Формирования пористой структуры газобетона с использованием полевошпатово-кварцевогопеска и волокон асбеста

А.С. Сандан Влияние технологических факторов на структуру керамзитопенобетона

ускорения твердения и уменьшения усадки.

Литература:

1. Арбеньев, А.С. Технология бетонирования с электроразогревом смеси /А.С. Арбеньев. - М: Стройиздат, 1975.- 145с.

2. Ваганов, А.И. Исследование свойств керамзитобетона/ А.И. Ваганов.- Л.;М.: Госстройиздат, I960. - 64 с.

3. Грязев, P.M. Влияние предварительного пароразогрева бетонной смеси на свойства керамзитобетона и фактурного слоя / Р.М. Грязев, и др. // Бетон и железобетон. -1976. - № 11. - С.20-21.

4. Дмитрович, А.Д. Тепломассообмен при твердении бетона в паровой среде / А.Д. Дмитрович. - М.: Стройиздат, 1967. - 244с.

5. Комохов, П.Г. Зимнее бетонирование с электроразогревом / П.Г. Комохов, А.С. Арбеньев. - М.: Спецстройиздат, 1970. -102с.

6. Миронов, С.А. Вопросы общей технологии и ускорения твердения бетона / С.А. Миронов; НИИЖБ, - М.; 1970. - 224с.

7. Штоль, Т.М. Технология керамзито-бетонных изделий на горячем заполнителе / Т.М. Штоль, О.Ш. Кикава. - М: Стройиздат, 1986. - 130 с.

Р.Г. Долотова, В.И. Верещагин, В.Н. Смиренская

Томский политехнический университет

ФОРМИРОВАНИЯ ПОРИСТОЙ СТРУКТУРЫ ГАЗОБЕТОНА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ПОЛЕВОШПАТОВО-КВАРЦЕВОГО ПЕСКА И ВОЛОКОН АСБЕСТА

Изучены структура порового пространства и межпоровых перегородок неавтоклавного газобетона с использованием полевошпатово-кварцевого песка и волокон асбеста. Рассмотрены условия формирования равномерной пористой структуры газобетона и образования низкоосновных гидросиликатов кальция в мелкодисперсном состоянии с формой кристаллов в виде игл и волокон.

Ключевые слова: Ячеистый бетон, структура, фазовый состав, волокна, макроструктура, микроструктура, пора, пористая перегородка.

R.G. Dolotova, V.I. Verechagin, V.N. Smirenckay

FORMATIONS OF POROUS STRUCTURE GAZOBETONA WITH USE OF POLEVOSHPATOVO-QUARTZ SAND AND ASBESTOS FIBRES

Are studied structure porous spaces and partitions gazobetona with use of polevoshpatovo-quartz sand and asbestos fibres. Conditions of formation of uniform porous structure gazobetona.

Key words: Cellular concrete, structure, phase structure, fibres, macrostructure, microstructure, porous, porous partition.

Традиционно в составах ячеистых бетонов в качестве кремнеземистого компонента применяется хорошо изученный кварцевый песок,

содержащий не менее 90 % SiO2 [1, 2]. Доступными источниками местного кремнеземистого сырья, как

потенциального резерва минерально-сырьевой базы промышленности строительных материалов, являются полевошпатово-кварцевые пески,

использование которых в производстве

ячеистых бетонов предусматривается минимумом требований соответствующих стандартов. Ранее проведенные комплексные исследования [3] позволили оценивать качество и пригодность полевошпатово-кварцевых песков в качестве заполнителей неавтоклавного ячеистого бетона.

Ячеистый бетон можно рассматривать как строительный композит: материал с требуемыми свойствами можно получить путем изменения

структуры матрицы (для ячеистых бетонов это межпоровые перегородки) композита путем введения волокнистых добавок различной природы в формовочные смеси, что приводит к эффективному улучшению свойств готовых изделий за счет их армирования.

Целью данной работы является исследование структуры и минерального состава газобетона неавтоклавного твердения на основе портландцемента с использованием полевошпатово-кварце-вого песка и асбестовых волокон.

