Влияние противоморозных химических добавок и высококальциевых зол на свойства неавтоклавного газобетона

Рассматривается технологияпроизводства неавтоклавного газобетона в при низкой и отрицательнойтемпературе.

В последние годы большоераспространение получило производство ячеистобетонных стеновых блоков. Такиепроизводства часто организуются в цехах с относительно небольшойпроизводственной площадью. В холодное время года на таком производствевозникает проблема, связанная с хранением блоков до приобретения бетономотпускной прочности при отрицательных температурах: отопление больших площадейзначительно снижает экономические показатели производства.

Актуальной становиться задачавыбора сырьевых материалов и химических добавок, обеспечивающих твердениегазобетона в цехах с низкой и отрицательной температурой.

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

При сравнении различныхтехнологий производства газобетонных стеновых блоков можно отметить, чтоавтоклавная технология неприемлема для указанных целей по ряду причин, главнаяиз которых — большая капиталоёмкость.

Технология классическогонеавтоклавного газобетона на цементе и песке имеет как преимущества, так инедостатки по сравнению с автоклавной. Главное преимущество — возможностьорганизации производства практически в любых условиях без существенныхкапиталовложений. В качестве недостатков можно отметить длительность полноготехнологического цикла в технологии без пропаривания, повышенную среднююплотность материала (850–900 кг/м3 — вместо 650–700 кг/м3),повышенную усадку блоков при эксплуатации (до 3 мм/м).

Практически все отмеченныенедостатки неавтоклавного газобетона и технологии его производства устраняютсяпри использовании высококальциевых зол ТЭЦ вместо немолотого песка.

Преимуществом высококальциевыхзол (ВКЗ) является довольно высокая удельная поверхность — 2300–3100 см2/ги содержание свободной открытой извести (CaOоткрсв). Использование ВКЗ способствуетповышению прочности и уменьшению плотности газобетона. При меньшем расходевяжущего и средней плотности 700–750 кг/м3 можно добиться прочности2,5–3,5 МПа. Весомым аргументом является то, что зольный газобетон набираетотпускную прочность уже после 3–5 сут. твердения в нормальных условиях.

Также в процессе твердениянаблюдается расширение образцов газобетона, изготовленных на основе золы. Придобавке сульфата и хлорида натрия быстрее протекают обменные реакции посвязыванию свободной извести золы, что уменьшает чрезмерные деформацииудлинения и стабилизирует их на отметке 1 мм/м [2].

Исходя из вышеизложенного, былопринято решение адаптировать технологию производства неавтоклавного зольногогазобетона к производству в неотапливаемых помещениях без дополнительнойтепловой обработки.

В работе использовалсяпортландцемент ПЦ М400 Д20 Искитимского цементного завода; высококальциеваяэлектрофильтровая зола Барнаульской ТЭЦ-3 от сжигания бурого угляКанско-Ачинского месторождения, с содержанием свободной суммарной извести около6 %; химические противоморозные добавки Na2SO4,NaCl, K2CO3, COONa; а также алюминиевая пудра ПАП-1 иПАВ в виде стирального порошка.

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

Противоморозные добавки по механизму действия условно можно разделить на 2 группы. К первой относятся вещества,понижающие температурузамерзания жидкой фазы бетона и являющиеся либо слабым ускорителем, либо слабымзамедлителем 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 бетоненезамерзающей жидкой фазы.

Ко второй группе относятся противоморозные добавки, которые сильно ускоряют процессысхватывания и твердения, а их растворы имеют достаточно низкую эвтектическую температуру. К этимдобавкам принадлежат поташ (–36,5 °C).Ускорение твердения бетона вызывается, главнымобразом, тем, что эти добавки изменяют растворимость силикатных составляющих цемента и образуют спродуктами его гидратации двойные илиосновные соли [1].

На графике (рис. 1) приведены результаты калориметрического анализа вяжущегодля производства газобетона. Реакция гидратации оксида кальция имеетэкзотермический характер, что способствует сохранению необходимого тепла длядальнейшего набора прочности при отрицательных температурах. Как видно изграфика, при затворении портландцемента водой с температурой 45 °Cпотеря тепла происходит в кротчайшие сроки. При использовании ВКЗ температурныйэффект сохраняется немного дольше и выравнивание температур с окружающей средойпроисходит через 3 сут.

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

При введение поташа вцементно-зольную систему наблюдался подъём температуры (от 45 до 52 °С) и болееплавное её снижение. Кривая интенсивности тепловыделения аналогичнатемпературной кривой зольного вяжущего (активность ВКЗ).

Такие противоморозные химическиедобавки, как хлорид, сульфат и формиат натрия, не дали существенноготемпературного эффекта.

Дальнейшей целью работы являлосьисследование влияния различных дозировок добавок поташа, сульфата, формиата ихлорида натрия на свойства газобетона. Оптимальной дозировкой считалось токоличество противоморозной добавки, при котором комплекс свойств газозолобетонаимел наивысшие показатели.

