Строительніе статьи 1996

Оптимизация состава гидравлического вяжущего для автоклавных бетонов

Установилось мнение, что основ­ным сырьем для производства из­вестково-песчаных силикатных ма­териалов является кальциевая из­весть с ограниченным содержанием глинистых примесей в известняках. В то же время многочисленные экспериментальные работы свиде­тельствуют об эффективности гид­равлической извести, обеспечиваю щей более высокие прочностные и другие строительные свойства авто­клавных бетонов, чем использова­ние высококальциевой извести. Следовательно, можно предполо­жить, что для условий автоклавиро - вания существует оптимальный ми­нералогический состав вяжущего, позволяющий получить наилучшие свойства силикатных бетонов. Целью настоящей работы является оптимизация состава низкообжиго­вого гидравлического вяжущего на основе известково-глинистого сырья.

В исследованиях применяли пла­стичную глину Краснодарского ме­сторождения и Нпжнебаканский из­вестняк с химическим составом, представленным в таблице.

Песок — кубанский речной на­сыпной плотностью 1430— 1480 кг/м3, с модулем крупности 1 — 1,1, содержанием кремнезема — Ь1) %, илистых и пылевидных при­месей — 32 %. Учитывая высокую загрязненность, песок отмучивали водой, отвечающей требованиям ГОСТ 23732-79.

Обжиг сырьевых материалов (глины и известняка) проводили в электропечи сопротивления

СНОЛ. Для измельчения компо­нентов (известняка, продуктов об­жига) использовали лабораторную дробилку'; помол материалов про­изводили в шаровой мельнице объемом 30 л с металлическими мелющими телами (доля металли­ческих включений после помола не превышала 0,05 мае. %).

Подготовка сырьевой смеси вя­жущего заключалась в следующем: отвешенное количество глины пе-

Ремешивали с водой до получения пластичной массы и выдерживали в закрытой емкости в течение 1 сут. Затем глиняное тесто тщательно перемешивали с молотым извест­няком (Sya = 2500+150 см2/г). Полученную смесь укладывали в керамические емкости (высота слоя

2— 2,5 см), помещали в электропечь и нагревали до 1 000 °С. Через 1 ч выдержи при указанной температу­ре печь отключали и после полного остывания полученный материал дробили и мололи до достижения удельной поверхности

2500±100 см2/г. До момента испы­тания гидравлическое вяжущее хра­нили в герметичной таре. Количе­ство активной СаО в вяжущем определяли методом титрования од­нонормальным раствором соляной кислоты.

Строительную смесь, содержа­щую гидравлическое вяжущее, МО­ЛОТЫЙ до удельной поверхности 1800±200 см2/г кварцевый песок и воду укладывали в формы, уплотня­ли, поверхность, заглаживали и выдерживали в естественных усло­виях. Термовлажностную обработку производили в промышленном ав­токлаве типа АП-12-2 х 17 при дав­лении пара 0,8—1 МПа, температуре 175 °С, по режиму 1,5 + 811,5 ч. После ТВО образцы высушивали в термошкафу при температуре 60— 70 °С до постоянной массы и определяли их физико-механиче­ские свойства (среднюю плотность, прочность при изгибе и сжатии в сухом и водонасыщенном состоя­нии, водопоглощение, коэффици­ент размягчения).

Предва р ител ьно в ыпол н ен н ые поисковые работы показали, что наилучшие результаты (прочность при изгибе и сжатии — соответст­венно 6—6,5 МПа и около 25 МПа, коэффициент размягчения — 0,84+0,03) достигаются при со­держании известняка в сырьевой смеси гидравлического вяжущего около 70% и соотношении между молотым кварцевым песком и ак­тивной СаО в вяжущем меньше единицы.

Для оптимизации состава авто­клавного вяжущего применяли ме­тод математического планирова­ния. В качестве исследуемых фак­торов приняты Xi — содержание известняка ‘в сырьевой смеси гид­равлического вяжущего, мае. %: Х2 — расход молотого кварцевого песка, по отношению к количеству активного СаО:

GcaO

Где Си — количество кварцевого песка, г; Gcao — количество актив­ного СаО. г.

Параметр выхода — прочность автоклавного бетона при сжатии, МПа.

Учитывая результаты поисковых работ, величину базового значения фактора Х2 приняли равной 67,5 % Интервал варьирования, равный

17,5 %, определен из условия воз­можно более широкого охвата диа пазона изменения данного фактора. Базовое значение фактора JG соста­вило 0,6 с интервалом варьирова­ния 0,3.

Контрольные образцы изготовле­ны из равноподвижных (3+0,5 см погружения конуса) смесей. Для каждого состава приготавливали три контрольных образца-балочки.

Выбор ротатабельного плана предопределил вид математической модели, которая после расчета ко­эффициентов регрессии представ­лена квадратным уравнением:

Ксж = 34,1-0,8JG + 0,7X2 +

+ l,2Xi Л'2-5,6Л1-4,7а1

Близкие абсолютные значения коэффициентов при линейных чле­нах уравнения свидетельствуют о практически одинаковой степени влияния на прочность бетона содер­жания известняка в сырьевой смеси гидравлического вяжущего и доли молотого кварцевого песка в ис­следованном диапазоне изменения данных факторов. При повышении (уменьшении) содержания извест­няка прочность автоклавного бетона снижается (повышается), в то время как при повышении (уменьшении)

© А. Л. А/Хане Tu, Г. Н. Пшеничный,

В. Ф. Черных, 1996

Сияние содержания известняка к смрь - ной смеси гидравлического вяжущего а прочность автоклавного бетона при азличном соотношении количеств иес - а и известняка:

— С = 0,3; 2 — С = 0.0; 3 — С = ,9; 4 - С = 1,02; 5 - С = 0,18 расхода молотого песка данный показатель увеличивается (снижает­ся). Несравненно большее влияние оказывают квадратичные эффекты факторов (абсолютные значения ко­эффициентов при квадратичных ча­стях уравнения в 5—7 раз больше значении коэффициентов линейных членов и их взаимодействия), что свидетельствует о наличии ярко выраженных экстремальных участков на кривых зависимости прочности бетона от исследованных факторов (см. рисунок).

Полученная аналитическая зави­симость прочности автоклавного бетона от указанных факторов по­зволила оптимизировать состав гид­равлического вяжущего и расход кремнеземистого компонента.

Максимально возможные проч­ностные свойства бетона (около 7>5—'Э& МГга) моту! Фыггь достигнуты при содержании в сырьевой смеси вяжущего 65 % известняка п 35 % Глины; расход молотого кварцевого песка должен составлять 50 % ко­личества в вяжущем активной СаО (С = 0,5). Учитывая химический со­став компонентов (см. таблицу), рациональный интервал гидравли­ческого модуля сырьевой смеси для производства вяжущего составляет

0,75—1,3.

На основе разработанного гид­равлического вяжущего и кремне­земистого компонента можно изго­товлять как плотные, так и легкие (в том числе поризованные) авто­клавные бетоны. Эксперименты по­казали, например, целесообраз­ность применения нпзкообжигово - го гидравлического вяжущего в технологии теплоизоляционных и конструктивно-теплоизоляционных автоклавных ненойетонов.