Строительство

Методологическое обеспечение технологии вибровспучивания ячеистых бетонов

Быт. Хозяйство. Строительство. Техника

ИЗГОТОВЛЕНИЕ ЯЧЕИСТЫХ БЕТОНОВ СПОСОБОМ ВИБРОВСПУЧИВАНИЯ

Предисловие

Крупнопанельное и крупноблочное домостроение стало одним из важнейших путей в развитии новой техники индустриального строительства. Для изготовления крупных панелей служат преимущественно обычные (тяжелые) бетоны и легкие бетоны на пористых заполнителях; крупные блоки делаются из легких бетонов. Задача дальнейшего уменьшения веса зданий требует широкого развития производства особо легких ячеистых бетонов для изготовления сборных конструкций и деталей. Производство ячеистых бетонов в нашей стране должно быть доведено в 1965 г. до 15 млн. м3 в год. На предприятиях Пермского Совета народного .хозяйства должно быть выпущено в 1965 г. 250 тыс. м3 ячеистых бетонов.

Как известно, изготовление крупноразмерных изделий из ячеистых бетонов связано с некоторыми трудностями технологического характера, к числу которых относится, в частности, длительная выдержка изделий во время вспучивания и особенно «вызревания».

Период, протекающий от момента заливки массы в формы до момента,.когда, можно.приступить к срезанию «горбушки» и к раз резке изделий,- обычно длится не менее 4 — 5 часов. Это обстоятельство,а также некоторые другие причины не дают пока возможности перейти на поточную технологию производства.

Способы, позволяющие резко сократить период выдержки изделий, могли бы явиться одним из важнейших звеньев в создании новой высокопроизводительной технологии изготовления ячеистых бетонов. В связи с этим по заданию управления промышленности строительных материалов Пермского совнархоза кафедра строительных материалов Московского инженерно-строительного института им. В.В.Куйбышева провела научно-исследовательскую работу, целью которой было изыскание методов интенсификации некоторых производственных процессов изготовления ячеистых бетонов.

Эта работа, выполняемая в тесном контакте с управлением промышленности строительных материалов Пермского совнархоза уже привела к некоторым новым оригинальным решениям, из числа которых особо важным является способ вибровспучивания газобетонных масс, заключающийся в следующем.

Газобетонная масса, включающая в свой состав около 0.15% органического пластификатора, готовится с относительно малой дозировкой воды, т. е. с таким ее количеством, которое явно недостаточно для обеспечения процесса вспучивания массы, если газобетон делают обычным способом. Однако благодаря применению вибрирования в период вспучивания и наличию пластификатора масса сильно разжижается, газовыделение происходит весьма интенсивно и масса увеличивается в объеме в соответствии с заданной величиной объемного веса изделий. По окончании процесса газовыделения, который при этом способе длится всего лишь 1 — 3 мин. (вместо обычных 30 — 50 мин.), вибрирование прекращается и, естественно, что масса, изготовленная при малых значениях водовяжущего отношения, загустевает. Быстрому загустеванию уже вспученной массы способствует не только то, что в ней мало воды, но также и особое «флокулирующее» действие пластификатора, содействующего образованию коагуляцнонных структур. Вместе с тем и процессы схватывания сами по себе ускоряются при ограниченном количестве воды в тесте.

В результате этого газобетонная и даже газосиликатная вспученная масса очень быстро приобретает настолько высокую структурную прочность, что это дает возможность без промедления приступить к срезыванию «горбушки» и к распалубливанию изделий. Поэтому общее время выдержки до автоклавной или иной тепловлажностной обработки удается сократить до 20 — 30 минут, вместо обычных 5 — 10 часов.

Применение способа вибровспучивания приводит также к улучшению качества изделий: ячеистый бетон становится более мелкопористым, уменьшается его водопоглощение и увеличиваете морозостойкость.

В брошюре кратко освещаются предварительные результаты исследований способа вибровспучивания ячеистых бетонов, выполненных кафедрой строительных материалов МИСИ совместно с управлением строительных материалов Пермского совнархоза.

