ISSN 1991-3087

Свидетельство о регистрации СМИ: ПИ № ФС77-24978 от 05.07.2006 г.

ISSN 1991-3087

Подписной индекс №42457

Периодичность - 1 раз в месяц.

Вид обложки

Адрес редакции: 305008, г.Курск, Бурцевский проезд, д.7.

Тел.: 8-910-740-44-28

E-mail: jurnal@jurnal.org

Рейтинг@Mail.ru Rambler's Top100
Яндекс.Метрика

Влияние «внутренней» и «внешней» активации на свойства неавтоклавного пенобетона

 

Мартынов Владимир Иванович,

доцент,

Елькин Владислав Викторович,

аспирант.

Одесская государственная академия строительства и архитектуры.

 

Проведен анализ влияния «внутренней» (использование дисперсного наполнителя и химически активных добавок) и «внешней» (изменения вида и параметров механического воздействия) активации на свойства неавтоклавного пенобетона. Рассматривается влияние использования дисперсного наполнителя и химически активных добавок, как источников «внутренней» активации, а так же изменения вида и параметров механического воздействия («внешняя активация») на свойства неавтоклавного пенобетона. Экспериментальные работы выполнены с широким применением методов математического планирования эксперимента. Из множества добавок и влияния различных способов активации, оказывающих влияние на качество пенобетона, были выбраны факторы, в наибольшей степени, влияющие на структуру пенобетона и повышающие эффективность вяжущего вещества, ускоряющие и повышающие степень гидратации цемента.

На основании априорной информации были выбраны независимые факторы и назначены уровни их варьирования. Фактор Х1 – диаметр расплыва раствора по вискозиметру Суттарду. Известно, что прочность цементных композиций является функцией водоцементного отношения, которое отражает различные реологические характеристики (коэффициент нормальной густоты, диаметр расплыва раствора на встряхивающем столике, вязкость и пр.). В ячеистых бетонах в качестве основной реологической характеристики принята величина диаметра расплыва раствора по вискозиметру Суттарда;

Фактор Х2 – содержание пластифицирующей добавки. Использование пластифицирущей добавки обладающей поверхностно-активными свойствами, увеличивает подвижность, снижает водосодержание и за счет этого повышает механическую прочность и другие характеристики бетона;

Фактор Х3 – содержание активной минеральной добавки. Микрокремнезем играет роль не только роль микронаполни­теля, но и проявляет себя как активная минеральная добав­ка повышающая активность вяжущего. При гидратации микрокремнезем активно вступает в реакцию с минералами цемента, образуя коагуляционно-кристаллизационную структуру и укрепляя межпоровые перегородки ячеистого бетона. Для первого фактора Х1 – интервал варьирвоания 280 ± 40 мм, для второго фактора Х2 – интервал варьирования 0,1 ± 0,1%. Для третьего фактора Х3 – интервал варьирвоания 5 ± 5%.

При обработке результатов экспериментов на ЭВМ использовалась расчетно-графическую система COMPEX, а для построения однофакторных зависимостей расчетно-графическая программа EXEL. Приведены результаты эксперимента, а именно: изменение диаметра расплыва раствора по вискозиметру Суттарда после активации раствора в скоростном смесителе и прочность пенобетона на 28-е сутки твердения. После реализации эксперимента были рассчитаны коэффициенты полиномиальных моделей исследуемых свойств, на основании которых построены однофакторные зависимости и изоповерхности свойств. Анализируются результаты применения «внутренней» и «внешней» активации исходных сырьевых материалов, а также растворной смеси, из которых наблюдается значительный рост прочности неавтоклавного пенобетона. Текст статьи изложен доступным языком и отвечает научно-методическим требованиям. Замечания не выявлено. Статья рекомендуется для опубликования.

Ключевые слова: внутренняя активация, внешняя активация, свойства неавтоклавного пенобетона.

 

Актуальность темы

 

В стройиндустрии в последнее время все чаще поднимается вопрос энергоэфективности. Поэтому в значительной степени начали широко применять конструкции и изделия из ячеистых бетонов, в том числе и из пенобетона [1, 2]. Неавтоклавный пенобетон является открытой системой. Он может подвергаться влиянию как внешних, так и внутренних факторов. Для контроля развития технологических трещин и внутренних поверхностей раздела можно вводить в состав цемента рациональные по виду, количеству и дисперсности наполнители. На основании работ [3, 4], следует, что использование наполнителей, можно отнести к внутренней активации, которая позволяет организовывать структуру с определенным набором структурных элементов. Кроме того, начальное изменение объема твердеющих цементных композиций зависит от вида, количества и дисперсности наполнителей (внутренний фактор).

На величину возникающих деформаций также влияет введения добавок, воздействующих на внутренние поверхности раздела и микроструктуру смеси. Добавки позволяют управлять свойствами смеси и способствовать получению ее оптимальной структуры [4].

Так же известно, что активация растворной смеси путем изменения параметров и видов механического воздействия, скорости приложенной энергии вызывает изменения характера развития начальных деформационных процессов (внешний фактор) [6, 7, 8, 9]. Изменение параметров внешнего силового воздействия приводит к изменению условий межэлементных взаимодействий, что изменяет начальную структуру системы и предопределяет дальнейшее ее развитие, связанное с комплексом физико-химических и физико-механических явлений и процессов [10].

 

Цель и задачи

 

В современной технологии пенобетона существует ряд неизученных вопросов. В частности недостаточно изучено влияние способов активации на изменение характера структуры и его свойств. В особенности это касается совместного воздействия различных видов и параметров активации. Поэтому основной задачей исследования являлось изучение внутренней и внешней активации на свойства неавтоклавного пенобетона.

 

Методика проведения исследований

 

В качестве вяжущего, при проведении эксперимента, был использован бездобавочный цемент ДО марки М500. В виде наполнителя использовался карбонатный песок. Соотношение между цементом и наполнителем было постоянным и составляло 70 и 30% соответственно. Пластифицирующей добавкой служил Sika® ViscoCrete®225. Экспериментальные работы проводили в два этапа. На первом этапе – подбирали состав вяжущего для пенобетона.

Для этого вначале приготавливали сухие компоненты, в соответствии с требуемым составом. Активация сухих компонентов смеси происходила в быстроходном активаторе непрерывного действия. Затем полученную смесь затворяли водой и активировали в скоростном трибоактиваторе, после чего ее укладывали в формы размерами 40х40х160 мм. После приобретения разопалубочной прочности образцы извлекали из форм и помещали в камеру нормального твердения. Параметры среды – температура 20±2оС и влажность – 98%. На 28 сутки образцы испытывали, определяя прочность на растяжение при изгибе и при сжатии.

При приготовлении пенобетона необходимое количество воды, перемешивали с компонентами сухой смеси. Водопотребность смеси контролировали по показателю диаметра расплыва раствора по вискозиметру Суттарда. Полученную смесь активировали в трибоактиваторе и вновь определяли изменениие диаметра расплыва раствора. После этого в лабораторном пеногенераторе механического действия – диспергационным способом получали техническую пену, плотностью 65±5 кг/м3. Затем пену добавляли в растворную смесь, до получения пенобетонной смеси плотностью 780±10 кг/м3, что обеспечивает получение пенобетона марки D600. После приобретения разопалубочной прочности образцы извлекали из форм и помещали в камеру нормального твердения.

Контролируемые параметры: водопотребность растворной смеси по В/Т (водотвердое отношение), прочность на растяжение при изгибе и сжатии. При обработке результатов экспериментов на ЭВМ использовали расчетно-графическую систему COMPEX, а для построения однофакторных зависимостей расчетно-графическую программу EXEL.

Состав, способы активации и результаты определения свойств вяжущего приведены в таблице 1 и виде столбчатых диаграмм на рисунке 1.

 

Таблица 1.

Состав, способы активации и свойства вяжущего.

Состав и способ активации

В/Т

 

Прочность, МПа, при:

изгибе

сжатии

1

цемент+ наполнитель;

0,41

1,1

25,8

2

цемент+ наполнитель+пластификатор;

0,28

1,15

31,6

3

цемент+наполнитель+активация сухих компонентов

0,41

1,18

38,1

4

цемент+наполнитель+пластификатор+ активация сухих компонентов

0,46

1,2

44,3

5

цемент+наполнитель+активация растворной смеси в трибоактиваторе

0,43

1,20

45,3

6

цемент+наполнитель+пластификатор+ активация растворной смеси в трибоактиваторе

0,3

1,24

49,6

7

цемент+наполнитель+активация сухих компонентов+активация растворной смеси в трибоактиваторе

0,48

1,25

51,1

8

цемент+наполнитель+пластификатор+ активация сухих компонентов+активация растворной смеси в трибоактиваторе

0,34

1,3

60,7

 

На рисунке 1 приведены прочностные характеристики вяжущего в процентах по отношению к базовому составу. За базовый состав принят состав №1, состоящий из цемента и наполнителя. Как свидетельствуют данные диаграммы, все способы активации как «внутренней», так и «внешней» приводят к повышению прочности вяжущего. Наибольшая прочность достигнута в 8 составе, превышающую прочность базового состава более чем в два раза. Этот состав вяжущего и условия его получения были использованы на втором этапе исследований.

 

Рис. 1. Состав, способы активации и результаты определения свойств вяжущего.

 

На этом этапе был реализован трехфакторный эксперимент с применением математических методов планирования эксперимента. В качестве независимых переменных были выбраны: Х1 – диаметр расплыва раствора по вискозиметру Суттарда; Х2 – содержание пластифицирующей добавки; Х3 – содержание активной минеральной добавки. Матрица планирование эксперимента и результаты приведены в таблице 2.

 

Таблица 2.

Матрица планирования эксперимента и его результаты.

№ п/п

Факторы

 

В/Т

 

dСут после активации

Прочность, МПа

Х1

Х2

Х3

диаметр, мм

%

%

1

240

-

-

0,578

325

2,3

2

320

-

-

0,66

400

2,1

3

240

0,2

-

0,476

315

2,3

4

320

0,2

-

0,50

220

2,2

5

240

-

10

0,815

290

2,8

6

320

-

10

0,9

360

2,5

7

240

0,2

10

0,6

295

3,4

8

320

0,2

10

0,645

350

3,2

9

240

0,1

5

0,6

300

2,7

10

320

0,1

5

0,70

360

2,3

11

280

-

5

0,738

300

2,6

12

280

0,2

5

0,553

360

2,7

13

280

0,1

-

0,532

350

2,5

14

280

0,1

10

0,738

305

2,9

15

280

0,1

5

0,615

320

2,8

 

После реализации эксперимента были рассчитаны коэффициенты полиномиальных моделей исследуемых свойств, на основании которых построены однофакторные зависимости и изоповерхности свойств.

 

Рис. 2. Однофакторные зависимости прочности при сжатии неавтоклавного пенобетона на 28-е сутки.

 

На рисунке 2 изображены однофакторные зависимости прочности пенобетона от исследуемых факторов. Они свидетельствуют, что повышение диаметра расплыва раствора как в зоне минимальных, так и в зоне максимальных значений приводит к снижению прочности пенобетона. Так же линейно, но уже возрастает прочность при увеличении количества активной минеральной добавки, в качестве которой применялся активный кремнезем. Влияние количества пластифицирующей добавки описывается полиномом второго порядка с определенными оптимумами.

Общая картина влияния исследуемых факторов на прочность пенобетона наглядно проиллюстрирована на рецептурно-технологическом поле изоповерхностей прочности пенобетона (см. рис. 3).

 

Рис. 3. Изоповерхности прочности при сжатии пенобетона на 28-е сутки.

 

Также на рисунке приведены условия получения пенобетона с максимальной и минимальной прочностью.

 

Выводы

 

Результаты эксперимента свидетельствуют, применение «внутренней» и «внешней» активации исходных сырьевых материалов, а также растворной смеси позволяют в значительной мере повысить прочность неавтоклавного пенобетона.

 

Литература

 

1.                  Авакумов Е. Г. Механические методы активации химических процессов / Е. Г. Авакумов. – Новосибирск. 1980 г. – 297с.

2.                  Барабаш І. В. Механохімічна активація мінеральних в’яжучих речовин / І. В. Барабаш. – Одеса: «Астропринт». – 2002. – 99 с.

3.                  Баженов Ю. М. Технология бетона / Ю. М. Баженов. – М.: Высшая школа, 1978. – 454с.

4.                  Выровой В. Н. Бетон в условиях ударных воздействий / В. Н. Выровой, В. С. Дорофеев, С. Фиц. – Одесса: Внешрекламсервис, 2004. – 271с.

5.                  Дорофеев В. С. Технологическая поврежденность строительных материалов и конструкций / В. С. Дорофеев, В. Н. Выровой. – Одесса: Мiсто майстрiв, 1998. – 168с.

6.                  Молчанов В. И. Активация минералов при измельчении / В. И. Молчанов, О. Г. Селезнева, Е. Н. Жирнов. – М.: Недра, 1988. – 208с.

7.                  Мясников В. Н. Ячеистый бетон XXI века / В. Н. Мясников // Журнал «Промышленное и гражданское строительство». – «Издательство ПГС» –2001. – № 1. – С. 34.

8.                  Ружинский C. Все о пенобетоне» издание второе улучшенное и дополненное / C. Ружинский, А. Портик, А. Савиных // ООО «Строй-бетон», Санкт-Петербург 2006. – 525с.

9.                  Ходаков Г. С. Физика измельчения / Г. С. Ходаков. – 1985. – 307 с.

10.              Чернышев Е. М. Эффективность применения ячеистого бетона в жилищном строительстве / Чернышев Е. М., Акулова И. И., Кухтин Ю. А. // Журнал «Промышленное и гражданское строительство». – «Издательство ПГС». – 2002. – № 42. – C. 28.

 

Поступила в редакцию 10.09.2014 г.

2006-2018 © Журнал научных публикаций аспирантов и докторантов.
Все материалы, размещенные на данном сайте, охраняются авторским правом. При использовании материалов сайта активная ссылка на первоисточник обязательна.