Строительные статьи

Жаростойкий газобетон на основе щелочного алюмосиликатного связующего

Для получения жаростойкого га­зобетона использованы: — шелочное алюмосиликатное свя­зующее на основе мета каолина.

Жидкого стекла и в случае необхо­димости добавок (NaOH, КОН, микрокремнезема, клинкера);

— наполнители — .молотый кварце­вый песок и низкокальциевые золы-уноса Буршты некой и Трипольской ГРЭС; газообразо - ватель — алюминиевая пудра. Изучение свойств материала

Проводили по традиционным для данного класса материалов методи­кам. В качестве комплексной харак­теристики газобетона был принят коэффициент конструктивного ка­чества (ККК).

Известно, что условием получе­ния газобетона является синхрони­зация процессов газовыделения и схватывания ячеистобетонной сме­си. Однако в условиях высокой ще­лочности дисперсионной среды алюминиевая пудра бурно реагиру­ет со щелочью, и газовыделение практически заканчивается через 15—30 мин после затворения, то есть до набора достаточной структурной прочности для фиксирования ячеи­стой структуры материала, что вы­зывает оседание газобетона.

В связи с этим возникла не­обходимость ускорения сроков схватывания связующего. В ходе проведенных исследований была обоснована целесообразность уп­равления сроками схватывания и соответственно процессом структу - рообразования следующими спо­собами [6]: введением в состав связующего наряду с Ма20 и К20; подбором оптимальной текучести исходной смеси; введением добавки

— регулятора процессов структуро-
образования — портландцементного клинкера; выдерживания смеси в формах при определенной температу­ре для моделирования условий, со­здающихся при схватывании в ячеис - тобетонной массе.

После набора достаточной плас­тической прочности образцы газобе­тона направляли на пропаривание или автоклавирование. В ходе иссле­дований был получен газобетон сред­ней плотностью 400-1000 кг/м3 и ККК до 140 (то есть при средней плотности, например, 600 кг/м3 прочность достигает 5 МПа).

При этом было отмечено, что со­став связующего влияет на проч­ностные свойства и характер порис­тости материала (рис. 1). В частнос­ти, при увеличении содержания в составе смеси щелочных оксидов увеличивается ККК газобетона, а средний размер пор резко умень­шается, причем поверхность пор приобретает глянцевый блеск, сви­детельствующий о высокой прочно­сти межпоровых перегородок [5).

Таким образом, была показана возможность упраатения свойства­ми материала путем изменения со­става связующего [6]. В частности, при использовании связующего с низким содержанием щелочных ок­сидов (рис. 2 а) в структуре газо­бетона преобладают крупные сооб­щающиеся поры, что открывает возможность его использования в качестве звукоизоляционного мате­риала. В то же время при повыше­нии содержания щелочных оксидов наблюдается тенденция к образова­нию системы мелких замкнутых пор (рис. 2 6, в, г), обусловливающих, в частности, высокую прочность и малую проницаемость материала.

Для дальнейших исследований был выбран базовый состав связующего., характеризующийся соотношением оксидов (Na20+ К20уА1203=1,2. На основе выбран­ного состава связующего была проведена оптимизация состава и технологических параметров по­лучения газобетона [6, 7]. Было установлено, что для получения газобетона средней плотностью 400—500 кг/м3 с использованием в качестве наполнителя как молотого песка, так и золы; оптимальное ко­личество наполнителя составляет 1:1 к связующему по массе сухих компонентов; оптимальным количе­ством клинкера является 13% от массы сухих компонентов связующе­го. Оптимальная температура пред­варительного выдерживания 701>С.

Кроме того, было отмечено, что газобетон на основе щелочного алю - мосиликатного связующего и золы - уноса как наполнителя характеризу­ется высокой жаростойкостью: оста­точная прочность газобетона после обжига при температуре 800"С до­стигала 107%. Таким образом, была установлена возможность использо­вания такого газобетона в качестве жаростойкого конструкционно-теп - лоизол я u j i он н ого матери ала.

Формирование структуры жаро­стойкого газобетона на основе ще­лочного алюмосиликатного связу­ющего проходит в две стадии. На первой стадии при использовании низкотемпературной тепловой об­работки (проваривания, автокла - вирования) создается ячеистая мак­роструктура материала и прочная первичная микроструктура, основу которой составляют гидратные не­органические полимерные структу­ры — аналоги природных цеолитов.

