резки (обрезь). Состав пенобетонной смеси различной средней плотности показан в табл. 1.

Качество оценивалось по количеству продукции первой категории, поскольку первая категория качества требует при использовании изделий для кладки стены клей, что снижает теплопроводность в отличие от второй категории, для которой требуется строительный раствор с более высокой теплопроводностью, чем у клея, что создает «мостики холода». Такой раствор способствует увеличению расхода энергии при эксплуатации зданий и других строительных сооружений.

Оценивались также прочность после автоклавной обработки, теплопроводность и морозостойкость. Было обнаружено, что при использовании комплексной добавки в виде вторичного шлама вместо части первичного значительно снижается количество трещин, образующихся при резке массива, и количество готовых изделий первой категории качества увеличивается в среднем на 14 % для средней плотности .04°°... D6°° за счет увеличения пластичности смеси и качества резки массива (рис. 2).

В дальнейшем образцы пенобетонного массива средней плотности D4°°... D6°°, в состав которых входила комплексная

отход-обрезь

Рис. 1. Схема введения комплексных добавок в виде гель-содержащих отходов в основной технологический цикл производства автоклавных пенобетонных изделий

ISSN 1815-588Х. Известия ПГУПС

2013/2

190

Общетехнические задачи и пути их решения

ТАБЛИЦА 1. Расход сырьевых материалов для автоклавных пенобетонных изделий различной средней плотности

Марка пенобетона по средней плотности Расход материалов на 1 м3 пенобетонной массы

Известь, кг Цемент, кг Песок, кг Отход-обрезь, кг Пенообразователь на протеиновой основе, л В/В

D400 45-50 145-150 85-90 85-90 2,1 0,9

D500 45-50 145-150 135-140 135-140 1,97 0,88

D600 50-55 150-155 175-180 175-180 1,81 0,86

добавка в виде вторичного шлама в количестве 30 %, после технологической стадии резки выдерживались до автоклавной обработки от 8 часов до 15 суток с целью отслеживания влияния на процессы твердения. При этом предполагалось, что должно существовать критическое время до кристаллизации и перекристаллизации новообразований и именно в этот промежуток проявляются свойства частиц наноразмера. Затем образцы подвергались автоклавированию и далее проводились их физико-химические и физико-механические исследования. Было обнаружено, что с увеличением времени предавтоклавной выдержки наблюдается рост прочности материала по сравнению с контрольным образцом, выдержанным до автоклавной обработки в соответствии с существующим на заводе технологическим регламентом в течение 8 часов.

Наибольший прирост прочности (до 40 %) показали образцы, время выдержки которых

составило трое суток. Далее прочность образцов постепенно снижается и в возрасте 15 суток приравнивается к прочности контрольного образца.

Рентгенофазовый анализ показал, что с увеличением выдержки образцов пенобетонных массивов до автоклавной обработки растет интенсивность линий гиролита C2S3H2d/n = (4,21; 3,06; 2,45; 1,81) х 10-10 м и падает интенсивность линий тоберморита C5S6H5cd/n = (2,97; 2,804; 1,83; 1,99) х 10-10 м. Дериватографический анализ образцов показал, что суммарная потеря массы образцами меняется с увеличением времени выдержки перед автоклавной обработкой: увеличивается к трем суткам и постепенно падает к пятнадцати суткам выдержки, что коррелируется с прочностными характеристиками пенобетонных изделий.

Из полученных результатов и кинетических исследований прочности можно сделать вывод о том, что существует критическое

'•р 100 -1 1 8 ?£ 95-II 90 -& § 0 а 85 - е 2 SS 80 - F g 1 « 75 -.go 70 D600 D500 D400 D600 D500 D400 009G D500 D400 009G D500 D400

а \ \ \ 0 10 20 30

Количество вводимого вторичного шлама, %

Рис. 2. Зависимость количества продукции первой категории качества от количества вторичного шлама

2013/2

Proceedings of Petersburg Transport University

Общетехнические задачи и пути их решения

191

время твердения пенобетонных изделий до автоклавной обработки. Полученные данные говорят о том, что использование ком -плексной добавки в виде вторичного шлама не только ведет к увеличению продукции первой категории качества, но и к улучшению физико-механических характеристик при соблюдении определенных граничных условий.

Рассматривалось также влияние другой группы комплексных труднорастворимых дисперсий, содержащих частицы наднано-размера, на теплопроводность и прочность на растяжение при изгибе автоклавного пенобетона. Добавка представляла собой послеавтоклавный пенобой - отход пенобетона после автоклавной обработки, выявленный при разборке массивов и состоящий, как следует из данных специальной литературы [1, 2], в основном из низкоосновных гидросили-

катов типа тоберморита, гиролита, CSH (B) и кремнегеля. Отход, молотый до определенного размера частиц, вводился в пеносмесь в количестве 1, 5, 10 и 15 % от массы песка, и затем пеносмесь проходила стандартный технологический цикл до получения автоклавных резательных пенобетонных изделий. После автоклавной обработки было обнаружено, что с увеличением количества вводимого пенобоя уменьшается теплопроводность и увеличивается прочность на растяжение при изгибе пенобетона. Результаты представлены в табл. 2.

