Автоклавная обработка бетона это
Изделия автоклавного твердения на основе извести. Понятие о технологии производства. Значение автоклавной обработки. Строение, свойства и области применения
При нормальных условиях твердения изделия на основе строительной извести имеют малую прочность. Обработка насыщенным водяным паром при 70. 100 oС и атмосферном давлении (пропаривание) или искусственная карбонизация значительно повышают прочность этих изделий. Однако максимальных значений показатели прочности и долговечности этих материалов приобретают в условиях гидротермальной обработки в автоклавах в среде насыщенного водяного пара. Гидротермальную обработку (запаривание) проводят под давлением насыщенного водяного пара: 0,8; 1,2 и 1,6 МПа, что соответствует температурам указанной среды 174,5; 190,7 и 203,3 oС.
Автоклавные строительные материалы выпускают в виде кирпича, блоков и панелей для наружных и внутренних стен, панелей перекрытий, колонн, лестничных маршей и площадок, балок и других изделий. Их свойства близки к свойствам цементных бетонов, но они отличаются меньшим расходом вяжущих, широким использованием дешевых местных заполнителей и, следовательно, меньшей стоимостью. Однако для их производства необходимы автоклавы.
Силикатный кирпич — один из наиболее экономичных и распространенных в стране стеновых материалов, из него возводят более 16% всех каменных зданий.
Основными видами сырья для производства силикатного кирпича являются песок, известь и вода. Кроме того, применяют суглинки, трепелы, золы, шлаки и другие горные породы и промышленные отходы. В качестве известкового компонента для производства автоклавных изделий можно применять молотую негашеную известь, пушонку, частично гашеную известь, а также известково-зольное и известково-пуццолановое вяжущее.
Производство силикатного кирпича включает следующие стадии: добычу и просев песка, обжиг извести и ее размол совместно с частью песка, смешение полученного вяжущего с немолотым песком и водой, гашение извести в смеси с песком, повторное перемешивание и до-увлажнение полученной массы, прессование кирпичей, их укладку на вагонетки, загрузку в автоклав и обработку насыщенным водяным паром при 174,5 oС (давлении 0,8 МПа).
Автоклавная обработка (запаривание) силикатного кирпича производится по следующему режиму: подъем температуры до 174,5 oС — 1,5 ч, изотермическая выдержка при 174,5 oС — 8 ч; снижение температуры до 100 oС (и давления до атмосферного) — 2ч.
Силикатный кирпич подразделяется на марки, которым соответствуют показатели предела прочности при сжатии 30; 25; 20; 15; 12,5; 10 и 7,5 МПа (последняя цифра только для пустотелых камней).
Морозостойкость рядового силикатного кирпича должна составлять не менее 15 циклов попеременного замораживания (при — 13 oС) и оттаивания (в воде при 15. 20oС), а лицевого — 25, 35, 50 циклов в зависимости от марки.
Водопоглощение рядового силикатного кирпича не должно превышать 16 %, а лицевого — 14 %. Средняя плотность составляет 1800. 1850 кг/м3.
Известково-шлаковый и известково-зольный кирпичи являются разновидностью силикатного кирпича, но отличаются меньшей плотностью и лучшими теплоизоляционными свойствами, так как в них тяжелый кварцевый песок заменен пористым легким шлаком в известково-шлаковом кирпиче или золой в известково-зольном кирпиче.
Для приготовления известково-шлакового кирпича берут 3. 12 % извести и 88. Э7 % шлака, а для известково-зольного — 20. 25 % извести и 75. 80 % золы. Так же как и шлак, зола является дешевым сырьевым материалом, образующимся при сжигании каменного, бурого угля и другого топлива в котельных ТЭЦ, ГРЭС и т. д.
Использование шлаков и зол экономически выгодно, так как при этом расширяется сырьевая база силикатных и других строительных материалов и снижается их стоимость.
Производство известково-шлакового и известково-зольного кирпича аналогично технологической схеме производства силикатного кирпича. Шлаковый и зольный кирпичи выпускают размером 250x120x140 мм и больше, марками по прочности при сжатии М25, 50 и 75, морозостойкостью такой же, как и у силикатного кирпича, плотностью 1400. 1600 кг/м3, теплопроводностью 0,5. 0,6 Вт/(м * oС).
Применяют известково-шлаковый и известково-зольный кирпичи для возведения кладки стен зданий малой этажности (до трех этажей), а также для кладки стен верхних этажей многоэтажных зданий.
Силикатный бетон представляет собой бесцементный бетон автоклавного твердения. Вяжущим в нем является смесь извести с тонкомолотым песком.
Наибольшее распространение получили мелкозернистые силикатные бетоны, заполнителем в которых является обычный кварцевый песок.
Формуют силикатный бетон вибрированием, прессованием, прокатом, центрифугированием, литьем и т. д. Для крупноразмерных изделий чаще всего применяют вибрационное формование на виброплощадках и виброустановках. Вибрационное воздействие, как правило, характеризуется амплитудой колебаний 0,5. 0,8 мм и частотой 2800. 3000 кол/мин.
