Добро пожаловать на официальное интернет-представительство Некоммерческого Партнерства "Союз производителей бетона"
Союз создан в 2003 году с целью координирования, регулирования и управления разрозненными отраслями, нормальное функционирование которых необходимо для общего развития рынка бетона. Мы заинтересованы в формировании и укреплении здоровой экономической политики на строительном рынке.






ПРИГЛАШАЕМ ПРИНЯТЬ УЧАСТИЕ


МЫ СОТРУДНИЧАЕМ



НАШИ ПАРТНЕРЫ







АВТОРИЗАЦИЯ
Логин:
Пароль:
Регистрация
Забыли свой пароль?


ЛЕГКИЕ БЕТОНЫ - СТАТЬИ


Прислать свою статью

27.11.2009

Влияние некоторых рецептурно-технологических факторов на степень поврежденности структуры и свойства кремнебетона

Комментариев: 0 | Количество просмотров: 2958

Автор: C. И. Сланевский

Твердение бетона — важнейшая стадия технологической переработки, в значительной степени определяющая структуру бетона и, следовательно, его строительно-технические свойства. В условиях одновременного действия ряда структурообразующих и деструктивных факторов процесс структурообразования может развиваться с различной скоростью и полнотой протекания реакции. Для управления технологическим процессом, позволяющим обеспечить условия направленного структурообразования, крайне необходимо выявить и изучить степень и характер влияния как структурообразующих, так и деструктивных факторов.

К основным рецептурно-технологическим факторам, определяющих кинетику процесса структурообразования и степень технологической поврежденности бетона, относятся: вид и минералогический состав вяжущего; факторы, определяемые температурным режимом твердения; вид и концентрация химических добавок.

В настоящее время известны вяжущие с широким спектром свойств и кинетикой структурообразования от вяжущих, которые твердеют в естественных условиях в течение нескольких минут, до вяжущих, проявляющих способность к твердению только при условии длительного гидротермального воздействия.

При заданном виде вяжущего наиболее действенным технологическим приемом в управлении процессом структурообразования бетона является тепловая обработка. Она позволяет значительно интенсифицировать процесс твердения, в результате чего сокращается технологический цикл и повышается оборачиваемость основного технологического оборудования. Однако характер влияния тепловой обработки на физико-механические свойства неоднозначен — наряду с интенсификацией процесса структурообразования при повышении температуры наблюдаются и деструктивные явления. Причины этих явлений на различных стадиях тепловой обработки различны.

Тепловая обработка бетона делится на четыре стадии, сумма продолжительностей которых характеризует собой режим. К этим стадиям относится:

— выдержка бетона перед термообработкой,

— подъем температуры до температуры изотермической выдержки,

— изотермическая выдержка;

— остывание.

Предварительная выдержка бетона позволяет значительно уменьшить и даже полностью устранить деструктивные процессы, наблюдаемые в период подъема температуры, причиной которых является различная степень увеличения объемов твердой, жидкой и газообразной фаз.

Оптимальная продолжительность предварительной выдержки — величина непостоянная и зависит от вида и активности вяжущего, водо-вяжущего отношения, температуры окружающей среды, наличия добавок и пр. Все факторы, способствующие ускорению твердения бетона, обеспечивают и сокращение длительности предварительной выдержки.

Время разогрева бетонной смеси или скорость подъема температуры также является объектом исследования и оптимизации, так как именно на этой стадии тепловой обработки в основном и происходят деструктивные процессы. Скорость подъема температуры зависит от прочности, которую приобрел бетон в процессе предварительной выдержки. С повышением этой прочности скорость подъема температуры повышается. Для минимизации деструктивного эффекта, имеющего место в период подъема температуры, в последнее время применяют предварительный разогрев бетонной смеси.

На стадии изотермической выдержки температура по сечению изделия выравнивается. В этот период наблюдается интенсивный рост прочности. Физические процессы, связанные с температурными градиентами и вызывающие деформацию структуры, в основном прекращаются, объем бетона достигает наибольшего значения и на этом уровне стабилизируется. Этот период для обычных бетонов составляет 4–8 ч. При дальнейшем изотермическом прогреве наблюдается медленный рост прочности с периодическим ее сбросом в результате возникновения собственных напряжений. Сбросы прочности представляют интерес, так как они наблюдаются не только при тепловой обработке, но и при нормальном твердении.

Стадия остывания бетона также является регламентируемым периодом, поскольку превышение предельно допустимого температурного градиента вызывает обильное образование микротрещин, в результате чего значительно снижаются показатели прочности и стойкости бетона.

Управление процессом структурообразования бетона эффективно осуществляется с помощью химических добавок — регуляторов процессов схватывания и твердения бетона. Эти добавки широко известны и исследования в этой области продолжаются.

Особенности кремнебетона, определяющие его структуру и свойства

Таковыми являются:

1. В качестве вяжущего используется двухкомпонентная смесь, состоящая, с одной стороны, из активных щелочесодержащих форм кремнезема, а с другой — из тонкоизмельченного кварцевого песка, исполняющего роль затравки (подложки).