Смесь для газобетона плотностью700–750 кг/м3 изготавливалась в лабораторных условиях.Противоморозные добавки вводились с водой затворения в процентном отношении отсодержания ПЦ. Последовательность ввода компонентов: вода с растворенной добавкой— БУЗ — ПЦ — алюминиевая суспензия. Вспученные образцы в формах, завёрнутых вполиэтиленовую плёнку для исключения влагонасыщения, через 1,5–2,0 ч послезаливки помещали в пропарочную камеру, где они подвергались обработке по режиму3 + 6 + 3 ч при 60 °С (моделирование саморазогрева изделий в формах приреальном производстве).

После такой тепловой обработкиобразцы сразу помещали в морозильную камеру с температурой –16...–18 °С, гдеони продолжали находиться в течение 28 сут.

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

Основными наблюдаемымитехническими характеристиками неавтоклавного газобетона являлись средняяплотность (кг/м3), характеризующая вспучиваемость газобетоннойсмеси, и набор прочности (МПа) в нормальных условиях и при твердении в условияхотрицательных температур.

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

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

Из графика видно, что длябездобавочного неавтоклавного газобетона оптимальным является В/Т = 0,42, прииспользовании в качестве противоморозной добавки хлорида натрия В/Т = 0,36. Придальнейшем увеличении содержания воды газ начинает пробулькивать, что приводитк осаждению массива. Добавка хлорида натрия в различных количествахположительно влияет на порообразование, поэтому плотность газобетона непревышает 750 кг/м3. Наибольшее вспучивание газобетонного массивапри использовании сульфата и формиата натрия наблюдается при водотвёрдомотношении 0,36 и 0,38 соответственно. При повышении количества воды происходитаналогичное осаждение массива с пробулькиванием газа. Плотность конечногогазобетона колеблется в пределах 650–700 кг/м3.

длябездобавочного неавтоклавного газобетона оптимальным является В/Т = 0,42, прииспользовании в качестве противоморозной добавки хлорида натрия В/Т = 0,36

Средняя же плотностьнеавтоклавного газобетона при введении в его состав различного количествапоташа существенно повышается — до 700–800, а в некоторых случаях достигает 850кг/м3. Именно это обстоятельство не позволяет вводить рекомендуемыедозировки 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 химическиедобавки положительно влияют на набор прочности в условиях отрицательныхтемператур. Превышение конечной прочности газобетона с добавками над прочностьюбездобавочного материала составляет 78–99 %.

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

Цементо-зольный газобетонявляется перспективным материалом, но требует более детального изучения в связис нестабильностью одного из своих компонентов — высококальциевой золы.

Поэтому следующим этапомисследований было изучение влияния свойств ВКЗ на свойства неавтоклавногогазобетона с противоморозными химическими добавками. Определённые в ходеэксперимента свойства зол — такие, как: свободный суммарный и открытый оксидкальция, температурный эффект (?T), сроки схватывания, потери при прокаливании(ППП) и тесто нормальной густоты (ТНГ) — были использованы для выявлениявзаимосвязей между ними.

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

Рис. 4. Зависимость прочности неавтоклавного зольного газобетона сдобавкой поташа в возрасте 28 сут., твердевшего при –18 °C, от содержанияCaOсумсви ?T ВКЗ

При построениитрёхпараметрических зависимостей было выявлено, что на плотность газобетона,получаемого из цементно-зольного вяжущего, влияет свободный суммарный оксидкальция, содержащийся в ВКЗ в пределах 4,90–7,52 %. Повышение его количестваприводит к более интенсивному схватыванию массива, что препятствует полномувспучиванию газобетонного массива.

сувеличением содержания извести и активности ВКЗ конечная прочность газобетонавозрастает

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

Также установлена зависимостьплотности газобетона от дисперсности отхода. Так, с увеличением крупности золыпроисходит утяжеление ячеистого блока. Это связано с тем, что более крупныечастицы золы обладают меньшей газоудерживающей способностью, что впоследствииприводит к осаждению массива.

В ходе исследований былиполучены высокие коэффициенты корреляции (0,80–0,88) при построении взаимосвязеймежду пористостью материала, температурным эффектом гидратации золы,содержанием свободной извести и остатком на сите № 008. Графические модели этихзависимостей показали, что пористость неавтоклавного газобетона возрастает сувеличением содержания в золе CaOсумсв,температурного эффекта и уменьшением остатка на сите № 008.

Исходя из вышеизложенного можнопредположить, что ряд полученных зависимостей между характеристиками проб зол игазобетона на их основе позволит в дальнейшем оценить и спрогнозировать свойстваполучаемого теплоизоляционно-конструкционного материала.

Таким образом, предлагаемыйспособ производства неавтоклавного зольного газобетона позволяет решить целыйкомплекс экономических и технологических задач. Проведённые исследованияпоказывают, что, изменяя вид и количество противоморозных добавок, можнорегулировать технические характеристики газобетона. При этом становитсявозможным производство блоков из неавтоклавного газобетона в холодное времягода без дополнительной тепловой обработки с последующей выдержкой их внеотапливаемом помещении, что в значительной мере сокращает затратыпроизводства.

Данная технология внедрена припроизводстве 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 добавокна свойства неавтоклавного газобетона // Технология бетона. — 2007. — №1. — С.66–67.

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