Особенности получения автокланого пенобетона по резательной технологии

ГЛАВА II. ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЙ ПРОФИЛЬ ФОРМИРОВАНИЯ ПЕНОБЕТОННЫХ МАССИВОВ.

2.1. Технологические особенности  приготовления пеномассива и  набора им резательной прочности.

На физико-химический профиль формирования пеноматериала в течение всего технологического цикла, в целом, и на период набора им резательной прочности, в частности, влияет ряд особенностей данной технологии.

Технологический цикл получения  автоклавного пенобетона по резательной технологии состоит из нескольких переделов и показан на схеме 2.1.1.

 

 

 

                       

 

Схема 2.1.1. Основные этапы  твердения пеноизделий, определяющие их свойства и категорию качества.

Первый этап приготовления  пеноматериала состоит в смешении специально подготовленных сырьевых компонентах с получением пенобетона заданной плотности. При приготовлении пенобетонной массы используются следующие сырьевые компоненты: песок кварцевый, тонкомолотый, цемент Белгородский ПЦ М500 Д0, известь негашеная Белгородская 1 сорта, быстрогасящаяся, вода и пенообразующая добавка на протеиновой основе.

В данной технологии используется песок с содержанием SiO₂ (общий) не менее 90% или кварца не менее 85%, это требование связано с тем, что в автоклаве проходит реакции в системе СаО-SiO₂-Н₂О, обеспечивающая основную прочность пеноблоков; чем больше содержания кварца в песчаной составляющей, тем больше его свяжется в автоклаве при определенной тонкости помола и тем выше прочность получаемого пеноматериала. Содержание илистых или глинистых примесей в песке не должно превышать 3%, т.к. они оказывают негативное воздействие на гидратацию цемента. В смеситель песок поступает в виде песчаного шлама - продукта помола песка в мельнице мокрого помола; шлам имеет плотность 1600 кг/м³. Требуемая удельная поверхность песка в шламе для различных средних плотностей пенобетона приведена в табл.2.1.1.

Таблица 2.1.1.

Класс пенобетона по средней  плотности	Удельная поверхность  песка, м2/г
D400	300-320
D500	290-320
D600	260-290

Вяжущее - продукт совместного  помола извести с песком. Известь  используется с активностью по суммарному содержанию активных СаО и MgO не ниже 70%. Использование меньшей активности не целесообразно, т.к. ведет к меньшей доли СаО в сырье, вступающей в реакцию в автоклаве. Ограничение по содержанию MgO – не более 3%, по содержанию «пережога» - не более 2 %, т.к. эти компоненты в результате маленькой скорости гидратации могут гаситься в массиве при наборе им резательной прочности или при гидротермальной обработке, что и в том и другом случае может привести к появлению трещин. По этой же причине в данной технологии используется быстрогасящаяся известь – время гашения – до 8 минут, при этом процесс гидратации извести происходит в смесителе при приготовлении замеса. При совместном помоле извести с песком соотношение известь:песок подбирается таким образом, что бы активность вяжущего на выходе была в пределах 29-33%. Этот диапазон активности обеспечивает разогрев пеносмеси при ее приготовлении до нужной температуры за счет выделения тепла при гидратации извести. Использование вяжущего большей активности приводит к повышению температуры смеси и разрушению пены в смесители, меньшая активность вяжущего наоборот не достаточно нагревает пеносмесь и увеличивает в дальнейшем время набора им резательной прочности. Эта же причина не позволяет использовать гашеную известь в данной технологии. Удельная поверхность вяжущего после помола составляет - 5800-6200 м²/г.

При поризации смеси  используется пенообразующая добавка  на протеиновой основе следующего состава HSCH₂CH(NH₂)COOH. Выбор именно этого пенообразователя продиктован тем, что получаемая из него пена имеет большую подвижность по сравнению с другими пенами и хорошо смешивается с тонкомолотыми компонентами сырья в смесителе. Другие пены в силу своей жесткости не обеспечивают требуемой однородности пеносмеси при смешении, что ведет к недопустимому разбросу плотности в пределах одного массива, неравномерности его созревания до резки и не выдерживании геометрических параметров блоков при резке.

Составы автоклавного пенобетона различных  плотностей представлены в таблице 2.1.2.