2. В качестве активного щелочесодержащего кремнезема чаще всего используется техногенное высококремнеземистое стекло (ВКС-вяжущее) либо его тридимитокристобалитовая модификация (ТК-вяжущее).

3. Для получения кремнебетона, характеризующегося высокими строительно-техническими свойствами, непременным условием является использование активного кремнезема в виде песчаных фракций с предельной крупностью зерен 0,63 или 1,25 мм и тонкоизмельченного кварцевого песка с удельной поверхностью более 300 м2/кг. При использовании одного и другого компонента в тонкоизмельченном состоянии в процессе термообработки кремнебетон вспучивается на 3–5 %, в его структуре появляются множественные трещины, строительно-технические свойства кремнебетона значительно ухудшаются.

4. Растворение активных форм кремнезема и омоноличивание полученным гидросиликатом тонкоизмельченного кварцевого песка являются основой механизма структурообразования и осуществляются только в условиях автоклавной гидротермальной обработки. В естественных условиях кремнебетон практически не твердеет.

Установлено, что основными факторами, определяющими длительность термообработки при заданной температуре и давлении, являются размер частиц активного кремнезема, его щелочность и тонкость помола затравки.

Изучена также растворимость как аморфного, так и кристаллического кремнезема в щелочной среде с концентрацией оксида натрия от 0 до 6 % в диапазоне температур от 0 до 300 °С. Установлено, что растворимость кремнезема с повышением щелочности и температуры среды повышается. При этом время изотермической выдержки, достаточное для полного протекания процесса структурообразования, определено косвенным образом по визуальной оценке степени растворения зерен техногенного кремнезема, которое составляет: для кремнебетона на основе ВКС-вяжущего — до 21 ч; для кремнебетона на основе ТК-вяжущего — до 72 ч.

Кинетика изменения свойств кремнебетона как на ВКС-, так и на ТК-вяжущем не исследована, что не позволяет эффективно управлять процессом структурообразования.

Вышеизложенное послужило предпосылкой для проведения исследований, направленных на изучение технологических приемов, минимизирующих технологическую поврежденность кремнебетона в процессе его тепловой обработки.

Особенности методики проведения экспериментальных работ

Исследование проводили на образцах-кубах с размером ребра 10 см. В процессе исследований использовались стандартные методы испытания образцов. Предполагая по аналогии с обычным цементным бетоном, что изменение свойств кремнебетона происходит по сложной зависимости, ставилась задача изучить характер изменения основных свойств в широком диапазоне изменяемых факторов с достаточно малым интервалом варьирования.

Для выявления факторов, оказывающих существенное влияние как на процесс структурообразования, так и на технологическую поврежденность кремнебетона, проведен ряд опытов. При этом основное внимание было сосредоточено на малоизученном ТК-вяжущем.

Было замечено, что образцы из кремнебетона на ТК-вяжущем в процессе тепловой обработки вспучиваются на 1–2 мм, в результате чего на боковых гранях возникают горизонтальные трещины. Как концентрация трещин, так и ширина их раскрытия по высоте образца неравномерны и возрастают от нижней части к верхней. По нашему мнению, это является следствием того, что пластическая прочность, которую приобретает кремнебетон на ТК-вяжущем до автоклавной обработки, является недостаточной для того, чтобы воспринять внутренние напряжения, возникающие вследствие различной степени расширения твердой, жидкой и газообразной фаз.

Выбор факторов и интервалов их варьирования

Для того чтобы свести к минимуму деструктивный процесс вспучивания, были испытаны такие технологические приемы, как увеличение времени предварительной выдержки и времени подъема температуры, формование образцов из предварительно разогретой кремнебетонной смеси, пригружение образцов в процессе тепловой обработки, использование части ТК-вяжущего в тонкоизмельченном состоянии. Кроме того, исследовалось влияния химических добавок — активизаторов твердения кремнеземистых вяжущих, в состав которых входят карбонаты натрия и калия, их гидроксиды и хлорид натрия. Также апробирована возможность обеспечения необходимой пластической прочности путем введения жидкого стекла в состав вместе с отвердителем (кремнефтористый натрий) взамен воды.

Были приняты следующие базовые рецептурно-технологические параметры изготовления образцов.

Состав кремнебетона, кг/м3:

ТК-вяжущее фракции менее 0,63 мм................................. 398

Затравка с Sуд=5000 см2/г.................................................... 293

Песок рядовой...................................................................... 181

Щебень фракции 5–20 мм................................................. 1380

Вода (или жидкое стекло плотностью 1,3 г/см3)..... 130 (174)

Режим и параметры автоклавной обработки:

Температура изотермической выдержки..................... 187 °C

Давление изотермической выдержки....................... 1,2 МПа

Время предварительной выдержки.................................... 3 ч

Время подъема температуры и давления........................... 3 ч

Время изотермической выдержки.................................... 26 ч

Время снижения температуры и давления........................ 3 ч

Результаты испытаний образцов и их анализ

Результаты испытания образцов приведены в табл. 1. Анализ результатов испытаний свидетельствует о том, что из рассматриваемых рецептурно-технологических приемов, направленных на снижение поврежденности структуры, наиболее действенными являются: пригружение твердеющих образцов, предварительный разогрев кремнебетонной смеси и использование в качестве затворителя жидкого стекла.

