WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


Pages:     || 2 |

УДК 666. 973.6

ПУТИ ПОВЫШЕНИЯ МАРОЧНОЙ ПРОЧНОСТИ И СКОРОСТИ ТВЕРДЕНИЯ БЕЗАВТОКЛАВНЫХ ПЕНОБЕТОНОВ НА ОСНОВЕ ПОРТЛАНДЦЕМЕНТА

ГОУ ВПО «Уральский государственный технический университет УГТУ –УПИ»

Авторы: доцент, к.т.н. М.А.Михеенков, инженер Н.В. Плотников,

инженер Лысаченко Н. С.

Наиболее перспективным материалом для индивидуального строительства является безавтоклавный пенобетон, обладающий рядом ценных свойств, таких как низкая стоимость, высокие прочностные свойства, низкая теплопроводность, возможность приготовления непосредственно на строительной площадке.

Между тем, специфические условия приготовления безавтоклавного пенобетона на основе портландцемента, понижают его физико – механические и технологические свойства. К ним можно отнести удлиненный период схватывания, низкую скорость твердения, склонность к трещинообразованию, низкую марочную прочность (по сравнению с автоклавными пенобетонами).

Замедленное схватывание и низкая скорость твердения обусловлены в первую очередь свойствами протеиновых пенообразователей, используемых для приготовления безавтоклавных пенобетонов, которые создают на поверхности зерен цемента плотный адсорбционный слой и повышают вязкость воды в межзерновом пространстве, что приводит к торможению процессов гидратации портландцемента.

Попытка увеличить марочную прочность безавтоклавных пенобетонов за счет повышенного расхода портландцемента приводит к обратному эффекту. Изза повышенного расхода портландцемента на приготовление безавтоклавных пенобетонов, в них образуется большее количество эттрингита на единицу объема пенобетона, по сравнению с обычными бетонами. Повышенное содержание эттрингита в пенобетонах, на поздних этапах твердения приводит к их растрескиванию и снижению прочности. Примерно такое же влияние оказывает и гидроокись кальция, которой за 14 месяцев гидратации алита и белита портландцемента, выделяется 24,4% [[i] ]. Исходя из особенностей гидратации портландцемента, возможны следующие пути ускорения твердения и повышения марочной прочности безавтоклавных пенобетонов на основе портландцемента:

* торможение реакции эттрингитообразования или полное ее исключение из процесса гидратации портландцемента;

* преобразование гидроокиси кальция, выделяющейся при гидратации портландцемента в другие, более прочные и водостойкие соединения.

Исключение реакции эттрингитообразования из процесса гидратации портландцемента возможно только одним способом использование молотого безгипсового клинкера. При этом тормозящее действие протеиновых пенообразователей на процессы гидратации портландцемента выполняет функцию гипса и позволяет получить пенобетон с нормальными сроками схватывания и ускоренным твердением. Однако, отечественная промышленность, безгипсовых портландцементов не выпускает.

Наиболее простым способом связывания гидроокиси кальция и торможения реакции эттрингитообразования в обычных портландцементах, является введение в состав пенобетонов пуццолановых добавок, которые при нормальной температуре способны вступать в реакцию с гидроокисью кальция с образованием прочных и водостойких гидросиликатов кальция СSН. При наличии в системе достаточного количества аморфного кремнезема, реакция эттрингитообразования подавляется изза нехватки гидроокиси кальция, необходимой для полного протекания реакции. В данных условиях возможно формирование низкосульфатной формы гидросульфоалюмината кальция, который существенного влияния на разупрочнение системы не оказывает.

При введении 5% диатомита в состав пенобетона, его суточная прочность возрастает в 3 раза. При твердении пенобетона в воздушной среде прирост прочности прекращается на 56 сутки и марочная прочность пенобетонов с диатомитом существенно не отличается от прочности контрольных образцов на чистом портландцементе. Это обусловлено прекращением реакции пуццоланизации изза высыхания пенобетона. Поскольку большинство безавтоклавных пенобетонов твердеют в воздушных условиях, то необходимо, чтобы реакции связывания гидроокиси кальция и преобразования эттрингита протекали на ранних стадиях твердения безавтоклавных пенобетонов. Это возможно за счет введения в систему кольматирующих, флюатирующих добавок или силикатов натрия (жидких стекол), которые вводятся в виде растворов солей или содержат гидроокись кремнезема в гелеобразном состоянии, что должно существенно ускорить их взаимодействие с гидроокисью кальция.