Изготовление силикатобетонных автоклавных изделий характеризуется сравнительно низким расходом извести: 175. 250 кг на 1 м3 плотного бетона. Это объясняется тем, что вяжущим в условиях автоклавной обработки является не только известь, но и часть песка (в первую очередь молотого), входящего в состав цементирующих материалов — гидросиликатов кальция.
Крупноразмерные изделия из плотного силикатобетона имеют прочность на сжатие 15. 40 МПа, среднюю плотность 1800. 2100 кг/м3 и морозостойкость более 50 циклов попеременного замораживания и оттаивания. Они могут применяться наряду с цементо-бетонными во всех случаях, кроме контакта с грунтовыми и сточными водами, содержащими углекислоту (вследствие образования растворимого бикарбоната кальция).
Основная особенность ячеистого бетона состоит в его пористой структуре. Именно за счет этого ячеистый бетон обладает отличными теплоизоляционными свойствами. А вот пористая структура у газо- и пенобетона получается абсолютно различными способами.
Свои названия пено- и газобетон получили за счет технологии изготовления.
Пенобетонполучают в результате добавки в цементный раствор для изготовления блоков специальных пенообразующих добавок. Они могут быть различного происхождения – органического или синтетического, и служат они для того, чтобы наполнить цементный раствор пузырьками воздуха. Пена тщательно перемешивается с раствором, и пузырьки воздуха равномерно распределяются по всей его массе, создавая при отвердевании замкнутые поры, которые уменьшают плотность бетона, облегчают массу готового изделия и придают ему тепло- и звукоизоляционные свойства.
Газобетон производится иначе. Есть несколько способов газообразования, остановимся на одном из них. Раствор для производства газобетонных блоков состоит из цемента, кварцевого песка, извести, воды и алюминиевой пудры (или пасты). Порообразование происходит за счет реакции между цементом и алюминиевой пудрой, за счет которой выделяется водород. В результате раствор увеличивается в объеме наподобие дрожжевого теста. И вспенивание, и последующее отвердевание раствора происходит по специальной технологии и температурном режиме в автоклавах, в то время как пенобетон отвердевает в обычных условиях на открытом воздухе.
Это главное и принципиальное отличие этих материалов. За счет автоклавной обработки газобетон приобретает повышенные прочностные характеристики, т.е. при одинаковой плотности газобетонные блоки намного прочнее пенобетонных.
Что касается теплопроводности и морозостойкости, то в данном случае характеристики этих материалов приблизительно равны. За счет своей низкой теплопроводности ячеистые блоки получили заслуженное признание у строителей, ведь дополнительного утепления стен не требуется, что значительно удешевляет сам процесс строительства.
Водопоглощение у газобетона несколько выше, но незначительно, и при использовании в строительстве большой роли не играет. Утверждения некоторых производителей пенобетона, что данный материал совсем не впитывает воду и при этом является воздухопроницаемым , т.е. «дышит», не имеет под собой никаких доказательств. Любой воздухопроницаемый материал обязательно будет поглощать влагу.
Если рассматривать вопрос себестоимости производства, то у пенобетона она ниже на 30-35 % чем у газобетона. Такая разница объясняется применением более дешевых пенообразователей и автоклавной обработкой газобетона. Низкая цена пенобетона – это его несомненный плюс.
Превращение сплавов при нагревании и охлаждении. Понятие о режимах термической обработки стали. Обжиг, нормализация, закалка, отпуск, старение. Влияние термической обработки на механические свойства стали.
Автоклавная обработка изделий из ячеистого бетона.
Рассматривается технология автоклавной обработки изделий из ячеистого бетона.
Автоклавная обработка является одной из важнейших операций при изготовлении изделий из ячеистого бетона. Её режимы напрямую влияют на такие качественные характеристики готового продукта, как морозостойкость, усадка при высыхании, прочность при сжатии, внешний вид изделий (отколы, трещины). Базовое понимание процессов, происходящих в автоклаве, важно как при полностью автоматическом регулировании работы автоклава, так и при ручном управлении.
В данной статье мы кратко обобщим опыт, накопленный на заводах холдинга «Aeroc International» в автоклавной обработке.
Процесс изготовления ячеистого бетона
В этом разделе представлен краткий обзор всего процесса изготовления ячеистого бетона, поскольку определённые операции, входящие в этот процесс, напрямую влияют на поведение материала при автоклавной обработке.
Ячеистый бетон изготавливается из вяжущих, песка или золы, газообразователя и воды. Вяжущие — известь и цемент — содержат CaO, который имеет решающее значение для процесса. Песок или зола вводит в процесс SiO2. Из компонентов CaO, SiO2 и Н2О в автоклаве при воздействии высокого давления и высокой температуры образуется новый минерал — тоберморит (С4S5H5).