Вторая стадия структурообразо - вания может быть проведена в про­цессе эксплуатации материала при первом нагревании изделий до рабо­чей температуры. На этой стадии макроструктура материала практи­чески не изменяется, а основа мик­роструктуры — гидратные новообра­зования перекристаллизовываются в безводные без значительного изме­нения объема и соответственно без разрушения каркаса. Это позволяет получать жаростойкий газобетон без применения высокотемпературной тепловой с^брзботки (ТВО>. харак­терной хля традиционных жаростой­ких материалов, что позволяет резко снизить стоимость материала по сравнению с аналогами.

Для исследования влияния вида наполнителя и ТВО на свойства ма­териала были изготовлены шесть составов газобетона на основе базо­вого, которые отличались видом на­полнителя и видом примененной ТВО. Результаты исследований предстаалены в таблице.

Как видно из таблицы, средняя плотность и прочность газобетона в зависимости от вида наполнителя уменьшается в ряду: молотый квар­цевый пееок > зола-унос Бурштын - ской ГРЭС > зола-унос Три поль­ской ГРЭС. Автоклавированные образцы по своим характеристикам превосходят пропаренные. Образ­цы газобетона характеризуются во­достойкостью в пределах 80—95%.

Для проведения исследований жа­ростойкости газобетона полученные образцы были обожжены при темпе­ратуре 400—1000НС Результаты иссле­дований приведены на рис. 3.

Нагревание газобетона на осно­ве молотого кварцевого песка со­провождается увеличением прочно­сти конгломерата, но вместе с тем и трешинообразованчем вследствие полиморфных превращений квар­ца, исключающих использование такого материала при температурах выше 400°С. При нагревании такого материала до 1000°С происходит оплавление и полное разрушение структуры.

При нагревании газобетона на основе золы-уноса до 600°С средняя плотность образцов медленно сни­жается. что вызвано в первую оче­редь удалением связанной волы. Это согласуется с результатами ранее проведенных исследований [2.8], по которым в таких системах иниции­руется образование цеолнтоподоб - ных соединений типа анальцима, характеризующихся удалением свя­занной волы без разрушения карка­са до температуры около 600-700°С, после чего происходит перекристал­лизация.

Дегидратация газобетона при температуре до 600°С не сопровож­дается перестройкой или разруше­нием каркаса (средняя плотность не возрастает, трешинообразование практически отсутствует), но спо­собствует возникновению структур­ных напряжений, приводящих к не­которому снижению прочности. Усадка пропаренных образцов при температуре 400-600°С медленно возрастает, а автоклавированных стабилизируется в пределах 7%.

При нагревании до 600°С мате­риал теряет большую часть связан­ной воды. Выгорание остатков угля в составе золы приводит к большим потерям массы, особенно для об­разцов на основе высокоуглеродис - той Трипольской золы, что тем не менее не сопровождается резким увеличением усадки. Поэтому ос­новной причиной усадки является дегидратация и последующая пере­кристаллизация новообразований, выгорание же остатков угля здесь играет второстепенную роль.

При нагревании материала в ди­апазоне 600—800°С происходит пе­рекристаллизация дегидратирован - ных новообразований в стабильные при такой температуре щелочные алюмосиликаты, а также начинает­ся спекание материала. Эти процес­сы сопровождаются уплотнением структуры, приводящей к увеличе­нию средней плотности материала и росту прочности.

При температуре 800°С также практически заканчивается выгора­ние остатков угля в составе золы.

При увеличении температуры до 1000°С происходит стабилизация потери массы материала, средняя плотность и прочность при этом м едл е н но возраста ют вел едет вне конструктивного характера протека­ния процесса спекания конгломе­рата. При этом прочность автокла­вированных композиций выше, а усадка и потеря массы меньше ана­логичных показателей пропаренных.

Согласно данным рентгенофазо - вого анализа состав новообразова­ний жаростойкого газобетона после нагревания ло 1000°С представлен безводными щелочными и щелоч­ноземельными алюмосиликатами — аналогами фельдшпатоидов нефе­лина и лейцита, а также плагиокла­за, близкого по составу к природно­му Лабрадору. Образование аналогов природных минералов свидетельст­вует о стабильности синтезируемого камня 13J _

Таким образом, предложена тех­нология получения жаростойкого (до Ю00°С) газобетона на основе ще­лочного алюмосиликатного связую­щего и золы-уноса, не требующая применения дефицитного сырья и высокой температуры, характерных для традиционных материалов тако­го класса, что значительно снижает стоимость материала в сравнении с аналогами. Разработанный материал по своим свойствам не уступает тра­диционным ячеистым бетонам, пре­восходит их по жаростойкости и имеет намного меньшую стоимость, чем легковесные огнеупоры.