Масса для изготовления ячеистого бетона готовилась по общепринятой методике [2] путем смешения сырьевых компонентов и технологических добавок в последовательности: полевошпатово-кварцевый песок ^ известковое молоко ^ технологические добавки (жидкое натриевое стекло и микрокремнезем) ^ вода (50 % мас. от общего количества воды затворения) ^ асбестовое волокно ^ портландцемент ^ полуводный гипс ^ вода (оставшееся количество) ^ суспензия порошка алюминия (газообра-зователь). Температура бетонной смеси составляла 30...35 °С. Полученную смесь разливали в разъемные, предварительно смазанные и подогретые металлические формы. После достижения необходимой прочности изделия извлекали из форм и направляли в пропарочную камеру на тепловлаж-ностную обработку при атмосферном давлении и температуре 90 °С по режиму 1,5 - (6.8) - (1,5.2) ч для завершения процессов твердения. По результатам проведенных исследований, были получены ячеисто-бетонные образцы, прочностные характеристики которых при средней плотности 500.550 кг/м3 составляли: 2,65.2,75

МПа, что на 15.20 % выше показателей установленных стандартом.

Методами сканирующей электронной микроскопии, рентгенофазового и дифференциально-термического анализа были изучены процессы фазообразо-вания, структура порового пространства и межпоровых перегородок неавтоклавного газобетона плотностью 500 кг/м3 на основе портландцемента с использованием кремнеземистого заполнителя полевошпатово-кварцевого песка в сочетании с волокнами асбеста после тепловлажностной обработки пропари-ванием.

Для определения минералогического состава готовых изделий проводили качественный рентгенофазовый анализ с использованием дифрактометра ДРОН-3М в диапазоне 29=10.90°, скорость вращения гониометра составляла 4 град/мин, напряжение на аноде 30.40 кВ, анодный ток 15.25 мА. Дифференциально-термический и термогравиметрический анализы выполняли на дериватографе системы РаиПк-РаиПк-ЕМеу марки Q-1500 D. Нагрев материалов проводили до 1000 °С со скоростью нагрева исследуемых образцов 10 °С/мин.

Макроструктура газобетона с плотностью 500 кг/м3 представлена равномерной пористой структурой с выдержанными размерами пор от 0,3 до 1 мм, которые формируют ячеистую структуру, представленную порами овальной или округлой формы (рис. 1) и ровную без раковин и трещин поверхность межпоровых перегородок. Полидисперсный характер

распределения пор обеспечивается равномерным распределением пор меньших размеров между порами больших размеров.

Рис. 1. Макроструктура неавтоклавного газобетона на основе портландцемента с использованием полевошпатово-кварцевого песка и волокон асбеста

Неавтоклавный ячеистый бетон изготавливают в основном при использовании портландцемента, и именно процессы схватывания и твердения цемента в присутствии компонентов ячеистой массы

определяют минеральный состав новообразований и свойства изделий. Использование электронной микроскопии при сверхвысокой разрешающей способности позволило описать морфологические особенности гидрат-ных фаз и исследовать поровый раствор гидратированного цемента.

На микрофотографиях (рис. 2) ячеистого бетона отчетливо видны кристаллические образования из сферолитов, мельчайших игольчатых и нитевидных кристаллов новообразо-

ваний, скрепленных гелеобразной фазой. Дендритоподобные сростки кристаллов размерами 15.25 мкм из хорошо закристаллизованных длинноволокнистых (игольчатых) гидросиликатов кальция, которые образовались на границе раздела фаз межпоровой перегородки и пространства поры. Часть игольчатых кристаллов «прошивают» поровое пространство газобетона (рис. 2, а, б), что способствует упрочнению и повышению прочностных характеристик ячеистого бетона. Волокна асбеста более четко формируют границу раздела межпоровых перегородок и порового пространства, приближенную по форме к сферической (рис. 2, в).

Рис. 2. Микрофотографии порового пространства и межпоровой перегородки неавтоклавного газобетона на основе портландцемента с использованием полевошпатово-кварцевого песка и волокон асбеста: а) внутренняя поверхность поры; б, в) межпоровые перегородки при разном увеличении

Формирование однородных микросетчатых структур (с пространственным каркасом межпоровых перегородок) на поверхности асбестовых волокон обусловлено процессами адгезии гидратационных новообразований,

образующих слои на поверхности волокон асбеста. В результате этого формируется каркас из волокон асбеста, покрытых плотной гелеобразной массой и кристаллическими формами

низкоосновных гидросиликатов, что способствует повышению плотности и прочности межпоровых перегородок. Фазовый состав дисперсно-

армированного неавтоклавного газобетона на основе портландцемента с использованием полевошпатово-кварце-вого песка и волокон асбеста исследовали с помощью комплексного дифференциально-термического (рис. 3) и рентгенофазового (рис. 4) методов.