Анализ данных таблицы показывает, что с увеличением количества вводимого отхода пенобоя теплопроводность уменьшается до 25 %, прочность на растяжение при изгибе возрастает до 30 %, соответственно возрастает трещиностойкость материала до 35 %, косвенно оцененная как отношение R /R .

изг сж

ТАБЛИЦА 2. Тепло- и механофизические характеристики автоклавных пенобетонных изделий средней плотности Ц400.. ..D600 с добавкой пенобоя

Добавка пенобоя, % Марка образцов по средней плотности Теплопроводность, X, (Вт/мС°)% Прочность на растяжение при изгибе, МПа/% Трещиностойкость, (R /R )/% ’ 4 изг сж7

0 D400 0,10/100 0,85/100 0,47/100

D500 0,12/100 1,33/100 0,45/100

D600 0,14/100 1,74/100 0,44/100

1 D400 0,09/90 0,87/102 0,54/114

D500 0,12/100 1,34/100,7 0,45/100

D600 0,14/100 1,75/100,5 0,46/104

5 D400 0,09/90 0,88/103 0,55/117

D500 0,11/92 1,4/105 0,5/111

D600 0,13/93 1,87/107 0,47/106

10 D400 0,08/80 0,95/111 0,57/121

D500 0,10/83 1,53/115 0,52/115

D600 0,12/86 2,1/120 0,54/123

15 D400 0,08/80 1,1/129 0,61/129

D500 0,09/75 1,75/131 0,61/135

D600 0,12/86 2,3/132 0,56/127

ISSN 1815-588Х. Известия ПГУПС

2013/2

192

Общетехнические задачи и пути их решения

Заключение

1. Рассмотрено качество пенобетонов и их теплозащитные свойства при введении твердых фаз в виде техногенных веществ производства резательных автоклавных пенобетонов, содержащих наноструктурные элементы в виде тоберморитового геля, отличающегося высоким значением энтропии.

2. Сделан вывод о том, что, вводя дисперсии твердых фаз соответствующего размера при твердении автоклавного пенобетона, возможно повысить теплозащитные свойства и качество изделий.

Библиографический список

1. Классификация размерностей наноструктур и свойства композиционных материалов / А. М. Сычева, И. П. Филатов. - Архитектура и строительство. - 2008. - № 4. - С. 90-92.

2. Активированное твердение пенобетонов / А. М. Сычева [и др.] ; под ред. д-ра техн. наук

Л. Б. Сватовской. - СПб. : Петербургский гос. ун-т путей сообщения, 2007. - 62 с.

3. Пат. 2377207 Российская Федерация, МПКС04В22/08. Комплексная добавка / Сватовская Л. Б. Сычева А. М., Елисеева Н. Н. ; заявитель и патентообладатель Петербургский государственный университет путей сообщения. - № 2008132197/03; заявл. 04.08.2008 ; опубл. 27.12.2009.

4. Пат. 2394796 Российская Федерация, МПК С04В38/10. Смесь для автоклавного пенобетона / Сватовская Л. Б., Сычева А. М., Филатов И. П., Бойкова Т. И. ; заявитель и патентообладатель Петербургский государственный университет путей сообщения. - № 2009116991/03 ; заявл. 04.05.2009 ; опубл. 20.07.2010.

5. Пат. 2395478 Российская Федерация, МПКC04B38/10. Автоклавный золопенобетон / Сватовская Л. Б., Сычева А. М., Шершнева М. В., Сурков В. Н. ; заявитель и патентообладатель Петербургский государственный университет путей сообщения. - 2009116967/03 ; заявл. 04.05.2009 ; опубл. 27.07.2010.

УДК 629.423: 621.3.025 А. Я. Якушев, Е. В. Опарина

Петербургский государственный университет путей сообщения

ОПТИМИЗАЦИЯ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИМИ АППАРАТАМИ ПАССАЖИРСКИХ ЭЛЕКТРОВОЗОВ ЭП1 И ЭП2К С ПОМОЩЬЮ МУЛЬТИПЛЕКСНЫХ КАНАЛОВ

Приведен способ оптимизации кабельного оборудования для управления силовыми электрическими аппаратами электроподвижного состава с применением мультиплексных каналов. В качестве интерфейса для обмена данными рассмотрено применение последовательного интерфейса I 2C.

мультиплексный канал, электроподвижной состав, интерфейс.

Введение

С развитием автоматизации стали развиваться системы каскадного (подчиненного) управления электроподвижного состава. В подсистемах нижнего уровня для управления электрическими аппаратами

применяются индивидуальные каналы для передачи управляющих сигналов и отслеживания состояния оборудования. Гибкое варьирование аппаратных средств дает возможность организовать вместо имеющихся индивидуальных каналов управления сеть малой автоматизации на последовательных

2013/2

Proceedings of Petersburg Transport University