Список литерату ры

Krivenko P. Alkaline cements: Ter­minology, classification, aspects of durability 11 Proc. 10th Intern. Congress on the Chemistry of Cement. Goteborg, Sweden, 1997. P. 4iv046.

Кривенко П. В., Петропавлов­ский О. Я., Мохорт И. А., Попель Г. И. Физико-химические осно­вы получения композиционных материалов на основе геоцемен­тов для реставрационных работ // Материалы международного симпозиума. RUR "98 «Реставра­ция, реконструкция i урбоэколо - гия». Одесса, 1998. С. 260-268. Krivenko PV. Alkaline cements and concretes: Problems of durability // Proc. Second Intern. Conf. «Alka­line Cements and Concretes». Kyiv, Ukraine, 1999. P. 3-43. Кривенко П.В., Бродко О.А., Мо­Хорт И.А. Теплоизоляционные огнеупорные материалы на ос­нове муллито кремнезем истого волокна и щелочного алюмо­силикатного связующего // Буд4вництво У кражи. 1996. Н2 6. С. 31-34.

5. Основы технологии отделочных, тепло - и гидроизоляционных ма­териалов / В. Д. Глуховский, Р. Ф. Рунова, Л. А. Шейнич, А. Г. Геле - вера. К.: Виша школа, 1986.303 с.

6. Kovalchuk, G. An alkaline alumi- nosilicate gas concrete // Proc. Second Intern. Conf. «Alkaline Cements and Concretes». Kyiv, Ukraine, 1999. P. 279-290.

7. Ковальчук Г. Ю. Дослщження жаростшкосп газобетону на ос- нов| лужного'алюмосилжатного зв'язуючого И Буд1вництво Ук - раТни. 2000. N° 4. С. 21-24.

8. Гидратационно-дегидратацион - ный процесс получения искус­ственного камня на основе щелочных алюмосиликатных свя­зок / П. В. Кривенко, Ж. В. Скур - чинская, Л.Е. Демьянова, Е. Г. Бо - бунова // Цемент. 1993. No 3. С. 39-40.

Создание новых высокоэффек­тивных и малоэнергоемких техно­логических процессов получения традиционного керамического кир­пича в настоящее время весьма ак­туально. Отдача от такой работы при правильном выборе направле­ния и высоком уровне выполнения может быть значительной.

В современных условиях рацио­нальная область применения керами­ческого кирпича меняется — вместо стенового теплозащитного материала он все чаше используется как один из элементов слоистых конструкций и комбинированных кладок, выполня­ющих ограждающие и несущие функ­ции. Отсюда следует, что одним из обоснованных направлений дальней­шего развития кирпичной подотрасли яаляется увеличение выпуска лицево­го кирпича и расширение его цвето­вого ассортимента.

Конкурентная борьба на отече­ственном строительном рынке по­буждает действующие кирпичные заводы к выпуску лицевой продук­ции с высокими эстетическими ха­рактеристиками и низкими издерж­ками производства.

Что касается выпуска местных эф­фективных стеновых материалов, то их дефицит возможно удовлетворять в основном за счет строительства заво­дов по производству неавтоклавных пенобетонных блоков мощностью до 20 тыс. м3 в год. Коэффициент тепло­проводности пенобетонных блоков в 4,5—5,5 раза ниже но сравнению с по­казателем керамического кирпича, а отпускная цена значительно меньше, что делает их доступными для населе­ния с низким уровнем дохода.

С учетом изложенного и следует рассматривать строительство заво­дов керамического кирпича, в том числе и малой мощности.

В последнее время на страницах журнала, в том числе [I], опублико­ван ряд статей ООО «Инта» (г. Омск) по организации производства кир­пича на заводах малой мощности с использованием созданного кирпи- чеделательного комплекса ШЛ.