Таблица 2.1.2.

Расход сырьевых материалов на 1м³ пенобетонной массы.

Марка бетона по средней плотности	Расход материалов на 1 м3 пенобетонной массы
	Известь, кг	Цемент, кг	Песок, кг	Пенообразующая добавка на протеиновой основе, л,	В/В
D 400	70-80	150-160	160	2,15-2	0,91-0,93
D 500	70-90	150-170	230	2,07-1,87	0,88-0,9
D 600	80-100	160-170	310-320	1,92-1,7	0,85-0,87

Сырьевые компоненты поступают в смеситель в следующей  последовательности:

1. Вода 

2. Песчаный шлам

3. Вяжущее 

4. Цемент

5. Пена

Подвижность смеси зависит  от В/В отношения и оценивается  после перемешивания в смесителе воды, песчаного шлама, вяжущего и цемента при помощи вискозиметра Суттарда (расплыва), см и имеет следующие значения (табл. 2.1.3.):

Таблица 2.1.3.

Класс пенобетона по средней плотности	Расплыв по вискозиметру Суттарда, см
D400	29…30
D500	27…28
D600	26…27

Самый большой расход воды требуется при получении  плотности пенобетона D400 для обеспечения механической устойчивости пены в смеси.

После перемешивания готовая пеносмесь имеет температуру на выходе из смесителя 28-32⁰С. Плотность пенобетонной массы, на выходе из смесителя составляет (табл. 2.1.4.):

Таблица2.1.4.

Класс по средней плотности	Плотность пенобетона, кг/м3
D400	500…560
D500	630…690
D600	750…810

Далее пеносмесь выливается в формы, в которых пеноматериал набирает необходимую резательную прочность в течение »8 часов. Формы находятся в камере выдержки с постоянной температурой t=40⁰С.

Значения резательной  прочности для пенобетона различных средних плотностей лежат в следующих диапазонах (табл. 2.1.5.):

Таблица 2.1.5.

Класс по средней плотности	Резательная прочность, МПа
D400	0,024-0,030
D500	0,026-0,030
D600	0,028-0,030

 

При наборе пеномассивом необходимой резательной прочности  происходит его транспортировка на пост резки, где массив разрезается струнами на блоки с размерами и допусками, регламентируемыми ГОСТ 21520-89 (таблица 2.1.6.).

Таблица 2.1.6.

Допустимые отклонения геометрических параметров в соответствии с ГОСТ 31360

Наименование отклонения геометрического параметра	Значение показателя для изделий, мм
	Блоков для кладки на клею	Блоков для кладки на раствор
	категория 1	категория 2
Отклонения геометрических размеров, не более:
по длине	±3,0	±4,0
по ширине	±2,0	±3,0
по высоте	±1,0	±4,0
Отклонение от прямоугольной формы (разность длин диагоналей)	2	4
Отклонение от прямолинейности ребер	1	3
Глубина отбитостей углов числом не более двух на одном изделии	5	10
Глубина отбитостей ребер на одном  изделии общей длиной не более двукратной длины продольного ребра	5	10
Среднее значение коэффициента теплопроводности шва, l, Вт/(м×0С)	клеевого, »0,3	растворного, »1,09

Резательная автоклавная  технология получения автоклавного пенобетона имеет свои особенности, связанные с получением блоков первой категории качества.

Следует отметить, что первая категория  качества определяет дальнейшее использование пеноблоков в строительстве, что в свою очередь определяет теплозащитную способность кладки стены. При этом именно высшая, первая категория качества обеспечивает максимальную тепло- и экозащитность при соблюдении других показателей ГОСТ, поэтому она имеет принципиальное значение, так как разрешает кладку пеноблоков на клей. Следует отметить, что с учетом толщины шва и теплопроводности клея и раствора, теплопроводность мостиков холода (швов между блоками) отличается более чем на порядок, что и ведет к падению теплозащитности кладки стены.

2.2. Физико-химические  особенности формирования пеномассива  при наборе им резательной  прочности.

В технологическом процессе можно выделить следующие позиции, оказывающие наибольшее воздействие на процесс созревания массивом.

1. В данной технологии  используются известь и пенообразователь  на протеиновой основе, которые  оказывают тормозящее действие  на процессы гидратации цемента.