Рис. 3. Термограмма неавтоклавного газобетона на основе портландцемента с использованием полевошпатово-кварцевого песка и волокон асбеста

На термограмме (рис. 3) образца неавтоклавного газобетона после тепловлажностной обработки пропари-ванием эндотермический эффект при температурах 50.. .180 °С отвечает удалению адсорбционной воды и начальной стадией дегидратации хризотил-асбеста. Наличие эндотермии-ческих эффектов в интервале температур 440.470 °С обусловлено дегидратацией а-гидрата двухкаль-циевого силиката, определяющего повышенные значения морозостойкости газобетонных изделий. При температурах 632.710 °С наблюдается суммарный эффект дегидратации гидросиликатов кальция тобермори-товой группы, которые

обеспечивают прочность межпоровых перегородок и готового материала. По данным рентгенофазового анализа (рис. 4) установлено, что фазовый состав образцов газобетона представлен в основном а-гидратом двухкальциевого силиката (2СаO•SiO2•H2O), тобермо-ритом (5СаO•6SiO2•5H2O), низкоосновными гидросиликатами кальция типа CSH(I), CSH(И). Присутствие гипса в ячеистобетонной системе приводит к образованию гидросульфоалюмината кальция 3CaO•Al2O3•3CaSO4•32H2O, который повышает структурную прочность. На рентгенограмме (рис. 4) неавтоклавного газобетона на основе.

—I——I—

60 50 40 30 20

Рис. 4. Рентгенограмма неавтоклавного газобетона на основе портландцемента с использованием полевошпатово-кварцевого песка и волокон асбеста Условные обозначения: А1 - анортит (Са0-А1203-28Ю2); Ал - альбит (Ыа20А1203-68Ю2); О -ортоклаз (К20 А120368Ю2); К - в-кварц БЮ2; Т - тоберморит С586В5; Г - а-гидрат С^; В,I СБИ(1); Вп- С$И(П); Ах- гидросульфоалюминат кальция 3Са0 А1203-3Са$04-32И20

Портландцемента с использованием полевошпатово-кварцевого песка и волокон асбеста после тепловлажност-ной обработки изделий пропариванием установлено наличие основных дифракционных отражений 0,307; 0,280; 0,270; 0,252; 0,215; 0,183 нм, принадлежащих соединениям тобермо-ритовой группы - тобермориту, низкоосновным гидросиликатам кальция типа С8И (I), С8И (II); значения 0,422; 0,270; 0,260; 0,192; 0,178 нм принадлежат а-гидрату С28 и незначительные дифракционные отражения, отвечающие гидросульфоалюминату кальция (0,388; 0,256; 0,209 нм) [4].

При использовании полевошпатово-кварцевого песка в составе газобетона формируются плотные и прочные межпоровые перегородоки и равномерная мелкопористая структура материала. Полученные неавтоклавные ячеистые бетоны имеют повышенную прочность, при средней плотности 500.550 кг/м3 составляющую 2,65.2,75 МПа, что на 15.20 % выше показателей, установленных стандартом.

Минералы полевых шпатов песка в составах исходной шихты проявляют алюминатную активность к растворам гипса и извести. Присутствие их в смеси

приводит к образованию гидросульфоа-люминатных соединений, обеспечивающих повышенную растворимость исходных компонентов и продуктов гидратации портландцемента.

Волокна асбеста, введенные в составы бетонных масс, участвуют в армировании газобетона, способствуют формированию границ раздела межпоровых перегородок и порового пространства, приближенных по форме к сфере. Асбест, обладая высокой адсорбционной способностью к продуктам гидратации портландцемента, активизирует химические процессы взаимодействия между компонентами бетонных масс.

Литература:

1. ГОСТ 25485-89 «Бетоны ячеистые. Технические условия». - М.: Изд-во стандартов, 1989. - 26 с.

2. Инструкция по изготовлению изделий из ячеистого бетона (СН 277-80). - М.: Стройиздат, 1981. - 44 с.

3. Долотова Р.Г., Смиренская В.Н., Верещагин В.И. Оценка активности низкокремнеземистого сырья и его пригодности в качестве заполнителя ячеистого бетона // Строительные материалы. - 2008. - № 1. - С. 40-42.

4. Бутт Ю.М. Химическая технология вяжущих материалов. - М.: Высшая школа, 1980. - 472 с.