Влияние противоморозных химических добавок и высококальциевых зол на свойства неавтоклавного газобетона

В последние годы большое распространение получило производство ячеистобетонных стеновых блоков. Такие производства часто организуются в цехах с относительно небольшой производственной площадью. В холодное время года на таком производстве возникает проблема, связанная с хранением блоков до приобретения бетоном отпускной прочности при отрицательных температурах: отопление больших площадей значительно снижает экономические показатели производства.

Актуальной становиться задача выбора сырьевых материалов и химических добавок, обеспечивающих твердение газобетона в цехах с низкой и отрицательной температурой.

Целью исследования на первом этапе являлась разработка технологии производства неавтоклавного газобетона, способная решить данную задачу.

При сравнении различных технологий производства газобетонных стеновых блоков можно отметить, что автоклавная технология неприемлема для указанных целей по ряду причин, главная из которых — большая капиталоёмкость.

Технология классического неавтоклавного газобетона на цементе и песке имеет как преимущества, так и недостатки по сравнению с автоклавной. Главное преимущество — возможность организации производства практически в любых условиях без существенных капиталовложений. В качестве недостатков можно отметить длительность полного технологического цикла в технологии без пропаривания, повышенную среднюю плотность материала (850–900 кг/м3 — вместо 650–700 кг/м3), повышенную усадку блоков при эксплуатации (до 3 мм/м).

Практически все отмеченные недостатки неавтоклавного газобетона и технологии его производства устраняются при использовании высококальциевых зол ТЭЦ вместо немолотого песка.

Преимуществом высококальциевых зол (ВКЗ) является довольно высокая удельная поверхность — 2300–3100 см2/г и содержание свободной открытой извести (CaOоткрсв). Использование ВКЗ способствует повышению прочности и уменьшению плотности газобетона. При меньшем расходе вяжущего и средней плотности 700–750 кг/м3 можно добиться прочности 2,5–3,5 МПа. Весомым аргументом является то, что зольный газобетон набирает отпускную прочность уже после 3–5 сут. твердения в нормальных условиях.

Также в процессе твердения наблюдается расширение образцов газобетона, изготовленных на основе золы. При добавке сульфата и хлорида натрия быстрее протекают обменные реакции по связыванию свободной извести золы, что уменьшает чрезмерные деформации удлинения и стабилизирует их на отметке 1 мм/м [2].

Исходя из вышеизложенного, было принято решение адаптировать технологию производства неавтоклавного зольного газобетона к производству в неотапливаемых помещениях без дополнительной тепловой обработки.

В работе использовался портландцемент ПЦ М400 Д20 Искитимского цементного завода; высококальциевая электрофильтровая зола Барнаульской ТЭЦ-3 от сжигания бурого угля Канско-Ачинского месторождения, с содержанием свободной суммарной извести около 6 %; химические противоморозные добавки Na2SO4, NaCl, K2CO3, COONa; а также алюминиевая пудра ПАП-1 и ПАВ в виде стирального порошка.

Выбор добавок обусловлен их значительным влиянием на процессы гидратации и твердения цемента [3].

Противоморозные добавки по механизму действия условно можно разделить на 2 группы. К первой относятся вещества, понижающие температуру замерзания жидкой фазы бетона и являющиеся либо слабым ускорителем, либо слабым замедлителем схватывания и твердения бетона, т. е. практически не влияющие на скорость структурообразования. К этой группе относятся хлорид и нитрит натрия. Указанные добавки обеспечивают твердение бетона на морозе, главным образом, за счёт сохранения в бетоне незамерзающей жидкой фазы.

Ко второй группе относятся противоморозные добавки, которые сильно ускоряют процессы схватывания и твердения, а их растворы имеют достаточно низкую эвтектическую температуру. К этим добавкам принадлежат поташ (–36,5 °C). Ускорение твердения бетона вызывается, главным образом, тем, что эти добавки изменяют растворимость силикатных составляющих цемента и образуют с продуктами его гидратации двойные или основные соли [1].

