graduate student from 01.01.2015 until now
Russian Federation
GRNTI 67.09 Строительные материалы и изделия
OKSO 270000 АРХИТЕКТУРА И СТРОИТЕЛЬСТВО
BBK 383 Строительные материалы и изделия
TBK 54 Строительство
TBK 5415 Строительные материалы и изделия. Производство стройматериалов
BISAC ARC024000 Buildings / General
The article discusses the possibility of regulation by changing the amount of aluminum paste, the temperature of the mixing water and the sides of mold for the expansion of molding sand of autoclaved aerated concrete. Also, the achievement of a given maximum temperature of the array, which determines the nature of the pore structure and physico-mechanical properties of products. Mathematical models for optimizing the physicomechanical properties of autoclaved aerated concrete by regulating technological and prescription parameters are obtained using the method of mathematical planning of an experiment. It is established, optimal parameters are the mixing water temperature of 40 ... 45 ° C, the amount of aluminum paste - 0.6% of the binder mass, the temperature of the sides of the form 85 ... 90 ° C, which creates favorable conditions for the expansion of the gas-concrete mixture and the combination of pore formation and set-up structural strength of the array, allowing to obtain an optimal porous structure with smaller and uniform porosity with a sufficiently low density and high strength
aerated concrete, temperature of the mixing water, temperature of the sides of the mold, the process of porisation, the gasifier
Введение. Свойства газобетона зависят от качества применяемых сырьевых материалов и правильно установленного и подобранного режима изготовления. Из-за неправильно подобраных компонентов, их количества или технологических параметров могут появляться различного рода дефекты, такие как трещины и разрывы, возникающие в процессе реакции вспучивания массива из-за несоответствия скорости роста объема массива и твердения, чрезмерного давления водяного пара и водорода внутри массива при высокой вязкости смеси или высокой скорости процесса роста объема массива при повышенной скорости набора сырцовой прочности газобетона, что может быть обусловлено повышенным содержанием в смеси извести, цемента или обратного шлама, использованием слишком тонкодисперсной и активной алюминиевой пасты, слабообожженной извести, тонкомолотого сырья, цемента с добавками, высокой температурой заливки смеси, повышенной вязкостью смеси из-за низкого водотвердого отношения смеси или высокой прочностью поверхностного натяжения пленки воды в бетонной смеси [1…6].
Прочность газобетона является обратной функции средней плотности, которая напрямую зависит от пористости, характер которой также зависит от многих параметров. Например, при использовании быстрогасящейся извести структура ячеистого бетона неравномерная, поры сообщающиеся и большого диаметра, поэтому необходимо применение замедлителей ее гашения, а при очень тонком помоле кремнеземистого компонента и при уменьшении В/Т в ячеистом бетоне образуется большое количество пор малого диаметра [7].
Основная часть. С целью изучения влияния температуры воды затворения на разогрев и вспучивание формовочной смеси и свойства автоклавного газобетона образцы формовали в формах размерами 100×100×300 мм. В качестве сырьевых материалов применяли портландцемент марки ЦЕМ I 42,5 Н (г. Старый Оскол), известь воздушную кальциевую негашеную производства ОАО «Цех обжига извести» (г. Старый Оскол) и кварцевый песок (Белгородская обл.), природный гипс, химический состав которых приведен в табл. 1, и пасту алюминиевую производства фирмы ECКART, Германия.
Таблица 1
Химический состав сырьевых материалов, мас. %
|
|
SiO2 |
Al2О3 |
Fe2О3 |
CaO |
MgO |
SO3 |
R2O |
CaOсв |
Na2O |
K2O |
TiO2 |
P2O5 |
ппп |
|
Портландцемент |
22,49 |
4,77 |
4,40 |
67,22 |
0,44 |
2,45 |
0,62 |
0,35 |
– |
– |
– |
– |
0,23 |
|
Известь |
3,17 |
0,99 |
0,17 |
80,92 |
1,42 |
1,03 |
0,56 |
– |
– |
– |
– |
– |
11,56 |
|
Гипс |
0,6 |
0,64 |
0,08 |
38,56 |
1,01 |
52,85 |
– |
– |
– |
– |
– |
– |
6,67 |
|
Песок кварцевый |
94,9 |
3,46 |
0,284 |
0,282 |
0,064 |
– |
– |
– |
0,107 |
0,28 |
0,159 |
0,046 |
– |
Начальную температуру формовочной смеси регулировали, меняя температуру воды затворения от 30 до 60°С. При использовании воды с температурой 30°С температура формовочной смеси низкая, вследствие чего вспучивание происходит медленно (рис. 1). Так при температуре воды затворения 30°С формовочная смесь начинает вспучиваться только на 6 мин, в то время как при температурах 35°С и 60°С вспучивание начинается уже на 3 мин. Максимальная температура массива 91°С достигается соответственно за 9 мин при температуре воды затворения 60°С, однако такой быстрый процесс вспучивания приводит к разрыву газовых пор и созданию рваной ячеистой структуры с неравномерными, большого диаметра сообщающимися порами, что неблагоприятно сказывается на таких свойствах как прочность и теплопроводность (рис. 1). Оптимальной температурой воды затворения, при которой создаются благоприятные условия для вспучивания газобетонной смеси, получения оптимальной пористой структуры с более мелкой и равномерной пористостью при высокой прочности является температура равная 45°С, при которой смесь начинает вспучиваться уже через 3 мин, а максимальная температура формовочной смеси 72°С достигается только через 12 мин, что позволяется совместить во времени процессы порообразования и набора структурной прочности массива.