В основу разработки комплекса взят способ подготовки пресс-порош­ка в едином сушильно-помольном аг­регате, компрессионного прессова­ния сырца и метод тепловой обработ­ки (сушки и обжига) его под постоян­ным давлением в шахтной печи. В публикациях отмечается, что голов­ной образец комплекса испытан в пос. Серебряные Пруды Москов­ской области. К освоению этого про­изводства были привлечены и специ­алисты нашего института. Результаты испытания сушил ыю-помольного аг­регата для глины и шахтной печи по определению их производительности, эффективности работы, режимов, обеспечивающих получение качест­венной продукции, привели к необ­ходимости исправления конструктив­ных недостатков и просчетов.

Рассмотрим некоторые осново­полагающие положения разработ­чиков проекта.

Еще 10—12 лет назад во ВН ИИст - роме был разработан и успешно внед­рен на ряде заводов модернизирован­ный способ формования сырца. Спо­соб предусматривает предваритель­ную грануляцию рыхлого глинистого сырья перед сушильным барабаном (для обеспечения повышения одно­родности по размерам и алажности кусков, снижения потерь с выноса­ми), механическую активацию массы в стержневом смесителе конструкции ВНИИстрома (в целях гомогениза­ции, уплотнения и частичной грану­ляции порошковых масс), формова­ние сырца со сквозными пустотами (для улучшения структуры и повыше­ния морозостойкости кирпича).

Авторам нового проекта необхо­димо было объективно оценить рабо­ту альтернативного технического ре­шения с целью выявления слабых мест и внесения усовершенствова­ний при обработке сырья и подготов­ке пресс-порошка. К сожалению, предложенная схема не учитывает положительный опыт современных отечественных заводов полусухого прессования кирпича, что вызывает сомнение в возможности получения кирпича, отвечающего требованиям отечественного рынка. Более того, предусматривается применение аг­регатов для приготовления пресс-по­рошка, работоспособность которых, как показал опыт освоения комплек­са в пос. Серебряные Пруды, вызы­вает большие сомнения,

В опубликованных работах не приведены даже технологические ас­пекты рекомендуемого оборудова­ния для приготовления пресс-по­рошка. Не меньшее значение для жизнеспособности конструкции соз­данных агрегатов имеют их эксплуа­тационные характеристики.

Вызывает удивление утвержде­ние автора об экономической целе­сообразности выпуска полнотелого кирпича, что подтверждается прак­тикой работы действующих произ­водств. Во-первых, полнотелый кир­пич полусухого прессования имеет пониженные показатели по морозо­стойкости. Именно это обстоятель­ство и послужило основанием для усовершенствования линии приго­товления пресс-порошка и формо­вания сырца со сквозными отвер­стиями. Во-вторых, расход топлива на обжиг полнотелого кирпича выше по сравнению с пустотелым. Каждые 103с пустотности снижают расход топлива в среднем на 7%.

Утверждение автора о предпо­чтительности полнотелого кирпича, очевидно, предопределено особен­ностями принятой схемы транс- портно-укладочного и разгрузочно­го оборудования и обжигом сырца в шахтной печи, диктующих необхо­димость повышения сырцовой прочности кирпича.

Без достаточных теоретических обоснований автор предлагает осу­ществлять регулируемый режим термической обработки сформован­ного сырца в шахтной печи. Если бы автор четко доказал, что этот тип теплового агрегата обеспечивает по­лучение качественной продукции при минимальных затратах тепла, многие вопросы были бы сняты.

К сожалению, в статье отсутст­вуют рекомендации по осуществле­нию управляемого технологическо­го процесса обжига сырца.

Окончательную оценку работе можно будет дать, когда хотя бы один из построенных заводов осво­ит свою мощность и достигнет за­ложенных технико-экономических показателей.