Собственно, образование новых минералов тоберморитовой структуры и возводит ячеистый бетон автоклавного твердения (в просторечии — газобетон) в совершенно другой ранг по сравнению с неавтоклавным ячеистым бетоном («пенобетоном»). Автоклавная обработка обеспечивает значительно более высокие физико-механические характеристики изделий из газобетона в сравнении с пенобетонными изделиями.
Автоклавная обработка обеспечивает значительно более высокие физико-механические характеристики изделий из газобетона в сравнении с пенобетонными изделиями.
Химические процессы, происходящие на разных стадиях производства, можно представить в следующем виде:
1. Выделение водорода на стадии образования пористой структуры в сырце:
2. Образование гидроксидов и гидросиликатов на стадии набора сырцом пластической (транспортной) прочности:
3. Образование новых минералов (тоберморита) на стадии автоклавной обработки:
Для наиболее полного протекания реакций в процессе автоклавной обработки необходимо, чтобы исходные материалы имели достаточно тонкодисперсную структуру. На стадии помола к кремнезёмистому компоненту добавляется гипсовый камень, который служит, в первую очередь, для регулирования реакций в автоклаве, а также ускоряет набор сырцом необходимой пластической прочности.
В смесителе сырьевые материалы перемешиваются, причём на качество перемешивания могут влиять как время смешивания, так и последовательность введения в смеситель сырьевых материалов. На выходе из смесителя должны быть обеспечены высокая гомогенность и определённая вязкость смеси.
Один из важнейших параметров — температура смеси на выходе из смесителя, которая очень сильно влияет на весь дальнейший процесс. При вспучивании газомассы и наборе сырцом необходимой для резки пластической прочности температура в массиве растёт. Огрубляя, можно сказать, что рост температуры продолжается примерно 1–1,5 ч; дальнейший прирост составляет лишь 1–3 °C. Однако температура в массиве распределяется неравномерно, она уменьшается в слоях, которые контактируют с бортами заливочной формы и воздухом.
Так как температура массива и её распределение являются важными для некоторых этапов автоклавной обработки, хотим обратить особое внимание на то, что все заводы «Aeroc» оснащены тепловыми тоннелями, которые препятствуют охлаждению массивов через стенки заливочных форм. Кроме того, заливочные формы первого цикла всегда доводятся в тепловых тоннелях до температуры, примерно соответствующей температуре заливки.
При резке массивов большое внимание уделяется отсутствию сквозняков, особенно — в зимнее время. Разрезанные массивы также находятся в тепловых тоннелях, которые препятствуют понижению температуры поверхности сырца, так как передача тепла в ячеистый бетон при автоклавной обработке происходит тем быстрее, чем выше его температура при загрузке в автоклав.
Этапы автоклавной обработки
При разработке режимов автоклавной обработки и привязке их к конкретному технологическому циклу необходимо учесть массу факторов и особенностей того или иного производства: качество сырьевых материалов, параметры смеси (температура и отношение В/Т), номенклатура выпускаемой продукции (размеры, наличие армирования, плотность ячеистого бетона), расположение запариваемых массивов в автоклаве, условия и время выдержки перед автоклавной обработкой и другое.
Автоклавная обработка принципиально разбивается на четыре этапа:
(1) подготовка ячеистого бетона к подъёму давления;
(2) подъём давления;
(3) изотермическая выдержка ячеистого бетона при определённых температуре и давлении;
(4) сброс давления и подготовка изделий к выгрузке из автоклава.
Первый этап может включать (вместе или раздельно) следующие мероприятия:
1. Продувка или предварительный подогрев изделий без давления.
2. Предварительный подогрев изделий при давлении.
Целью первого этапа является оптимальная подготовка сырца и среды в автоклаве ко второму этапу процесса — подъёму давления.
Из опыта нашей работы следует, что для изделий, внутренняя температура которых менее 80 °C , наиболее предпочтительным из вышеуказанных мероприятий первого этапа является вакуумирование.
За счёт снижения давления в автоклаве вода, находящаяся в материале, начинает кипеть. Кипение воды начинается в самой теплой части массива, а именно — во внутренней его области. При дальнейшем снижении давления кипение продвигается от внутренней области массива наружу, что приводит к полному удалению воздуха из материала. При этом сам материал разогревается, температура по толще массива выравнивается. Необходимый вакуум зависит от конечной температуры массива и, как правило, составляет 0,5 бар. Максимальное разряжение достигается через 25–30 мин и далее поддерживается в течение 15–25 мин. Вакуумирование необходимо производить при горячем автоклаве (температура стенки автоклава должна быть не менее 80 °C ). Эту температуру всегда легко сохранить в условиях постоянного производства. В противном случае перед началом процесса автоклавной обработки автоклав необходимо предварительно разогреть без продукции.
Вакуумирование необходимо производить при горячем автоклаве.
Причинами плохого вакуумирования могут быть неисправности, связанные с вакуумной задвижкой, системой автоматического управления, а также неудовлетворительное функционирование вакуумного насоса.
