Легкие бетоны с гранулированным органическим заполнителем, направленно изменяемой структурой и микроармирующими минеральными добавками (07.09.2009)

Автор: Хританков Владимир Федорович

Учитывая разнородность компонентов, с целью обеспечения стабильных качественных показателей легких бетонов с добавками, были проведены исследования взаимодействия в системе: «цементный камень – полимерсиликатная (гипсоизвестковая) защитная композиция - органический пористый заполнитель». Были рассмотрены различные зоны сопряжения этих компонентов.

Результаты исследований контактных зон легкого бетона позволили сделать вывод о том, что при использовании рассмотренного количества исследованных минеральных добавок (волластонит, диопсид, известняк) дополнительных новообразований в цементном камне практически не обнаружено. При контактировании цемента с растительным сырьем последнее отрицательно влияет за счет редуцирующих веществ на гидратацию цементного вяжущего. Консервация гранул торфозаполнителя полимерсиликатными композициями или нанесение защитного гипсоизвесткового состава обеспечивает нейтрализацию действия редуцирующих веществ на поверхности гранулированного заполнителя, что создает благоприятные условия для твердения цементного вяжущего. При введении волластонита или диопсида отмечено их усиливающее влияние на структуру даже при малом количестве. Данный факт использован с целью повышения эффективности работы минерального вяжущего как в составе матрицы, так и для усиления гипсоизвестковой или полимерсиликатной композиции, используемой для защиты торфяных или растительных гранул.

При применении в качестве защитных покрытий гранулированного торфозаполнителя комбинированных композиций из гипса и извести наблюдается эффект упрочнения микроструктуры в контактной зоне гранулы из растительного сырья и цементной матрицы (рис. 3).

3 4 4

Рис. 5. Микрофотографии контактных зон крупного органического заполнителя с цементной матрицей в крупнопористом легком бетоне: 1 - гранула из соломы; 2 - гранула из торфа; 3 - гранула торфа, защищенная полимерным покрытием; 4 - то же, с защитой гипсоизвестковым составом, х 3 00.

Рис. 6. Микроструктура цементной матрицы без волластонита (1) и с волластонитом (2) в легком бетоне, х 440

Установлено, что микроструктура в зоне данного контакта отличается большей плотностью и меньшей пористостью ввиду проявляемого торфяной гранулой двойного эффекта - впитывания влаги на этапе перемешивания и формования и самоуплотнения за счет внутреннего давления набухания торфозаполнителя после полного массонасыщения.

Данное явление следует, видимо, связывать с более полной гидратацией цемента при благоприятных условиях кристаллообразования, что подтверждается уменьшением пористости цементного камня. На рис. 5 и 6 представлены микрофотографии гранул из торфа и растительного сырья в контактных зонах легкого крупнопористого бетона.

Изучение микроструктуры и свойств цементного камня в контактной зоне с гранулированным органическим заполнителем показало, что выявленный двойной эффект влагопоглощения и внутреннего самоуплотнения позволяет обеспечивать благоприятные условия твердения минерального вяжущего не только в контактной зоне, но и по всему объему.

В главе 6 (Опытно-производственное внедрение легких бетонов с повышенной звукопоглощающей способностью и технико-экономическая эффективность их применения) рассмотрена технологическая схема производства гранулированного заполнителя из торфа и другого растительного сырья в соответствии с выработанными рецептурами и оптимальными составами.

Осуществлен подбор стандартного и нестандартного оборудования и приспособлений. Разработано специальное устройство для нанесения защитного покрытия гранул из растительного сырья для легкого бетона, включающее съемные двойные мелкопористые слои, прижимные валики, привод, емкость с пропиточной композицией и другие элементы.