На графике (рис. 1) приведены результаты калориметрического анализа вяжущего для производства газобетона. Реакция гидратации оксида кальция имеет экзотермический характер, что способствует сохранению необходимого тепла для дальнейшего набора прочности при отрицательных температурах. Как видно из графика, при затворении портландцемента водой с температурой 45 °C потеря тепла происходит в кротчайшие сроки. При использовании ВКЗ температурный эффект сохраняется немного дольше и выравнивание температур с окружающей средой происходит через 3 сут.

Рис. 1. Интенсивность тепловыделения цементно-зольного вяжущего с температурой воды затворения 45 °C

При введение поташа в цементно-зольную систему наблюдался подъём температуры (от 45 до 52 °С) и более плавное её снижение. Кривая интенсивности тепловыделения аналогична температурной кривой зольного вяжущего (активность ВКЗ).

Такие противоморозные химические добавки, как хлорид, сульфат и формиат натрия, не дали существенного температурного эффекта.

Дальнейшей целью работы являлось исследование влияния различных дозировок добавок поташа, сульфата, формиата и хлорида натрия на свойства газобетона. Оптимальной дозировкой считалось то количество противоморозной добавки, при котором комплекс свойств газозолобетона имел наивысшие показатели.

Смесь для газобетона плотностью 700–750 кг/м3 изготавливалась в лабораторных условиях. Противоморозные добавки вводились с водой затворения в процентном отношении от содержания ПЦ. Последовательность ввода компонентов: вода с растворенной добавкой — БУЗ — ПЦ — алюминиевая суспензия. Вспученные образцы в формах, завёрнутых в полиэтиленовую плёнку для исключения влагонасыщения, через 1,5–2,0 ч после заливки помещали в пропарочную камеру, где они подвергались обработке по режиму 3 + 6 + 3 ч при 60 °С (моделирование саморазогрева изделий в формах при реальном производстве).

После такой тепловой обработки образцы сразу помещали в морозильную камеру с температурой –16...–18 °С, где они продолжали находиться в течение 28 сут.

Часть образцов не пропаривалась и твердела в нормальных условиях под плёнкой при 18–20 °С.

Основными наблюдаемыми техническими характеристиками неавтоклавного газобетона являлись средняя плотность (кг/м3), характеризующая вспучиваемость газобетонной смеси, и набор прочности (МПа) в нормальных условиях и при твердении в условиях отрицательных температур.

На графике на рис. 2 приведена зависимость вспучивания газобетонной смеси от водотвёрдого соотношения.

Рис. 2. Зависимость вспучивания газобетонной смеси от водотвёрдого соотношения и вида химической добавки

Из графика видно, что для бездобавочного неавтоклавного газобетона оптимальным является В/Т = 0,42, при использовании в качестве противоморозной добавки хлорида натрия В/Т = 0,36. При дальнейшем увеличении содержания воды газ начинает пробулькивать, что приводит к осаждению массива. Добавка хлорида натрия в различных количествах положительно влияет на порообразование, поэтому плотность газобетона не превышает 750 кг/м3. Наибольшее вспучивание газобетонного массива при использовании сульфата и формиата натрия наблюдается при водотвёрдом отношении 0,36 и 0,38 соответственно. При повышении количества воды происходит аналогичное осаждение массива с пробулькиванием газа. Плотность конечного газобетона колеблется в пределах 650–700 кг/м3.

Средняя же плотность неавтоклавного газобетона при введении в его состав различного количества поташа существенно повышается — до 700–800, а в некоторых случаях достигает 850 кг/м3. Именно это обстоятельство не позволяет вводить рекомендуемые дозировки данных добавок, рассчитанные на определённые температуры твердения. Поднятие газобетонного массива возможно только при В/Т = 0,44.

Как видно из графика на рис. 3, все противоморозные химические добавки положительно влияют на набор прочности в условиях отрицательных температур. Превышение конечной прочности газобетона с добавками над прочностью бездобавочного материала составляет 78–99 %.

Рис. 3. Кинетика набора прочности неавтоклавного зольного газобетона, твердевшего при –18 °C в течение 28 сут.

Цементо-зольный газобетон является перспективным материалом, но требует более детального изучения в связи с нестабильностью одного из своих компонентов — высококальциевой золы.