Второй этап – подъём давления – заключается в разогреве материала до температуры изотермической выдержки (как правило, 190–193 °C). Разогрев происходит, главным образом, благодаря конденсации горячего пара на относительно холодной поверхности массивов, температура которых в начале процесса ниже температуры насыщенного пара. Образующийся конденсат переносит тепло в ячеистый бетон. Конденсация воды из пара может происходить как в виде капель, так и в виде закрытых водяных плёнок. В какой форме это происходит, зависит, в первую очередь, от разности температур между паром и ячеистым бетоном. Образование закрытых плёнок препятствует теплопередаче, что крайне нежелательно.
Для получения качественных изделий подъём давления следует проводить в три этапа:
(1) от –0,5 бар до 0 бар — 30–45 мин;
(2) от 0 бар до 3 бар — 30–45мин;
(3) от 3 бар до 12 бар — 65 мин.
Если на изделиях появляются отколы и трещины, то подъём давления на первых двух этапах необходимо вести медленнее. Однако если увеличение времени каждого из этапов до 60 мин не даёт должного эффекта, нужно вмешаться в процесс заливки: изменить параметры смеси.
При достижении ячеистым бетоном температуры 150 °C начинается ускоренный экзотермический разогрев массивов за счёт энергии, освобождающейся при образовании гидросиликатов. Особое внимание следует обратить на то, что остановка подъёма давления и, тем более, его понижение могут привести к разрушению ячеистого бетона избыточным внутренним давлением. Особенно это характерно для армированных изделий и бетонов, плотность которых более 500 кг/м3.
Остановка подъёма давления и, тем более, его понижение могут привести к разрушению ячеистого бетона избыточным внутренним давлением.
Изотермическая выдержка проводится в течение определённого времени при заданных давлении и температуре, которые обеспечивают достаточно глубокое протекание химических реакций образования новых минералов.
Оптимальная температура изотермии при производстве ячеистого бетона составляет 190–193 °C, рабочее давление в автоклаве — 11,5–13 бар. Время выдержки зависит как от номенклатуры продукции (мелкоштучные блоки или армированные изделия), так и от её плотности. Для плотности 350–500 кг/м3 оптимальное время выдержки составляет 360 мин при давлении 12 бар.
Если сырьевые материалы подобраны правильно, а рецептура рассчитана корректно, в автоклаве на стадии выдержки происходит самопроизвольный рост давления без подачи в автоклав пара.
Сброс давления должен проводиться плавно. Продолжительность сброса давления зависит в основном от номенклатуры продукции и от плотности изделий. Для плотностей 350–500 кг/м3 оптимальное время сброса, по нашему опыту, составляет 90 мин. Для изделий плотностью 600 кг/м3 и более, а также для армированных изделий, продолжительность сброса увеличивается, а сам сброс проводится ступенчато с разными градиентами.
Рис 1. Изображение процесса в виде графика
Причины дефектов в материале, которые возникают при автоклавной обработке и пути их устранения
1. Не затвердевшие участки массива (рис. 2).
Внешне выглядят как тёмные пятна, расположенные в средней части блока. Появляются в том случае. (продолжение в следующей рассылке)
Д. Рудченко,
Руководитель по развитию ООО «Аэрок СПб»
Автоклавная обработка изделий из ячеистого бетона. Теория и практика от «Aeroc International»
Рассматривается технология автоклавной обработки изделий из ячеистого бетона.
Продолжение, начало в рассылке №64
1. Не затвердевшие участки массива (рис. 2).
Внешне выглядят как тёмные пятна, расположенные в средней части блока. Появляются в том случае, когда при автоклавной обработке температура бетона в этих областях недостаточна для образования гидросиликатов. Причиной может послужить недостаточность вакуумирования, в результате которой вода в этих зонах не закипает и воздух не вытесняется. В данном случае увеличение времени экзотермической выдержки эффекта не даёт.
Для устранения данного дефекта необходимо увеличить глубину вакуума и время выдержки при отрицательном давлении. Также в этом случае можно прибегнуть к комбинации продувки и вакуумирования. Если при осуществлении этих действий ситуация не изменится, необходимо вмешаться в процесс дозирования и смешивания: снизить на сколько это возможно отношение В/Т и увеличить внутреннюю температуру в массиве до 80–85 °C.
2. Отколы и трещины (рис. 3).
Механизм образования этих дефектов таков: пар конденсируется не только на поверхности материала, но и в толще массива. До тех пор, пока ячейки полностью не заполнены водой, разрушений не возникает, но как только начинает конденсироваться слишком много воды, внутри материала возникает значительное напряжение, которое в последствии приводит к разрушению.
Разрушения могут быть разной интенсивности: от тонких волосяных трещин до сильных поверхностных разрушений.
Итак, отколы появляются всегда, когда в автоклав подаётся слишком много пара за единицу времени. Поэтому при возникновении отколов и трещин следует увеличить длительность подъёма давления на первых двух этапах — от –0,5 до 0 бар и от 0 до 3 бар, соответственно. Если же при увеличении длительности подъёма давления результат не получен, необходимо изменить некоторые параметры.