2. При приготовлении  пеносмеси выбираются достаточно  высокие В/В отношения, для  обеспечения необходимой подвижности  смеси. Это связано с тем,  что в жесткой смеси пена  подвержена механическому разрушению; это влечет за собой нежелательное  увеличение расхода пенообразователя для обеспечения заданной плотности раствора.

3. Использование пены  достаточно высокой плотности, (60-90 г/л) для обеспечения ее устойчивости  в смеси, что ведет к введению  в пеносмесь дополнительной воды.

4. Выбор высокого В/В отношения диктуется также использованием в технологии негашеной извести с временем гашения до 8 минут.

5. Использованием тонко  молотого песка с удельной  поверхностью » 300 м²/кг также требует увеличения В/В в системе, для обеспечения необходимой подвижности смеси.

Вышеперечисленные особенности технологии создают специфические условия, в которых происходит твердение цемента и оказывают негативное воздействие на скорость гидратации силикатов.

При решении взаимосвязи физико-химических превращений в массиве и наборе им резательной прочности исследовалось его поведение во времени, поскольку резка массива происходит в таком ее диапазоне, при котором его структура, как отражение определенного уровня превращений, позволяет получить пеноблоки первой категории качества. Эксперимент выполнялся в заводских условиях на пенобетонных массивах размером 600х1200х4650 мм, путем отбора проб во времени, остановкой гидратации и исследованием физико-химических процессов в массиве, соответствующих его резательной прочности.

Калориметрические исследования сравнения различных модельных  систем (рис.2.2.1.), показали, что присутствие  пены в системе значительно снижает суммарное тепловыделение, а следовательно, и процесс гидратации цемента. На рис. 2.2.2. показана интенсивность тепловыделения этих систем во времени. Самая высокая интенсивность соответствует системе №1 а самая низкая - системе №3, что также подтверждает негативное влияние пены на гидратацию цемента.

Рис.2.2.1 Изменение суммарного теплового эффекта различных систем:

1 - известь+цемент, 2- цемент, 3 – известь+цемент+пена.

Рис. 2.2.2. Изменение интенсивности  тепловыделения во времени для различных  систем: 1 - известь+цемент, 2- цемент, 3 – известь+цемент+пена.

Далее были проведены  калориметрические исследования образцов пеномассива средней плотности D500 в период набора им резательной прочности. Были исследованы образцы со следующими значениями резательной прочности: 0,014; 0,018; 0,024; 0,036 МПа (рис.2.2.3., 2.2.4.). Каждому из значений соответствует определенное время твердения с момента заливки пеномассы в формы.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис.2.2.3. Изменение суммарного теплового эффекта образцов пеномассива D500 различной резательной прочности: 1 – 0,036 МПа, 2 - 0,024 МПа, 3 - 0,018, 4 - 0,014 МПа.

Анализ калориметрических исследований, приведенный на рисунке 2.2.3., показывает, что наибольшее суммарное выделение тепла соответствует образцу с резательной прочность, равной 0,036 МПа, которое составляет 179 Дж/г и падает с ее уменьшением - 162,89 Дж/г, 157,34 Дж/г, 155,66 Дж/г соответственно для резательных прочностей – 0,024 МПа, 0,018 МПа, 0,014 МПа. Это может быть объяснено тем, что такая степень превращений в массиве максимально приближена к началу срока схватывания материала, а значит постепенному увеличению степени его гидратации. Данные рисунка 2.2.4. согласуются с данными рисунка 2.2.3. и показывают, что интенсивность тепловыделения образцов так же падает с уменьшением резательной прочности и ее значение со временем выравнивается.

Рис.2.2.4. Интенсивность тепловыделения образцов пеномассива D500 различной резательной прочности: 1 – 0,036 МПа, 2 - 0,024 МПа, 3 - 0,018, 4 - 0,014 МПа.

Из литературных данных известно, что гидросиликаты начинают образовываться сразу после смешения цемента с водой [121], следовательно, несмотря на замедленную скорость гидратации в системе должны присутствовать гидросиликаты и гидроалюминаты кальция. Так же известно [110, 111], что в этот период возможно образование низкоосновных гидросиликатов.