Вид приема или добавки

Параметр приема или количество добавки

Свойства кремнебетона

Общая пористость, %

Пористость вспучивания, %

Прочность, МПа

Водопоглощение, %

Водостойкость, %

Предварительная выдержка, ч

0

15,1

2,1

67,5

4,87

67

3

14,9

1,9

69,7

4,61

70

6

14,8

1,8

68,8

4,57

69

12

14,6

1,6

69,3

4,53

68

Подъем температуры, ч

1,5

14,5

1,5

67,8

4,71

67

3

14,7

1,7

69,5

4,62

69

6

14,8

1,8

68,3

4,83

66

12

14,9

1,9

68,7

4,85

65

Пригруз, г/см2

20

13,8

0,8

98,1

2,89

74

50

13,7

0,7

102,1

2,55

79

100

13,2

0,2

113,5

2,38

85

Водный раствор Nа2СО3, %

2

16,4

3,4

58,5

4,73

67

5

16,1

3,1

60,2

5,03

65

10

15,9

2,9

61,4

4,6

61

Водный раствор К2СО3, %

1

14,9

1,9

65,3

4,09

71

2

14,5

1,5

69,5

4,80

69

4

15,2

2,2

73,7

3,91

66

Водный раствор NaОН, %

1

14,5

1,5

68,9

5,08

70

2

14,7

1,7

67,5

4,24

67

4

13,6

0,6

75,2

4,42

63

Водный раствор КОН, %

1

14,4

1,4

68,3

4,88

69

2

14,3

1,3

67,1

4,20

66

4

13,8

0,8

73,2

4,74

62

Водный раствор NaCl, %

1

16,0

3,0

63,2

5,63

67

2

15,3

2,3

59,8

4,67

65

4

15,5

2,5

57,5

4,92

63

Жидкое стекло плотностью 1,3 г/см3 с содержанием Na2SiF6, %

0

13,7

3,7

125,5

2,44

76

0,25

13,5

3,5

103

2,97

77

0,5

13,2

3,2

82,9

3,16

75

1

13,3

3,3

86,2

3,52

72

1,6

13,3

3,3

88,8

3,94

69

3,15

13,1

3,1

85

4,25

68

6,3

13,0

3,0

79

4,63

66

Молотое ТК-вяжущего, %

20

15,9

2,9

59,1

5,71

65

Температура кремнебетонной смеси при формовании, °C

70

16,3

0,2

95,6

3,3

71

Таблица 1. Влияние некоторых рецептурно-технологических факторов на кремнебетона

Ни увеличение времени предварительной выдержки, ни снижение температурного градиента в период подъема температуры, ни введение активизаторов твердения, ни использование части тридимита в тонкодисперсном состоянии не обеспечивают в период предавтоклавной обработки должного повышения пластической прочности. Пористость, образовавшаяся в результате вспучивания образцов, достигает 3–4 %, что приводит к существенному снижению прочности и водостойкости и к повышению водопоглощения.

Из приемов, которые сводят к минимуму деструктивные явления, наиболее приемлемым является пригружение твердеющего кремнебетона, положительный эффект которого достигается также и при использовании закрытых форм кассетного типа. Два других технологических приема уступают первому. Предварительный разогрев кремнебетонной смеси, кроме дополнительных энергозатрат, сопровождается повышением ее водопотребности на 20–25 %, что вызывает некоторое ухудшение основных строительно-технических показателей кремнебетона. Этот способ целесообразно использовать в тех случаях, когда из-за сложной конфигурации изделий, или по другой причине, их изготовление невозможно в закрытых формах. Третий же технологический прием предусматривает использование жидкого стекла — сравнительно дорогостоящего и дефицитного материала, применение которого допустимо только при соответствующем технико-экономическом обосновании. При этом необходимо отметить, что жидкое стекло не столько предотвращает вспучивание, сколько активизирует процесс структурообразования. Его целесообразно использовать без отвердителя, так как кремнефтористый натрий ухудшает растворение и кристаллизацию ТК-вяжущего, что соответствующим образом сказывается на качественных показателях кремнебетона.


Возврат к списку

Для того чтобы оставить комментарий, Вам необходимо авторизоваться.
3.151539937082

Реклама на портале


Rambler's Top100 Яндекс цитирования
Некоммерческое партнерство "Союз Производителей Бетона",2003-2011
Все права защищены. Публикация информации с сайта без активной гиперссылки на www.concrete-union.ru и согласования с руководством запрещена
Адрес электронной почты info@concrete-union.ru
Размещение рекламы на портале НП "Союз Производителей Бетона"