Первый параметр — это температура массива до начала автоклавной обработки: чем холоднее массив, тем больше воды в нем конденсируется. Поэтому необходимо провести ряд мероприятий, исключающих остывание массива, а именно: предусмотреть наличие подогреваемых камер предавтоклавной выдержки, увеличить конечную температуру сырца, исключить сквозняки.
Второй и наиболее важный параметр — это количество воды, которое имеется в массиве при загрузке его в автоклав.
Когда материал формуется с высоким отношением В/Т, он содержит в себе очень много воды. Для автоклавной обработки на единицу массы воды сырца требуется четырёхкратное по массе количество пара. Избыток воды в сырце ведёт к увеличению расхода пара. В результате в материал начинает впитываться излишнее количество конденсата, что неминуемо приводит к откалыванию бетона. Единственный выход из такой ситуации — пересмотр существующих рецептур с целью снижения отношения В/Т.
Оптимальное отношение В/Т для изделий плотностью 350–500 кг/м3, производимых по литьевой технологии, должно находится в пределах 0,6–0,67.
Автор статьи надеется на отклик специалистов, занимающихся изготовлением изделий из ячеистого бетона автоклавного твердения, а также на то, что обобщение нашего опыта поможет дальнейшему совершенствованию производств, работающих по литьевой технологии и, как следствие этого, выпуску продукции более высокого качества.
Наследие: Методологическое обеспечение технологии вибровспучивания ячеистых бетонов
В истории науки можно насчитать множество случаев, когда великие изобретения и достижения находили достойную оценку только после многолетнего периода забвения. Не исключением в этом плане стало и бетоноведение.
Мы вновь «открываем» давно открытое, и исследуем уже исследованное. Хотя золотое правило любого исследователя – прежде чем что либо изобретать, - изучи труды предшественников.
Метод вибровспучивания в технологии ячеистых бетонов, как раз тот случай, когда замечательная технология как раз и не была забыта. По этому методу работали и работают множество заводов производящих газосиликаты в промышленных объемах.
Но оказывается(как раз это то и забыли), что данный метод вполне реализуем и в технологии ячеистых бетонов неавтоклавного твердения. Мало того он способен кардинально изменить технологический регламент производства пенобетона и газобетона.
В строительной специализированной периодике можно встретить множество упоминаний о методе вибровспучивания. Причем авторы, в большинстве своем, всегда аппелируют к неким трем первоисточникам – начальным исследованиям, заложившим основу этого метода.
Эти три бесценные брошюры, которые «живьем» никто не видел, но на которые все ссылаются мы и приводим в цикле «Наследие».
Государственный комитет Совета Министров РСФСР по делам строительства (ГОССТРОЙ РСФСР)
Центральный комитет профсоюза рабочих строительства и промстройматериалов.
Республиканский Научно-Исследовательский Институт местных строительных материалов ВСНХ (РОСНИИМС)
Всесоюзный Научно-Исследовательский Институт новых строительных материалов АСиС СССР (ВНИИНСМ)
ПРОИЗВОДСТВО ИЗДЕЛИИ ИЗ ЯЧЕИСТОГО СИЛИКАТНОГО БЕТОНА МЕТОДОМ ВИБРОВСПУЧИВАНИЯ
(доклад к семинару по обмену передовым опытом в производстве и применении изделии из силикатобетона)
к.т.н. Левин С.Н. (НИИжелезобетон)
к.т.н. Меркин А.П. (МИСИ им. Куйбышева)
За последнее время многими научно-исследовательскими организациями проведены значительные экспериментальные работы в области технологии ячеистых силикатных бетонов.
Общим для всех исследований является следующая технологическая схема изготовления образцов:
а) помол кремнеземистого компонента и извести на шаровых или вибрационных мельницах
б) приготовление ячеистой массы из извести, кремнеземистого компонента, газообразователя, воды и добавок, стимулирующих скорость газовыделения и схватывания массы
в) приготовление растворной смеси в вертикальных газобетономешалках
г) формование изделий, выдержка их перед автоклавной обработкой, вызревание и срезка горбушки, разрезка изделий
д) автоклавная обработка
е) распалубка изделий
Однако принятая технология газосиликата при всей своей простоте страдает одним существенным недостатком: свежеизготовленная ячеистая масса имеет невысокую структурно-механическую прочность в процессе "вызревания", что препятствует созданию поточной линии производственного процесса.
Проведенная нами работа имела своей целью интенсифицировать процесс производства газосиликата, повысить прочность и стойкость и создать условия для организации поточной линии производства.
Как известно, решающее влияние на получение газосиликатных изделий заданных объемного веса и физико-механических свойств оказывают пластично-вязкие свойства известково-песчаных растворов для получения ячеистой массы. Такие растворные смеси представляют собой технические высококонцентрированные водные суспензии и относятся к пластичным дисперсным системам. При напряжении ниже предела текучести они испытывают только упругие деформации, за пределом текучести - обнаруживают остаточные (пластические) деформации.