Рис. 1. Влияние температуры воды затворения на разогрев массива газосиликата:
На температуру газобетонной смеси в форме может влиять также и температура самой формы, повышая температуру смеси у бортов, при этом чем дальше от формы, тем меньшее влияние будет оказывать температура формы на температуру смеси. Вследствие чего у бортов формы за счет более высокой температуры процесс порообразования будет идти более активно, а чем дальше вглубь массива, тем меньше, что будет способствовать созданию вариатропной структуры газобетона за счет плавного перехода плотности от меньшей к большей от бортов формы вглубь массива.
Также на плотность газобетона при прочих равных условиях влияет и расход газообразователя, в данном случае алюминиевой пасты, но слишком большое количество газообразователя может привести к слишком быстрому вспучиванию, вследствие чего произойдет прорывание газовых пор и создание рваной ячеистой структуры, что также негативно скажется на свойствах изделия.
Для изучения совместного влияния этих факторов на свойства газобетона были проведены исследования с использованием метода математического планирования эксперимента [8]. В качестве варьируемых независимых технологических факторов были выбраны: температура воды затворения (Х1); количество алюминиевой пасты (Х2) и температура бортов формы (Х3). В качестве контролируемых параметров были выбраны: средняя плотность (ρср) и прочность газобетона (Rcж). Выбранные технологические факторы были исследованы в пределах, указанных в табл. 2. Факторы, не вошедшие в план эксперимента, приняты постоянными.
Таблица 2
Условия планирования эксперимента
|
Фактор |
Уровень варьирования |
Интервал варьирования |
|||
|
натуральный вид |
кодированный вид |
– 1 |
0 |
+1 |
|
|
Температура воды затворения, °С |
Х1 |
30 |
45 |
60 |
15 |
|
Аl паста, % от массы вяжущего |
Х2 |
0,4 |
0,6 |
0,8 |
0,2 |
|
Температура бортов формы, °С |
Х3 |
50 |
70 |
90 |
20 |
Эксперимент проведен по трехуровневому плану и результаты представлены в табл. 3.
Таблица 3
Матрица планирования и экспериментальные данные
|
№ точки плана |
Фактор |
ρср, кг/м3 |
Rсж, МПа |
||
|
Х1 |
Х2 |
Х3 |
|||
|
1 |
+1 |
+1 |
+1 |
580 |
1,7 |
|
2 |
+1 |
+1 |
–1 |
420 |
2,1 |
|
3 |
+1 |
–1 |
+1 |
540 |
2,1 |
|
4 |
+1 |
–1 |
–1 |
540 |
4,4 |
|
5 |
–1 |
+1 |
+1 |
450 |
2,2 |
|
6 |
–1 |
+1 |
–1 |
540 |
5,1 |
|
7 |
–1 |
–1 |
+1 |
720 |
7,3 |
|
8 |
–1 |
–1 |
–1 |
870 |
6,5 |
|
9 |
+1 |
0 |
0 |
380 |
4,2 |
|
10 |
–1 |
0 |
0 |
480 |
3,4 |
|
11 |
0 |
+1 |
0 |
390 |
3,1 |
|
12 |
0 |
–1 |
0 |
580 |
4,2 |
|
13 |
0 |
0 |
+1 |
407 |
4,4 |
|
14 |
0 |
0 |
–1 |
480 |
3,47 |
|
15 |
0 |
0 |
0 |
530 |
3,51 |
|
16 |
0 |
0 |
0 |
565 |
3,47 |
|
17 |
0 |
0 |
0 |
570 |
3,41 |
– для средней плотности
Y1 = 481,026 – 60×Х1 − 87×Х2 – 15,3×Х3 + 6,26×Х12 + 61,26×Х22 +
+ 19,76×Х32 + 65×Х1×Х2 + 50×Х1×Х3 + 27,5 ×Х2×Х3,
– для прочности на сжатие
Y2 = 3,59 – 1,0×Х1 – 1,03×Х2 – 0,387×Х3 + 0,123× Х12 – 0,0,27×Х22 +
+ 0,258× Х32 + 0,475×Х1×Х2 – 0,075×Х1×Х3 – 0,225×Х2×Х3 ,
где Х1 = 
, Х2 = 
Х3 = 
Комплексное представление о влиянии исследуемых факторов на среднюю плотность и прочность на сжатие получено с помощью построенных номограмм (рис. 2).
Рис. 2. Зависимости средней плотности и прочности на сжатие автоклавного газобетона от температуры воды затворения и бортов формы и количества алюминиевой пасты:
1 – температура воды затворения = 30°С; 2 – температура воды затворения = 45°С;
3 – температура воды затворения = 60°С
Анализ полученных результатов позволил сделать вывод, что физико-механические свойства зависят не только от вида сырьевых компонентов, их качества и количества, но и от многих других параметров, в частности температуры воды затворения и бортов формы. Так при низкой температуре воды затворения (45°С) и при температуре массива (70…75°С) процесс вспучивания происходит медленно, что позволяет создавать более равномерную макроструктуру с более мелкой и равномерной пористостью при достаточно низкой плотности и высокой прочности, чем при быстром вспучивании. А при температуре воды затворения (60°С) и температуре массива 95…100°С прочность газобетона снижается, это объясняется тем, что с повышением температуры вяжущее гидратирует и связывается очень быстро, а водород, выделяющийся в ходе процесса газообразования, начинает частично разрушать уже сформированную затвердевающую макроструктуру, которая к тому же разрушается парами, создающимися при высокой температуре формовочной смеси, и образовавшиеся сообщающиеся поры и микротрещины уменьшают прочность массива.
Выводы. С целью сокращения сроков технологических операций и улучшения физикo-механических свойств газобетона за счет создания оптимальных условий для вспучивания массива и формирования оптимальной поровой структуры рекомендуется температуру воды затворения регулировать в интервале 40…45°С, количество алюминиевой пасты – 0,6 % от массы вяжущего, а температуру бортов формы 85…90°С.
1. Kaftaeva M. V., Rakhimbaev S. M. Substantiation of the technology of manufacturing energy-efficient autoclaved sand-lime aerated concrete. Belgorod, 2015. 258 PP.
2. Laukaitis A. A. Prediction of some properties of cellular concrete of low density. 2001. №4. 27-29 PP.
3. Laukaitis A. A. The influence of water temperature on the heating of the molding mixture and the properties of cellular concrete // Building materials. 2002. №2. 37-39 PP.
4. Gadzhily R. A. Purposeful change of porous structure of building materials // Building materials. 2001. №8. 41-43 PP.
5. Kara K. A., Shorstov R. A., Suleymanov K. A., Voronov V. V. Rheology of concrete mixtures on composite binders with the use of man-made sand // In the book: Knowledge Intensive technologies and innovations of the jubilee international scientific-practical conference dedicated to the 60th anniversary of Belgorod state technological University them. V. G. Shukhov (XXI scientific reading). 2014. 169-175 PP.
6. Suleymanova L. A., Kara K. A., Kolomatskay S. A., Shorstov R. A. Suleymanov, K. A. The stage of growth of gas pores in cellular concrete mixtures // In the book: Efficient construction composites Scientific-practical conference for the 85th anniversary of the honored worker of science of Russia, academician RAASN, doctor of technical Sciences Bazhenov Yury Mikhailovich. Belgorod state technological University them. V. G. Shukhov. 2015. 611-614 PP.
7. Bykhovsky A. E. Research of technological factors of formation of technological properties of gas silicate for industrial thermal insulation of pipes of channel-free heat networks: thesis abstract of candidate of technical Sciences. Kaunas, 1967.
8. Suleymanova L. A. Computer modeling of technological and economic problems: guidelines for the implementation of the course work for students majoring in 270106 - Production of building materials, products and structures. Belgorod: publishing house of BSTU, 2008. 56 PP.