Технологическая схема производства гранулированного крупного заполнителя из торфа и другого растительного сырья включает следующие процессы и операции: разработку торфа в карьере и буртование для осушения и проветривания; доставку к месту переработки; классификацию и оценку качества по существующим нормативным параметрам (влажность, плотность, степень разложения, наличие посторонних включений, зольность и т.д.). Далее органическое сырье подвергается дроблению для получения однородной массы, обеспечивающей равномерное уплотнение в грануляторе. Во избежание негативных проявлений (гнили, запахов, разложения и т.п.) сырье обрабатывается известью или мелом для дезинфекции. После обработки паром масса поступает на грануляцию. При этом за счет пара обеспечивается оптимальная влажность формуемой массы. Учитывая тот факт, что были разработаны два варианта защитных покрытий - гипсоизвестковое и полимерсиликатное - дальнейший путь движения гранул проходил по этим схемам, т.е. осуществлялось нанесение защитной оболочки одной из указанных выше композиций. Изготовленные по данной технологии гранулы из растительного сырья подавались на склад готовой продукции или в бункер крупного пористого заполнителя цеха по производству легкобетонных изделий (блоков). На рис. 7 представлена технологическая схема производства крупноразмерных блоков из гранулированного торфозаполнителя.

Для изготовления легкого бетона с направленно изменяемой структурой за счет последовательного изменения гранулометрического состава необходимо учесть следующие исходные параметры и показатели: средние расходы составляющих; выход легкого бетона из исходной бетонной смеси; минимальные расходы цементного теста для достижения высокой прочности сцепления отдельных гранул; необходимость получения сквозной пористости и регламентируемой плотности для обеспечения теплофизических и акустических характеристик ограждающих конструкций и др. Все эти вопросы были решены следующим образом.

1. Были рассмотрены различные варианты создания направленно изменяемой структуры, что обеспечивало высокую шумопоглощающую способность материала.

2. Были предложены однофракционные смеси крупнопористого бетона, из которых формировалась ограждающая конструкция.

3. Разработана специальная технологическая оснастка для бетонирования такой конструкции ограждения из нескольких слоев: внутренний (центральный) слой - крупнопористый бетон из гранулированного заполнителя фракции 20–40 мм; средний слой - крупнопористый бетон из гранулированного заполнителя фракции 10–20 мм; наружный (периферийный) слой - крупнопористый бетон из гранулированного заполнителя фракции 5–10 мм. После формования вся конструкция обрабатывалась затирочным отделочным составом на пористом мелком заполнителе, чтобы исключить неровности поверхности.

Рис. 7. Технологическая схема производства легкобетонных изделий

с направленно изменяемой структурой на гранулированном крупном заполнителе при работе нескольких смесительных устройств

При этом укладываемый легкий бетон имел осадку стандартного конуса в пределах 2-7 см. Назначение оптимального расхода воды для каждого состава легкого бетона производилось экспериментально в зависимости от вида крупного заполнителя и его водопотребности. В табл. 7 приведены составы легкого бетона с гранулированным заполнителем. Дозировка цемента и воды производилась по массе, остальных компонентов - по объему. Приготовление легкобетонной смеси осуществлялось в стандартных растворо- и бетономешалках для каждого фракционного состава отдельно.

Таблица 7

Составы бетона с торфозаполнителем

Компоненты

Расход для бетона класса, кг/м?

В 3.5 В 5.0

Дисперсный наполнитель 50-60 65-75

Торфозаполнитель 150-160 150-160

Цемент М 400 120-150 155-185

Вода 110-120 130-140

Таблица 8

Коэффициенты звукопоглощения стен из легких бетонов с направленно изменяемой пористой структурой (НИПС) на разных частотах

Наименование

материала Коэффициент звукопоглощения при частоте звука

Гц 1000

Гц 2000

Гц 4000

Гц 8000

Войлок (эталон) 0,16 0,18 0,36 0,71 0,78 0,83 0,85 0,87

Керамзитобетон

(традиционный) 0,06 0,06 0,08 0,08 0,12 0,28 0,27 0,23

Стена из торфо-


загрузка...