Реологические свойства такой дисперсной системы характеризуются двумя физическими константами: предельным напряжением сдвига и коэффициентом пластической вязкости.
Если величина предельного напряжения сдвига больше, чем подъемная сила пузырьков газа, то раствор не вспучивается, если же коэффициент пластической вязкости слишком мал - происходит прорыв газов и масса оседает.
Таким образом, необходимо строгое соответствие газовыделения в растворной смеси с ее структурно механическими свойствами.
Решающим фактором определяющим пластично-вязкие свойства растворных смесей, является водо/вяжущее отношение (отношение воды к весу всех сухих материалов). Для уменьшения предельного напряжения сдвига и обеспечения полного процесса вспучивания в смесь для ячеистого бетона вводятся значительные количества воды. Так, для газосиликата водо/вяжущее отношение составляет 0.50 – 0.60. Огромный избыток воды, уменьшая предельное напряжение сдвига, вместе с тем понижает пластическую вязкость системы, от чего падает газоудерживающая способность массы и происходит прорыв газа, что на производстве принято называть "кипением". Кроме того, избыток воды резко понижает структурную прочность ячеистой массы, в связи с чем необходима длительная выдержка изделий до автоклавной обработки. Время "вызревания" изделий до придания ячеистой массе прочности, достаточной для ее разрезки и транспортировки, должно составить 6 - 12 часов. В это время, во избежание оседания массы и нарушения структуры, формы должны оберегаться от сотрясения и передвижения.
Таким образом, на первый взгляд создается неразрешимая альтернатива: нельзя уменьшать "водо/вяжущее" отношение, ибо это лишит растворную смесь возможности вспучиваться, с другой стороны - высокое содержание воды затворения не позволяет создать в производстве ячеистых бетонов какую бы то ни было линию формования изделий.
В производстве обычных бетонных изделий для ограничения до минимума содержания воды давно уже пришли к искусственному приему улучшения подвижности смеси. Таким приемом является вибрирование бетонной смеси. При вибрировании резко уменьшается внутреннее трение в массе, отчего происходит мгновенная релаксация напряжений.
Вибрация, таким образом, имеет своим результатом превращение бетонной смеси в состояние, близкое к жидкому, в состояние разжижения. Такое превращение бетонной смеси или раствора объясняется следующим. В обычном состоянии бетоны и растворы обладают структурой, которая обусловливается особыми свойствами воды затворения и силами молекулярного сцепления. Если привести бетонную смесь в состояние вибрации, то зерна смеси приходят в движение. При этом происходит разрушение структуры дисперсной системы, а вместе с тем и иммобилизация значительной части воды из сольватных оболочек. Это равносильно введению в смесь новых добавок воды. В бетонной, смеси относительное движение зерен компонентов при вибрации приводит к тому, что равнодействующая их движения стремится расширить занимаемый смесью объем во всех направлениях, создавая "активное" давление.
Это "активное" давление оказывает сопротивление внешнему давлению, собственному весу и силам сцепления частиц, заставляя зерна последовательно удаляться друг от друга на короткие промежутки времени. В обычной бетонной смеси между разошедшимися в разные стороны зернами вклиниваются вышележащие частицы, от чего в общем плотность массы повышается.
Другое положение имеет место при вибрировании растворной смеси для ячеистого бетона. Масса в момент вибрации испытывает внутреннее давление, вызываемое процессом газовыделения в смеси. Поэтому пустоты, образующиеся в вибрируемой смеси заполняются пузырьками газа, стремящегося увеличить свой объем. Таким образом, если обычные бетонные смеси в результате вибрации, последовательно двигаясь вниз уплотнятся, то при вибрировании раствора с газообразователем происходит вспучивание - масса движется вверх.
Процесс совмещения вспучивания ячеистого бетона с вибрацией назван нами вибровспучиванием.
Метод вибровспучивания имеет ряд качественных отличий от обычного процесса вспучивания:
1. Ускоряются реакции гидратации вяжущего. Ускорение реакции вызывается следующими причинами: при гашении извести вокруг ее частиц образуется диффузный слой, который препятствует обмену, а тем самым и дальнейшей гидратации. При вибрировании зерна раствора приходят в движение, отчего происходит разрушение диффузионного слоя, обнажаются непогасившиеся поверхности, поступают новые порции воды, слабо насыщенные гидратом окиси кальция. Ускорение гидратации и уменьшение водовяжущего отношения приводят к тому, что значительно быстрее растет температура в смеси. В свою очередь, как показали работы Ниббса, скорость реакции гидратации извести увеличивается вдвое при повышении температуры среды на каждые 10°С.
2. Несравнимо быстрее заканчивается процесс газовыделения. Более высокая температура смеси и непрерывный обмен продуктов взаимодействия чистой щелочью обусловливает окончание процесса газовыделения в течение 60 - 90 секунд.