Поэтому следующим этапом исследований было изучение влияния свойств ВКЗ на свойства неавтоклавного газобетона с противоморозными химическими добавками. Определённые в ходе эксперимента свойства зол — такие, как: свободный суммарный и открытый оксид кальция, температурный эффект (?T), сроки схватывания, потери при прокаливании (ППП) и тесто нормальной густоты (ТНГ) — были использованы для выявления взаимосвязей между ними.

Были выявлены зависимости свойств газобетона от свойств зол. На графике (рис. 4) показана зависимость прочности неавтоклавного газобетона, твердеющего в условиях пониженных температур в течение 28 сут., от содержания CaOсумсв в высококальциевой золе и ?T. Из графика видно, что с увеличением содержания извести и активности ВКЗ конечная прочность возрастает. Введение ВКЗ в состав газобетона также положительно влияет на набор прочности в условиях отрицательных температур. Этому способствует достаточно высокое содержание свободной суммарной извести (CaOсумсв), которая постепенно гидратирует во время набора прочности цементно-зольного камня.

Рис. 4. Зависимость прочности неавтоклавного зольного газобетона с добавкой поташа в возрасте 28 сут., твердевшего при –18 °C, от содержания CaOсумсв и ?T ВКЗ

При построении трёхпараметрических зависимостей было выявлено, что на плотность газобетона, получаемого из цементно-зольного вяжущего, влияет свободный суммарный оксид кальция, содержащийся в ВКЗ в пределах 4,90–7,52 %. Повышение его количества приводит к более интенсивному схватыванию массива, что препятствует полному вспучиванию газобетонного массива.

Рис. 5. Зависимость изменения плотности неавтоклавного зольного газобетона с добавкой формиата натрия от площади удельной поверхности и CaOсумсв

Также установлена зависимость плотности газобетона от дисперсности отхода. Так, с увеличением крупности золы происходит утяжеление ячеистого блока. Это связано с тем, что более крупные частицы золы обладают меньшей газоудерживающей способностью, что впоследствии приводит к осаждению массива.

В ходе исследований были получены высокие коэффициенты корреляции (0,80–0,88) при построении взаимосвязей между пористостью материала, температурным эффектом гидратации золы, содержанием свободной извести и остатком на сите № 008. Графические модели этих зависимостей показали, что пористость неавтоклавного газобетона возрастает с увеличением содержания в золе CaOсумсв, температурного эффекта и уменьшением остатка на сите № 008.

Исходя из вышеизложенного можно предположить, что ряд полученных зависимостей между характеристиками проб зол и газобетона на их основе позволит в дальнейшем оценить и спрогнозировать свойства получаемого теплоизоляционно-конструкционного материала.

Таким образом, предлагаемый способ производства неавтоклавного зольного газобетона позволяет решить целый комплекс экономических и технологических задач. Проведённые исследования показывают, что, изменяя вид и количество противоморозных добавок, можно регулировать технические характеристики газобетона. При этом становится возможным производство блоков из неавтоклавного газобетона в холодное время года без дополнительной тепловой обработки с последующей выдержкой их в неотапливаемом помещении, что в значительной мере сокращает затраты производства.

Данная технология внедрена при производстве газобетонных блоков на производственной базе ООО «ГОСТ» (Барнаул).

Литература:

1. Рамачандран В. С., Фельдман Р. Ф., Коллебарде М. и др. Добавки в бетон: Справочное пособие. — М.: Стройиздат, 1988.

2. Овчаренко Г. И., Щукина Ю. В. Влияние высококальциевых зол и химических добавок на свойства неавтоклавного газобетона // Технология бетона. — 2007. — №1. — С. 66–67.

3. Руководство по применению химических добавок в бетоне / НИИЖБ Госстроя СССР. — М.: Стройиздат, 1980.

 

Cтатья предоставлена журналом «Популярное бетоноведение» Журнал «Популярное Бетоноведение» — всегда свежая и профессиональная информация о производстве и применению бетонов и других строительных материалов, добавках, оборудовании и многом другом.  Издание выходит при поддержке Научно-Технического общества строителей Санкт-Петербурга. Распространяется в России, СНГ, за рубежом. Журнал рассчитан на широкий круг читателей — строителей, технологов, проектировщиков. http://www.popcon.ru/ info@popcon.ru Быстрая подписка на журнал: (812) 541-91-45, 541-91-46