В настоящей работе изучалось влияние силикатов натрия на скорость твердения и прочность безавтоклавных пенобетонов на основе портландцемента. Химический состав материалов, использованных в работе, приведен в таблице.

Таблица Химический состав исходных материалов № п/п Наименование материала Содержание в материале, мас.% Дm,прк.

мас.% г, г/см SiO Al2O Fe2O CaO Na2O SO Модуль Диатомит Камышловского месторождения 75, 9, 4, 1, 0, 0, 6, 0, Силикат натрия высокомодульный 3, 1, Силикат натрия среднемодульный 34, 15, 2, 1, Силикат натрия низкомодульный 28, 19, 1, 1, Силикат натрия добавлялся при приготовлении безавтоклавного пенобетона плотностью 600 кг/м3 на основе портландцемента марок ПЦ 400 Д0 и ПЦ 500 Д0 и протеиновых пенообразователей. На рис. 1 показано влияние количества силиката натрия различного модуля на марочную прочность безавтоклавного пенобетона воздушного твердения в возрасте 28 суток, приготовленного на портландцементе ПЦ 400 Д0.

Рис. 1 Влияние количества силиката натрия и его модуля на марочную прочность пенобетона По данным испытаний видно, что введение небольшого количества (2,5%) силиката натрия всех модулей в состав пенобетона, приводит к увеличению марочной прочности пенобетона. Дальнейшее увеличение количества вводимого среднемодульного и низкомодульного силикатов натрия приводит к снижению марочной прочности пенобетона, причем увеличение количества вводимого низкомодульного силиката натрия, приводит к полному разупрочнению пенобетона. Высокомодульный силикат натрия ввести в систему более 2,5% не удается, так как это приводит к коагуляции и мгновенному схватыванию пенобетона при перемешивании. Следует также отметить, что введение силикатов натрия в пенобетон приводит к частичному разрушению пенной структуры, но ускоренное схватывание пенобетона в присутствии силиката натрия компенсирует этот недостаток. На такую возможность стабилизации пенной структуры нами указывалось в работе [[ii] ].

Анализ результатов испытаний показывает, что разупрочнение пенобетона наблюдается в тех случаях, когда в систему вместе с силикатом натрия вводится большое количество гидроокиси натрия. Вероятно, в присутствии гидроокиси натрия в системе образуются соединения, приводящие к разупрочнению пенобетона.

По данным Борсука П.А. и Лясса А.М. [[iii]], гидратация портландцемента в присутствии силиката натрия протекает гораздо быстрее, чем в чистой воде. По их данным, приведенным на рис. 2 видно, что с уменьшением модуля Рис. 2 Предельная растворимость кальция в зависимости от модуля и количества силиката натрия в растворе.

силиката натрия и увеличением его количества, предельная растворимость кальция в растворе возрастает. При достижении насыщения раствора, в системе начинают выкристаллизовываться новообразования, представляющие собой тоберморитоподобные кальций натриевые гидросиликаты равновесного состава CaO ·1,35SiO2· 0,2 Na2O. Реакция протекает по общей схеме:

mCaO·SiO2 + Na2O·nSiO2 + H2O > 2(CaO·kSiO2·hNa2O)aq + Na2O·zSiO2.

Если источником ионов кальция являются чистые трех и двух кальциевые силикаты, то конечными продуктами реакции являются кальций натриевые гидросиликаты и метасиликат натрия. При наличии в системе гипса (что как раз и характерно для портландцементов) метасиликат натрия распадается на кальций натриевые гидросиликаты и мирабилит (гидросульфат натрия или Глауберова соль Na2SO4 ·10 H20). Вероятнее всего образование в системе мирабилита и приводит к разупрочнению пенобетона.

В целом механизм гидратации портландцемента в присутствии силикатов натрия, предложенный Борсуком П.А. и Ляссом А.М., нам представляется верным, кроме порядка протекания реакций. Поскольку силикат натрия и гипс являются высокореакционными материалами, то при смешении силиката натрия с портландцементом, гипс будет вступать во взаимодействие с силикатом натрия в первую очередь, с образованием мирабилита и кальций натриевых гидросиликатов. Термодинамические расчеты показывают, что протекание такой реакции возможно при нормальной температуре.