3. Уменьшается трение вспучивающейся массы о стенки формы. В спокойной форме движение массы вверх тормозится боковыми стенками формы, и если отношение площади бортоснастки к свободной поверхности бетона велико, то наблюдается заметная кривизна поверхности массы или, как обычно говорят, образуется "горбушка".
Вибрация сопровождается наибольшим разжижением массы у стенок формы, поэтому сводится на нет "телескопический эффект" вспучивания, бетон в форме не имеет "горбушки", и при правильно подобранной высоте заливки раствора в форму можно довести до минимума образование излишков ячеистой массы.
4. Очень быстро нарастает структурная прочность массы. Большая скорость гидратации извести, уменьшенное водо/вяжущее отношение, высокая температура смеси, быстрое прекращение газовыделения, уплотнение стенок газовых пор за счет вибрации - все это приводит к значительно более быстрому нарастанию структурной прочности ячеистой массы. В связи с этим появляется возможность во много раз сократить время "вызревания" изделий.
5. Происходит непрерывное перемещение газовых пузырьков, однако, относительно высокая пластическая вязкость растворной смеси препятствует их объединению. Поэтому вибровспученные газосиликаты отличаются мелкой однородной структурой пор.
Разработка технологических параметров производства газосиликата методом вибровспучивания производилась в лабораториях НИИЖелезобетона Главмоспромстройматериалы и МИСИ им. Куйбышева, а также на Люберецком заводе силикатного кирпича.
В качестве исходных материалов применялась тонкомолотая известь-кипелка с удельной поверхностью от 5000 до 8000 см2/г активностью 55 - 90%, песок Люберецкого карьера молотый до 2000-4000 см2/г, пудра алюминиевая ПАК-3, гипс двуводный.
Для лабораторных работ использовалась трехчастотная виброплощадка, одночастотная площадка Кузнецова-Десова, а для формования крупных изделий 5-тонная вибрационная площадка и поверхностные вибраторы (как навесные) типа С-414.
В процессе исследования устанавливалось оптимальное водо/вяжущее отношение для различных значений объемного веса, температура воды затворения, длительность перемешивания, длительность и амплитуда вибрации, длительность выдержки образцов до автоклавной обработки. Необходимо отметить, что расход алюминиевой пудры принимался такой же, как и для обычного газосиликата соответствующего объемного веса, а именно, 0.15% от веса сухих материалов для теплоизоляционного газосиликата с объемным весом 400 - 480 кг/м3 и 0.07% - для конструктивного газосиликата с объемным весом 650 - 750 кг/м3.
В предварительных опытах било установлено, что повышение активности массы до 20 – 22% заметно увеличивает прочность изделий. Дальнейшее увеличение активности требует высокой степени измельчения кремнеземистого компонента, и хотя при этом наблюдается некоторое повышение прочности, экономически это не является целесообразным. Поэтому работа проводилась на массе с активностью 20%.
Перемешивание молотых компонентов производилось в следующей последовательности: вначале готовился песчаник шлам, затем засыпалась известь или совместно измельченная извсстково-песчаная смесь состава 1:1 и материалы перемешивались 2 мин., после введения алюминиевой суспензии смесь перемешивалась еще 1.5 минуты и заливалась в формы.
Для обеспечения минимальной длительности вспучивания необходимо, чтобы процесс вибрирования раствора совпадал с началом заметного газовыделения. Это достигается соответствующим подбором температуры растворной смеси в момент заливки.
Длительность вибрации, соответствующая длительности вспучивания, является одним из основных параметров производства. При обычном процессе производства гаэосиликата длительность вспучивания массы в каждом отдельном случае различно и колеблется в больших пределах.
Проведенное нами большое количество заливок больших и малых форм с применением вибрации на извести с различной скоростью гашения позволяет утверждать, что длительность вибровспучивания обычно колеблется в пределах 40 - 70 секунд. Так как скорость подъема массы в период вибровспучивания необычайно велика и достаточно ощутима зрительно, то по прекращении подъема (вспучивания) можно легко судить о необходимости прекращения вибрации.
При правильно рассчитанной объеме заливки смеси вибрация может быть прекращена по достижении ячеистой массой верха формы.
Одним из основных факторов, определяющих получение газосиликата методом вспучивания с высокими физико-механическими показателями, являются параметры вибрационных механизмов. Нами исследовалось влияние амплитуды колебаний и частоты вибрации на процесс производства и некоторые физико-механические свойства газосиликатных изделий.
Высокие частоты колебаний (до 12000 в мин.) особенно благоприятно действуют на тиксотропное разжижение мелкозернистых растворов, к которым и относятся используемые известково-песчаные смеси. Вместе с тем известно, что чем выше число колебаний дисперсных систем, содержащих воздух, тем большей степени его диспергирования можно достигнуть. Лабораторные испытания по вибровспучиванию газосиликатных кубов со стороной 10 см на трехчастотной виброплощадке показали следующее. Применение при вибровспучивании колебаний с частотой порядка 6000 и 7500 колебаний в минуту позволяет уменьшить расход воды затворения на 4-7%, по сравнению с расходом воды при частоте 3000 колебаний в мин. Визуально установлено, что при частоте вибрации 7500 в минуту размер пор меньше, а распределение их более равномерно, чем при вибрировании на обычной частоте.