Литература

1. W.Ieeeib И. В. Комплекс ШЛ-300 — кирпичный завод третьего по­коления // Строит, материалы. 2001. №2. С. 8-9.

Линии 12 тыс. М-/ГОД), опробованная в Новосибирском ООО «Либава», включает следующие операции. Бере­зовые бревна диаметром 120—150 мм и длиной до 2 м иилиндруют на ци - линдровочнем (токарном) станке в диаметр 100 мм с одновременным удалением коры. Оцилиндрованные заготовки загружают в пропиточный цилиндр (рис. I) и прошгтывают на­сквозь смесью бутадиен-стиродьного латекса СКС-65 ГП и 10%-ного рас­твора соли (.хлористый натрий, серно­кислый аммоний) (1:1) по режиму «вакуум - атмосферное дааление» в течение 8—16 ч. Пропитанные заго­товки сушат по мягкому режиму в специально разработанной и за­патентованной высокоэкономичной сушильной камере (рис. 2)до остаточ­ной штжности менее 8%. Закупо­ривание капилляров древесины в ториовыч частях заготовок способст­вует выравниванию коэффициентов диффузии через торцовые и боковые поверхности и повышению качества сушки пропитанной древесины. Вы­сушенные заготовки цилиндруют в рабочий диаметр 90 мм с допол­нительной выборкой в третях окруж­ности заготовок на 6 одинаковых вогнутых и выпуклых сегментов, с последующей нарезкой паркетных планок толщиной 12— 15 мм под углом в 30° к древесным волокнам (рис. 3).

Полученные паркетные планки укладывают сплошным ковром на подготовленное основание и при­клеивают битумными или полимер­ными мастиками, прострагивают для выравнивания рабочей поверх­ности, зашпаклевывают отдельные дефектные места и покрывают несколькими слоями паркетного ла­ка. Дополнительные преимущества предлагаемого паркета наклонной (диагональной) распиловки по срав­нению с обычной паркетной шаш­кой перпендикулярной распиловки заключаются в возможности прост - рагивания уложенных планок без выкалывания ич краев, а также «иг­ре» текстуры паркета при разных на­правлениях освещения наклонно срезанных клеток древесины.

Сравнение разработанного пар­кета с традиционным паркетом и торцовой шашкой подтверждает его преимущества. После выдерживания модифицированных паркетных пла­нок в течение 24 ч при относительной влажности воздуха около 100% они набухали на 0,1—0,2%, в то время как традиционные паркет и шащка — на 0,8—1% Выход готовой продукции из круглого березового тонкомера (диа­метром 120—140 мм) составил для ди­агонального паркета 70—80%, для дру­гих видов паркета не более 50%.

Опытная партия диагонального паркета из модифицированного березового тонкомера была уложена в административных помещениях Новосибирска и Нижнего Новгоро­да. Диагональная распиловка, при­меняемая в технологии паркета, обеспечивает высокую твердость и износостойкость паркетного по­ла [3]. Организация производства диагонального паркета планируется в настоящее время также в ООО «Теплон» (Новосибирск).

Еще одним перспективным на­правлением паркетного производ­ства в Сибири является применение в качестве сырья модифицирован­ной аммиаком привозной древе­сины твердых лиственных пород. Такая древесина выпускается Ново­сибирским ООО «Комбинат моди­фицирования древесины». Техно­логия включает модифицирование древесины газообразным аммиаком с последующей высококачествен­ной вакуумной сушкой пропитан­ных заготовок. В результате моди­фицирования древесина во всем объеме (а не только с поверхности, как при традиционном тонирова­нии) приобретает темную окраску мореных пород с дополнительным улучшением показателей форм ©ста­бильности и износостойкости.

Разработанные в НГАСУ эф­фективные технологические при­емы формирования оптимальной структуры модифицированной дре­весины, устойчивой в условиях раз­личных эксплуатационных воздей­ствий, в рамках общей концепции обеспечения стойкости и долговеч­ности древесно-полимерных ком­позитов (4, 5| нашли реализацию в производстве покрытий пола для промышленного и гражданского строительства.

Список литературы

1. Хрулев В. М. Модифицированная древесина в строительстве. М.: Стройиздат, 1986. 112 с.

2. Дорофеев И. С., Хрулев В. М., Машкин И. А. Модифицирован­ная древесина — эффективный материал для малых архитектур­ных форм (на примере городов Кузбасса). // Изв. вузов. Строи­тельство и архитектура. 1986. № 12. С. 54-57.

3. Машкин И-А., Полубоярова Н. Ф., Дорофеев И. С., Буи/ко А/. В. Тех­нология паркета из модифици­рованной древесины березы // Технология строительства сель­скохозяйственных зданий и со­оружений из местных материа­лов Новосибирск: НГАУ, 1997. С. 104-107.

4. Хрулев В. М., Машкин И. А. Новые концепции в теории и техноло­гии композиционных древесно - полимерных материалов // Изв. вузов. Строительство. 1999. N° 7. С. 61-64.

5. Машкин Н. А. Теоретические основы повышения эксплуата­ционной стойкости древесно - полимерных композитов // Тру­ды НГАСУ, Новосибирск. 1999. Т. 2. №2 (4). С. 91-98.