В качестве исходных материалов для проведения опытов использовались песок, известь и цемент, вырабатывающиеся и добываемые на предприятиях управления промышленности строительных материалов Пермского совнархоза. Дальнейшее промышленное применение вышеуказанного метода предполагается осуществить на Березниковском заводе железобетонных конструкций №4 в 1961 г.

Изготовление ячеистых бетонов способом вибровспучивания.

Применяемая в настоящее время технология производства ячеистых бетонов связана с необходимостью длительного выдерживания изделий в период вспучивания и «вызревания». С момента заливки массы в формы и до срезки «горбушки» обычно проходит не меньше 4 — 6 часов. В этот период должны соблюдаться все меры, предотвращающие сотрясение газобетонной массы в формах; нельзя двигать и перемещать формы.

Все это значительно удлиняет производственный цикл, требует больших производственных площадей в цехе, где происходит «вызревание» изделии. Таким образом, при ныне принятых способах производства ячеистых бетонов крайне затрудняется создание высокопроизводительных поточных линий на заводах. Вместе с тем, сильно осложняется введение автоматического управления производственным процессом.

Основной причиной всех указанных затруднений технологического характера является своеобразие структурно-механических свойств газобетонной смеси в периоды ее вспучивания и «вызревания».

Газобетонная смесь, пока происходит ее вспучивание, должна иметь относительно малое предельное напряжение сдвига, иначе говоря, пластический сдвиг должен осуществляться достаточно легко. Это необходимо для того, чтобы процесс газообразования протекал наиболее полно было обеспечено получение изделии с заданным, объемным весом. В то же время газобетонная смесь должна характеризоваться такой пластической вязкостью, которая была бы достаточной для предотвращения прорыва пузырьков газа сквозь толщу массы, т. е. для создания достаточной газоудерживающей способности.

Простейшим способом, позволяющим уменьшить предельное напряжение сдвига, является увеличение количества воды в смеси. Так, если в цементном тесте повысить водо/вяжушее отношение с 0.3 до 0.55, то предельное напряжение сдвига может снизиться, как это было, например, в одном из опытов, с 3760 дин/см2 до 104 дин/см2, т. е. увеличение дозировки воды на 85% повлекло за собой уменьшение предельного напряжения сдвига почти в 40 раз. Одновременно с этим сильно падают значения пластической вязкости и соответственно уменьшается газоудерживающая способность теста. Увеличение водо/вяжущего отношения, помимо уменьшения газоудерживающей способности массы, приводит к тому, что процесс вспучивания замедляется, и удлиняются сроки схватывания. Все это обычно вызывает ряд нежелательных последствий:

            может произойти значительная осадка массы, находящейся в форме;

            процесс «вызревания» требует большего времени;

            увеличивается длительность гидротермальной обработки;

            ухудшаются некоторые физико-механические свойства изделий.

Таким образом, в обычно практикуемом способе изготовления газобетонных масс, характеризующемся применением больших дозировок волы, заложено существенное противоречие. С одной стороны некоторый избыток воды полезен, так как он нужен для процессов газообразования, а с другой стороны, избыточная вода вредна, так как ослабляет удержание газа в массе и ухудшает ряд свойств готовых изделии.

Для преодоления такого противоречия, лежащего в существе классического способа получения газобетонов, надо изменить технологию так, чтобы можно было уменьшить дозировку воды в газобетонной смеси, благодаря чему повышается ее пластическая вязкость, но сохраняются при этом достаточно низкие значения предельного напряжения сдвига.

Решение такой научно-технической задачи можно осуществить на основе современных учений коллоидной химии и исходя из развитых П.Л.Ребиндером и его школой представлении об образовании и устойчивости дисперсных систем и возникновении в них пространственных коагуляционных (тиксотропных) структур [1]. Используя тнксотропный характер цементно-известково-песчаного и известково-песчаного раствора и влияя на изменения этого свойства в нужных, направлениях, можно значительно понизить значение предельного напряжения сдвига, вызвав тем самым переход относительно «жесткой» системы к состоянию временной повышенной текучести без увеличения количества воды. Одновременно с этим увеличить структурную прочность системы, когда она окажется в покое, т.е. после окончания процесса вспучивания. Как показали опыты, все это можно осуществить практически, если сочетать введение гидрофобизующих поверхностно-активных добавок в раствор для ячеистой массы с его вибрированием в период газовыделения.