Однако отсутствие условий формования крупных изделий на этом этапе работы привело к тому, что основная часть исследований проводилась при частоте 2850-3000 колебаний в мин. Для выяснения влияния амплитуды вибрации на свойства газосиликатных изделий формовались образцы в разборных и сварных металлических формах в виде кубов со сторонами 10 и 20 см, а также изделия размером 50x60x15, 80x40x18, 120x60x40, 100x100x20 см.
Эксперименты показали следующее: при амплитуде вибрации 0.15 – 0.2 мм наблюдается удовлетворительная степень разжижения и однородная структура ячеистой массы у стенок формы, меньшая пористость и больший объемный вес в центре образце, при высоте его большей, чем 10 см.
При амплитуде вибрации 0.25 – 0.37 мм достигается оптимальная степень разжижения растворной смеси, изделия обладают однородной мелкопористой структурой по всему сечению, прочность образцов выше, чем при всех других амплитудах. При величине амплитуды 0.4 – 0.6 мм возможны всплески смеси с прорывами газа и оседанием вспученной массы в любой точке изделия при высоте его до 15 см и около стенок формы при высоте массы свыше 15 см. Такой ячеистый силикатобетон имеет неоднородную структуру и невысокую прочность. Амплитуда 0.7 – 0.8 им приводит к повсеместным всплескам смеси, прорывам газа, расслоениям и оседаниям массы, большей разнице в значениях объемного веса по высоте.
Таким образом, оптимальной амплитудой колебаний при частоте 2850 - 3000 колебаний в мин. следует считать 0.25 – 0.37 мм.
Как уже говорилось ранее, повышенная структурная прочность изделий, получаемых методом вибровспучивания, позволяет транспортировать, распалубливать и разрезать изделия вскоре после окончания вспучивания без длительной выдержки до автоклавной обработки. Для проверки этого положения на Люберецком заводе силикатного кирпича формовались газосиликатные блоки размером 120x40 и высотой 60 см объемного веса 600-700 кг/м3.
Изделия изготавливались в форме для железобетонных фундаментных блоков с навешенными на борта формы поверхностными вибраторами типа C-4I4, мощностью 0,4 квт.
Спустя 15 мин.после начала замеса материалов в мешалке производилась срезка "горбушки" блока, после чего сразу снималась бортоснастка и блоки на поддоне из листовой стали устанавливались на автоклавную вагонетку. При помощи электропередаточной тележки вагонетка с блоком подавалась в автоклав. Температура внутри блока к моменту начала тепловой обработки составляла 75 - 80°С. Автоклавная обработка производилась по режиму, принятому для силикатного кирпича I + 7 + I час. Готовые изделия характеризовались мелкопористой однородной структурой, отсутствием трещин, незначительной разницей в значениях объемного веса изделий по высоте блока.
Проверка физико-механических показателей вибровспученного газосиликата производилась на кубах с размером сторон в 10 см. и показала, что прочность вибровспученного газосиликата во всех случаях превышает прочность обычного газосиликата при тех же значениях объемного веса. Морозостойкость вибровспученного газосиликата приведена в таблице.
Автоклавная обработка бетона и ЖБИ
В зимнее время, пролетным строениям и другим массивным элементам после процесса тепловой обработки нужно остывать в цехе в течение сроков с учетом данных, но не менее 12 ч.
Автоклавная обработка бетонных и ж/бетонных изделий.
Изделия запаривают в герметически закрывающихся металлических или железобетонных автоклавах, в которых находится водяной пар. Автоклавная обработка позволяет через 5—12 ч получить прочность бетона нужной марки при одновременной экономии цемента (за счет введения молотых кремнеземистых добавок). Изделия автоклавного твердения сразу после изготовления могут быть отпущены потребителю и полностью нагружены расчётной проектной нагрузкой. Применение хлористых кальция и натрия в качестве добавок-ускорителей твердения бетона-при автоклавной обработке железобетонных изделий не допускается. Режимы запаривания назначаются в соответствии с размерами изделий, составом бетона и оптимальным давлением в автоклаве.
Электро-прогрев бетонных и ж/б изделий. Электро-прогрев стоит применять в случаях, когда модуль поверхности изделий менее 20: для фундаментных блоков и плит из тяжелого бетона, балок и колонн при стендовом производстве; стеновых блоков и панелей из легких и ячеистых бетонов; плоских крупноразмерных изделий в кассетных формах. Тонкостенные изделия с модулем поверхности целесообразно выдерживать с электро-прогревом в общих групповых формах. Для предотвращения выпаривания влаги необходимо укрывать изделия на все время прогрева, за исключением прогрева наружных стеновых панелей и блоков из ячеистых и легких бетонов для случаев, когда необходима минимальная влажность (например, при монтаже в зимних условиях). На режим прогрева влияют такие факторы как:
Читайте также: