Дренаж в технологии газобетона

Дренаж (от англ. drain —осушать) можно использовать не только при осушении болотистой почвы, но и втехнологии ячеистых бетонов, при изготовлении строительных элементоввариатропной макроструктуры, удаляя из отформованного бетонного изделия частьводы затворения.

Опытным путем установлено, что при достаточномколичестве газообразователя в сырьевой смеси плотность газобетона пропорциональнаотношению веса твердых ингредиентов (вяжущего и наполнителя) к весу воды затворения— см. рис. 1. Это открывает путь кполучению вариатропных изделий методом дренажа. Необходимо только обеспечитьдостижение заданных значений плотности бетона на разных расстояниях от поверхностиформуемого элемента.

Известны различные способы локального обезвоживания:применение водоотсасывающих обкладок [7], использование подсыпки дисперсногоматериала на поверхность ячеистобетонных изделий [8, 11], применениеэлектрофореза [3, 10] и др. Однако наиболее перспективным представляется методдренажа (авт. свид. 342466), предусматривающий использование фильтрующих форм.

Известно [2], что толщина отлагающегося на фильтреболее плотного слоя возрастает с увеличением объема фильтрата. Отсюда следуюттри вывода: (а) по объему фильтрата можно судить об эффективности выбираемыхтехнологических параметров (вид фильтра, температурные режимы фильтрования ипр.), (б) принудительно изменяя объем фильтрата, например, ограничиваядлительность фильтрования, можно менять толщину слоя, (в) по изменению скоростивыделения фильтрата можно судить о распределении плотности в поверхностном слоеизделия. То, что этот слой имеет переменную плотность, свидетельствуют многие работы[4, 9, 12].

Рассмотрим возможные пути управления строениемизделия, вариатропная структура которого создается за счет фильтрационногоудаления части воды затворения. При этом все технологические приемы можноразделить на два класса: корректировка состава бетона и внешние воздействия.

Согласно известному уравнению Дарси, скоростьфильтрации U прямо пропорциональна разностипьезометрических напоров Н между рассматриваемыми сечениями, перпендикулярнымипотоку, а также коэффициенту фильтрации K и обратно пропорциональна расстоянию между этимисечениями I:

U=K•H/I. (1)

При введении динамической вязкости D уравнение принимает вид:

U=H/(D R), (2)

где R — полное сопротивление движению жидкости в пористой среде.

В случае удаления жидкости из дисперсной системы,находящейся на пористом фильтре, полное сопротивление R складывается из постоянного сопротивления фильтрующейперегородки Rф и переменного сопротивления отлагающегося на фильтреслоя осадка Rо:

R=Rф+Rо. (3)

Сопротивление осадка безусловно зависит от составагазобетона, но какие его особенности способны повлиять на макроструктуруизделия? Одним из членов формулы 2является динамическая вязкость D, которая впервую очередь зависит от водотвердого отношения В/Т газобетонной смеси. Идействительно, чем больше В/Т, тем больше объем фильтрата (рис. 2), а значит, и толщина плотного слоя.

Вторым фактором, относящимся к составу смеси ивлияющим на ее вязкость, является расход порообразователя. Газовые порыячеистого бетона работают как плотные шарики, сужающие каналы стока воды иуменьшающие количество фильтрата по сравнению с тем же раствором безпорообразователя (рис. 3).

Известно [5], что наличие электролитов в суспензииприводит к возникновению двойного электрического слоя на зернах дисперснойфазы, в результате чего сопротивление фильтрации может возрастать.Следовательно, целенаправленное введение электролитов в ячеистобетонную смесьможет оказаться инструментом, позволяющим изменять строение уплотненного слоя.

С другой стороны, введение поверхностно-активныхвеществ в суспензию усиливает фильтрацию [1, 5, 6]. Отражаются на скорости фильтрации и добавки, способствующиеагрегации дисперсной фазы, а также ее пептизации.

Более эффективны методы управления строениемуплотняемого слоя за счет внешних воздействий. Ячеистобетонная смесь является бингамовскойжидкостью, обладающей предельным напряжением сдвига, способной к тиксотропномуразжижению. В соответствии с этим вибрационные воздействия, как показываетопыт, могут более чем в 2 раза увеличивать количество фильтрата.

Из формулы 2следует, что скорость фильтрации, а следовательно, и количество фильтрата, итолщина плотного слоя, создаваемого в единицу времени возрастает спьезометрическим напором Н. Поэтому один из путей управления параметрами слоя —целенаправленное изменение давления, например, за счет приложения нагрузки коткрытой поверхности формуемого изделия. Для этого могут быть использованыпригрузочные щиты, повышенное давление воздуха между поверхностью изделия игерметичным колпаком, а также прием автофреттажа (формование газобетонныхизделий под крышкой).

В соответствии с известным принципом четности приём,противоположный описанному, заключается в вакуумировании изделия через фильтр.Не исключается и совмещение этих приемов. В отдельных случаях, например, длябыстрого прекращения фильтрации, может оказаться целесообразным, наоборот,повышенное давление под фильтром, или создание вакуума над поверхностьюизделия.

Экспериментальные исследования показали, что изменениедавления действительно отражается на структуре уплотняемого слоя (причем дажебез нагнетания воздуха и без вакуума). Так, например, при одном и том жефильтре изменение высоты заливки смеси привело к пропорциональному изменениюплотности придонного слоя. Причем влияние этого параметра было весьмасущественным: при высоте заливки 5 см плотность была 1100 кг/м3, а при 30 см — 1400 кг/м3.Подобный эффект наблюдался и при вакуумировании.

К внешним воздействиям относится и фактор времени, вчастности, длительность выдержки между заливкой смеси и началом фильтрации: принулевой выдержке максимальная плотность придонного слоя составляла 1300 кг/м3,при выдержке 5 мин она снизилась до 1000 кг/м3, а после выдержки 10мин объём фильтрата был равен нулю, и изделие осталось однородным (без плотногослоя).

Согласно формулам2 и 3, важным внешним параметромявляется гидравлическое сопротивление фильтра Rф. Оно зависит отмногих факторов: живое сечение каналов, материал фильтра, его структура и др.Были исследованы различные фильтры: ткань, уложенная на перфорированное днищеметаллической формы; металлическая сетка с ячейками 0,1 мм; слой песка; шамот идр.

Эффективность фильтров оценивалась по их сопротивлениюфильтрации чистой воды Rв, выражение для которого было получено из формул 2 и 3 при условии R0=0:

Rф= S•H•t/(D•Q), (4)

где S — площадь фильтра,

t —время,

Q — количествофильтрата.

Исследованные фильтры имели разную толщину Т, и поэтомуопределялось и их удельное сопротивление rв,отнесенное к единице толщины. Результаты исследований приведены в табл. 1.

Вид фильтра	Т, см	Q, см3	t, сек.	Rв, см-1	rв, см-2
Шамот ШБЛ-08	1,22	1060	38	475,00•106	3900,00•108
Газобетон	1,40	1766	300	22,70•106	10,00•108
Керамовермикулит	0,95	78	330	5,62•106	5,91•108
Нейлон	0,30	1080	19	238,00•106	810,00•108
Песок	1,00	1350	18	167,00•106	167,00•108
Цементно-песчаный раствор	1,22	40	192	6,37•106	5,22•108
Х/б ткань	0,06	1170	38	431,00•106	71,80•108
Металлокерамика	0,50	600	300	79,50•106	1,59•108
Металлическая сетка	0,135	1080	30	368,00•106	27,30•108

Таблица 1. Гидравлическое сопротивление фильтров

Использование данных таблицы поможет выбрать нужныйфильтр. На рис. 4 показаныхарактерные кривые распределения плотности по сечению вариатропного изделия,получаемого методом дренажа.

Литература:

1. Барбин М. В., Шабалин К. Н. Повышение скоростифильтрации и полноты обезвоживания осадков с применением поверхностно-активныхвеществ // Горный журнал. — 1963. — № 2.

2. Берней И. И. Основы теории формованияасбестоцементных изделий. — М., 1969.

3. Векслер Е. С. и др. Авт. свид. 463654.

4. Гутин Ю. В. Исследование влияния концентрациисуспензии на скорость фильтрования и уточнение расчетов фильтров. — М., 1971.

5. Жужиков В. А. Исследование процесса фильтрования:Диссертация. — М., 1961.

6. Малиновская Т. А. Пути интенсификации процессовфильтрования высокодисперсных суспензий // Химическая промышленность. — 1965. —№ 9.

7. Меркин А. П. Научные и практические основыулучшения структуры и свойств поризованных бетонов: Диссертация. — М., 1971.

8. Меркин А. П. и др. Авт. свид. 414105.

9. Tiller F. M. TheRole of Porosite in Filtration. Part 3. Variable Pressure — Variable Rate Filtration// A.I.Ch. Journal. — 1958. — № 2.

10. Чернов А. Н. Авт. свид. 353921.

11. Чернов А. Н. и др. Авт. свид. 340536.

12. Shirato M.,Sambuichi M., Murase F. Hidraulic Preassure Distribution in Filtration // A.I.Ch.Journal. — 1964. — № 1.