Гидрофобизующие добавки типа мылонафта оказывают на цементные, нзвестково-песчаные и подобные системы своеобразное смазочное действие, обусловленное слоистой структурой тонких ориентированных пленок. Это смазочное действие, вызывающее повышение подвижности цементных и подобных систем, проявляется лишь под влиянием внешних механических факторов, например, перемешивания, вибрирования. Когда же система находится в покое, то сказывается влияние флокуляционного эффекта, вызываемого углеводородными цепями гндрофобизующих добавок. Таким образом, гидрофобизующие добавки, оказывая физико-химическое воздействие могут существенно улучшить тиксотропные свойства системы [2].

Мощное воздействие на тиксотропные свойства цементного теста, строительного раствора или бетона, как известно, оказывает вибрирование. При вибрировании бетонной смеси ее частицы, получая колебательные импульсы, находятся в состоянии неустойчивого равновесия. При этом бетонная смесь или строительный раствор приобретают свойства «тяжелой» жидкости. Колебательные движения частиц приводят к ослаблению связей между ними, и структурная прочность растворов резко падает. Для сохранения состояния временной текучести необходимо лишь поддерживать состояние неустойчивого равновесия [3,4]

Таким образом, сочетая механическое действие вибрирования в период газовыделения с физико-химическим влиянием гидрофобизующих добавок, можно вызвать существенное тиксотропное разжижение газобетонной массы, содержащей сравнительно небольшие количества воды, и получить быстрозагустевающую массу после прекращения вибрирования.

Приведенные выше соображения общетеоретического характера, а также предварительные опыты привели к разработке метода вибровспучивания газобетонных смесей. Этот метод заключается в следующем. В момент, когда начинается заметное газовыделение, масса подвергается вибрированию, и система приобретает необходимые вязкостные характеристики. К концу реакции газовыделения прекращается вибрация и высокая жесткость раствора обеспечивает его немедленное схватывание, что предотвращает прорыв газов и оседание массы.

В проведенных опытах применялись три вида вяжущих веществ:

            а) цемент;

            б) смесь из равных количеств цемента и извести-кипелки;

            в) молотая негашеная известь.

Цемент был портландский марки 400 Ново-Пашийского завода. Известь — быстрогасящаяся активностью 68 — 85%'. Песок применялся 'Чашкинского месторождения (г. Березники) - размолотый до удельной поверхности 2000 — 4000 см2/г (по ПСХ-2), пудра — алюминиевая ПАК-3. В качестве поверхностно-активной добавки применялся мылонафт в количестве 0.15% от веса сухих, компонентов, иногда мылонафт использовался в смеси с сульфитно-спиртовой бардой.

Технология подготовки и перемешивания компонентов не отличалась от обычно принятой в производстве ячеистых бетонов. Опыты по впбровспучиванию проводились с помощью различных вибраторов:

            а) на стандартной лабораторной виброплощадке Кузнецова-Десова;

            б) на поличастотной виброплощадке с частотой колебаний 3000, 6000, 7500 и 12000 в минуту;

            в) на промышленной пятитонной виброплощадке;

            г) с помощью поверхностных вибраторов типа C-414, используемых как навесные. Исследования проводились в основном при частоте колебаний 3000 в минуту (50 гц).

Образцы для стандартных испытаний, а также изделия в виде фрагментов блоков и панелей формовались как в разборных, так и в сварных металлических формах. Готовились образцы-кубы с длиной ребер 10 и 20 см. Фрагменты имели следующие размерь: 50х160х15 см, 80х40х18 см, 120х60х40 см, 100х100х20 см.

Изготовление блоков, имевших размеры 120 на 40 см при высоте 60 см , осуществлялось в форме для фундаментных блоков с применением двух боковых навесных вибраторов С-414 мощностью по 0.4 квт. Остальные изделия формовались на виброплощадках разной грузоподъемности и возмущающей силы.

Опыты показали, что при изготовлении ячеистых бетонов методом вибровспучивания должны быть соблюдены следующие технологические параметры производства:

1. Для быстрого прохождения реакции газовыделения необходима достаточно высокая щелочность раствора. Поэтому, когда для изготовления ячеистого бетона применяется цемент, то к нему нужно добавлять 10 — 15% извести-пушонки (от веса вяжущего).

2. Если в качестве вяжущего используется известь-кипелка со сроками гашения большими чем 15 мин., то известково-песчаный раствор до введения алюминиевой пудры должен перемешиваться 1 - 1.5 мин. дольше, чем при применении быстрогасящейся извести.

3. От температуры раствора, которую он имеет к моменту заливки в формы, в значительной мере зависит скорость газовыделения, а соответственно и продолжительность вибровспучивания. Опытами установлено, что при изготовлении газобетона температура раствора перед заливкой в формы должна составлять 48 — 52°С для теплоизоляционных изделий и 45 — 48°С — для конструктивных. При этом температура воды затворения должна быть равна 53 — 58°С. При получении газосиликата температура раствора должна поддерживаться в пределах 35 — 37°С, а воды затворения — около 16 — 18°С.

При изготовлении кубов с размером ребер 10 и 20 см температура воды затворения соответственно увеличивается на 2 — 3°С вследствие большой теплоотдачи мелких изделий. Если температура помещения и форм ниже 18 — 20°С, то раствор при изготовлении газобетона должен выдерживаться в форме до начала вибрации 2 – 3 мин., а при изготовлении газосиликата — около I мин.

4. Решающее влияние на получение ячеистого бетона с заданными физико-механическими свойствами имеют параметры вибрирования. Оптимальной амплитудой колебаний при частоте 2850 — 3000 в мин. является амплитуда 0.25—0.37 мм при всех применяемых видах вяжущего. Когда амплитуда была меньше указанной оптимальной, то наблюдалась недостаточная степень разжижения в центральной части образцов или изделий, а поэтому пористость оказывалась различной в центральной и периферийных зонах изделия. При сравнительно большой амплитуде, например 0.4 — О.6 мм. возможно всплескивание раствора и прорыв газов у стенок формы. Если же амплитуда характеризуется величиной большей 0.8 мм, то вспучивание раствора сопровождается повсеместными прорывами газов, всплескиванием раствора, расслоением и оседанием массы.

5. Процесс газовыделения при вибрировании идет настолько интенсивно, что время вибровспучивания для газобетонов можно ограничить до 60 — 90 сек., а для газосиликата — 40 — 70 сек. При этом температура в массе может доходить до 60 — 65°С при изготовлении газобетона и до 70 — 85°С — при получении газосиликата.

6. Относительно низкое водовяжущее отношение раствора, высокая температура массы, интенсивность процесса газообразования, повышенная плотность стенок пор — все это при использовании метода вибровспучивания газобетонных масс, содержащих поверхностно-активные добавки, приводит к тому, что по окончании вибрирования весьма быстро нарастает структурная прочность ячеистой массы. Это позволяет транспортировать, распалубливать и разрезать изделия без длительной их выдержки для «вызревания».

7. Экспериментами установлено, что срезку «горбушки» и разрезку изделий из ячеистого бетона можно производить примерно в следующие сроки. Если изготавливается газобетон на смешанном вяжущем, то при размерах изделий 10X10X10 см — через 50 мин., а при крупноразмерных изделиях — через 35 мин. Когда изготавливается газосиликат на извести-кипелке, то при размерах изделии 10x10x10 см — через 35 мни., а при крупноразмерных изделиях —

через 8 — 12 мин.

После разрезки изделия можно немедленно транспортировать для тепловлажностной обработки. При этом, как показали исследования, относительно высокая температура изделий перед тепло-влажностной обработкой и сравнительно малое водо/вяжущее отношение позволяют значительно снизить продолжительность прогрева изделий в первый период запаривания и сократить цикл тепловой обработки в целом.

Одновременно с изучением технологических параметров производства ячеистых бетонов по методу вибровспучивания была проведена проверка свойств получаемых изделий.

В таблице 1 приведены некоторые данные по определению объемного веса и прочности ячеистых бетонов, изготовленных обычным способом и способом вибровспучивания.

Как видно из данных таблицы 1, коэффициент конструктивного качества вибровспученных газобетонов и газосиликатов в среднем па 25 — 30% выше, чем у изготовленных обычным способом.

В таблице 2 приведены данные, характеризующие морозостойкость образцов вибровспученного газосиликата при 50 циклах попеременного замораживания и оттаивания.

Данные таблицы показывают, что после 50 циклов замораживания и оттаивания вибровспученные образцы потеряли всего лишь 12 — 15% первоначальной прочности. Между тем известно, что обычный газосиликат при объемном весе порядка – 450 кг/м3 выдерживает чаще всего 7 циклов попеременного замораживания и оттаивания [5].

Таблица 1

Объемный вес и прочность ячеистых бетонов при изготовлении обычным способом и способом вибровспучивания.

Таблица 2

Морозостойкость теплоизоляционного вибровспученного газосиликата (50 циклов попеременного замораживания оттаивания)

Таким образом, при получении зделий способом вибровспучивания их морозостойкость становится относительно более высокой, что объясняется улучшением структуры материала и, в частности, уменьшением размеров пор и повышением однородности их распределения в массе, а также уплотнением стенок пор.

Заключение.

Исследования метода получения ячеистых бетонов вибровспучиванием еще не закончены. Они продолжаются как в лабораториях, так и в полупроизводственных условиях, но имеющиеся данные, позволяют считать, что метод вибровспучивания систем, содержащих поверхностно-активные добавки, приводит к следующим отличиям от обычного способа получения ячеистых бетонов:

            1. Уменьшается водо/вяжущее отношение.

            2. Ускоряется гидратация извести.

            3. Ускоряются начало и конец процесса газовыделения.

            4. Быстрее растет температура в газобетонной массе.

            5. Уменьшается трение вспучивающейся массы о стенки формы (пристенное трение), в связи с чем уменьшается кривизна поверхности ячеистой массы — «горбушки».

            6. Очень быстро нарастает структурная прочность массы (по окончанию вибрирования).

            7. В процессе вибрирования происходит непрерывное дробление пузырьков газа, что улучшает структуру изделий.

            8. Благодаря этим отличиям можно применять новые, значительно более эффективные, технологические параметры производства, как это видно из нижеследующего сравнения некоторых средних данных.

            9. Вибровспученные изделия отличаются относительно повышенной прочностью и значительной морозостойкостью.

Следует отметить, что процесс вибровспучивания можно осушествлять в формах любых размеров па виброплощадках или при помощи навесных вибраторов.

При применении метода вибровспучивания газобетонных или газосиликатных смесей, содержащих добавки поверхностно-активных веществ, возникает возможность осуществлять поточно-конвейерное производство ячеистых бетонов.

Литература.

1. Ребиндер П.А. Физико-химические представления о механизме схватывания и твердения минеральных вяжущих веществ. Труды совещания по химии цемента. Промстройиздат. М., 1956 г.

2. Хигерович М.И. Гидрофобный цемент и гидрофобно-пластифицирующие добавки. Промстройиздат, М., 1957 г.

3. Десов А.Е. Вибрированный бетон. Госстройиздат, М., 1956 г.

4. Лермит Р. Проблемы технологии бетона. Госстройиздат, М., 1959 г.

5. Агриколянская Н.Я., Алексеев Г.Б., Доильницын П.К. Морозостойкий офактуренный газосиликат. «Главленстройматериалы», Л., 1960 г.