Вероятнее всего гидратация портландцемента в присутствии силиката натрия протекает следующим образом. При смешении суспензии портландцемента с силикатом натрия, гидроокись натрия вступает в реакцию с гипсом с образованием гидросульфата натрия и кальций натриевых гидросиликатов. При содержании в портландцементе 2,4 – 2,6% сульфат иона, максимальное разупрочнение наблюдается при соотношении, близком к стехиометрическому соотношению сульфат иона и гидроокиси натрия. Образование мирабилита и кальций натриевых гидросиликатов на первом этапе гидратации портландцемента приводит к повышению прочности системы. Прирост прочности наблюдается до тех пор, пока продукты гидратации портландцемента находятся в гелеобразном состоянии. Как только новообразования гидратации портландцемента начинают выкристаллизовываться, что сопровождается общей усадкой системы, возникают внутренние напряжения, поскольку мирабилит, присоединяя воду, увеличивается в объеме и препятствует усадке. Возникшие внутренние напряжения вызывают разупрочнение системы. Это явление известно давно и широко используется для ускоренного испытания строительных материалов на морозостойкость.

Хотя марочная прочность пенобетона в присутствии мирабилита снижается, введенный в систему силикат натрия повышает предельную растворимость кальция из алита и белита портландцемента и в целом ускоряет гидратацию портландцемента. Повышение марочной прочности пенобетона, в присутствии силиката натрия, теоретически возможно тремя способами:

* блокирование гипса в портландцементе перед введением силиката натрия;

* блокирование гидроокиси натрия в силикате натрия перед смешением его с портландцементом;

* одновременное блокирование гипса в портландцементе и гидроокиси натрия в силикате натрия.

Блокирование гипса осуществлялось путем введения в систему гидрата трехкальциевого алюмината, который, вступая в реакцию с гипсом, образовывал эттрингит. Влияние добавки гидрата трехкальциевого алюмината, совместно с силикатом натрия на кинетику твердения безавтоклавного пенобетона, приготовленного на портландцементе марки ПЦ 500 Д0 и протеинового пенообразователя, приведено на рис.3. Аппроксимация экспериментальных данных осуществлялась при помощи уравнения регрессии на основе сплайнов полинома третьей степени. Такая аппроксимация позволяет уловить изгибы на кинетической кривой, вызванные разупрочнением образцов в процессе твердения пенобетона.

Рис. 3 Кинетика твердения безавтоклавного пенобетона в присутствии гидрата трехкальциевого алюмината и силиката натрия.

По данным Рис. 3 видно, что твердение безавтоклавного пенобетона в присутствии гидрата трехкальциевого алюмината и силиката натрия, происходит быстрее с высокомодульным и среднемодульным силикатом натрия. На 5 – 6 сутки наблюдается разупрочнение у всех образцов. Марочная прочность пенобетона превышает прочность контрольных образцов только при введении 2,5% высокомодульного и среднемодульного силиката натрия. Следует отметить, что блокирование гипса путем перевода его в эттрингит является действенным, но не самым эффективным способом, поскольку в данном варианте не удается избавиться от напряжений, вызываемых эттрингитом, о чем свидетельствуют данные, приведенные на Рис. 4.

Рис. 4 Кинетика твердения безавтоклавного пенобетона в зависимости от количества гидрата трехкальциевого алюмината, введенного в пенобетон.

По данным Рис. 4 видно, что с увеличением количества гидрата трехкальциевого алюмината, вводимого в пенобетон, марочная прочность пенобетона снижается.

Блокирование гидроокиси натрия в силикате натрия осуществлялось путем введения в него раствора хлористого кальция и тщательного перемешивания модифицированного силиката натрия, при этом образующийся коагулянт при тщательном перемешивании постепенно растворялся. При введении в силикат натрия хлористого кальция, образуются кальций натриевые гидросиликаты и поваренная соль. Влияние модифицированного силиката натрия на кинетику твердения безавтоклавного пенобетона на портландцементн ПЦ 500 Д0 приведено на рис.5.

Рис. 5 Кинетика твердения безавтоклавного пенобетона с добавкой модифицированного силиката натрия.

Pages:     || 2 |










© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.