1790

Очевидно, что наибольшая прочность, превышающая прочность бетона без заполнителя, получена при содержании цемянки около 40 %. Во всяком случае, введение цемянки в количестве до 60 % позволяет получить магнезиальный бетон, прочность которого не ниже бетона без заполнителя.

Кроме прочности, определяли водопоглощение образцов бетона, изготовленных с добавлением цемянки. Результаты исследования приведены в табл. 19.

Таблица 19

Зависимость водопоглощения плотного магнезиального бетона в возрасте 3 суток от количества добавленной цемянки

Расход раствора бишофита составлял 0,55 л/кг сухой смеси, плотность раствора бишофита 1,2 г/см3. При определение водопоглощения образцы полностью погружали в водопроводную воду при комнатной температуре на срок от 1 до 7 суток.

Контрольные образцы из ненаполненного бетона уже через сутки начинали трескаться с образованием осколков, тогда как образцы, содержащие цемянку, видимых дефектов не имели. Во всех случаях увеличение количества цемянки приводило к уменьшению водопоглощения образцов.

На рис.14 приведена графическая зависимость водопоглощения образцов плотного магнезиального бетона от содержания в них цемянки, а на рис.15 – графическая зависимость прочности плотного магнезиального бетона от содержания цемянки при твердении на воздухе. Можно сделать вывод, что введение цемянки в количестве 40 % позволяет снизить водопоглощение до требований, применяемых к стеновым материалам, при этом прочность бетона остается не ниже, чем для бетона без заполнителя.

53

Для двух образцов: без заполнителя и с цемянкой, были проведены исследования процессов, происходящих в образцах при нагревании до 900 оС. Использовался метод дериватографии. Анализ подтвердил участие цемянки в процессе гидратации магнезиального цемента по типу пуццолановойдобавки.

Проведенные исследования позволяют сделать вывод о целесообразности введения в магнезиальный бетон

ческого магнезита. В ка- в нём цемянки (в возрасте □ - 1, ∆ - 3 и • - 7 суток )

чествежидкости затворения рекомендуется использовать раствор бишофита плотностью

1,2 г/см3 с расходом 0,55 л/кг сухой смеси. Это позволит получить строительный материал с прочностью и водопоглощением, приемлемыми для стеновых материалов.

Дальнейшие исследования проводились в направлении поиска способа обработки цемянки. Часть проб цемянки была обработана путем стандартного перемешивания в стальной чаше с водой (300 мл на 1 кг цемянки) или раствором бишофита (100 мл раствора бишофита с плотностью 1200 кг/м3 и 200 мл воды). Пробы герметизировали и выдерживали не менее 7 суток. После этого часть проб была высушена до постоянной массы при 105 оС. После сушки часть проб подвергли помолу на лабораторной вибрационной мельнице со стальными шарами в течение 2, 4, 6, 10, 20, 30, 40 и 60 мин. Подготовленную описанным способом цемянку использовали для изготовления образцов плотного магнезиального бетона с расходом бишофита 0,55 л/кг ПМК-75 при содержании цемянки 5 – 30 % от массы ПМК.

54

На рис. 16 приведены результаты определения прочности при сжатии образцов, изготовленных с добавлением цемянки обработанной водой (1), раствором бишофита (3) и без обработки (2). Видно, что обработка цемянки водой уменьшает её активность, а обработка раствором бишофита – увеличивает. Следовательно, простая гидратация поверхности цемянки, то есть увеличение поверхностной концентрации гидроксильных групп, даже ухудшает взаимодействие цемянки с оксихлоридмагниевой основой. Однако, образующиеся при обработке бишофитом цемянки поверхностные соединения типа –Si–O–MgCl

Рис. 15. Зависимость прочности образцов усиливают ее активность по от плотного магнезиального бетона от содер- ношению гидроксохлориду маг- жания в нём цемянки (□–3, ∆-7, •-11 суток) ния. На рис. 17 приведены ре-

зультаты изучения влияния дополнительного помола на активность цемянки, обработанной раствором бишофита с последующей сушкой. Очевидно, что дополнительный помол не привел к увеличению активности. Наблюдаемое снижение активности, вероятно, связано с тем, что в процессе помола происходит разрушение частиц и, соответственно, уменьшение доли поверхности, содержащей поверхностные соединения с хлоридом магния. Образование новых соединений не происходит из-за отсутствия воды. Помол цемянки во влажном состоянии невозможен ввиду быстрого комкования цемянки в мельнице.

55

Рис. 16. Зависимость прочности плотного магнезиального бетона от содержания предварительно обработанной бишофитом цемянки: 1 – цемянка обработана водой, 2 – без обработки, 3 – цемянка обработана раствором бишофита

Рис. 17. Зависимость прочности плотного магнезиального бетона с добавкой 20% цемянки (от массы ПМК-75), обработанной раствором бишофита и подвергнутой дополнительному помолу

56

5. ПЕНОБЕТОНЫ НА ОСНОВЕ МАГНЕЗИАЛЬНОГО ЦЕМЕНТА

5.1. Основы проектирования состава пенобетонов

Среди строительных материалов, обеспечивающих сопротивление теплопередаче, большая роль принадлежит ячеистым бетонам на основе различных минеральных вяжущих [16]. Ячеистый бетон представляет собой материал с мелкозернистым заполнителем или без него, с равномерно распределенными по объёму газо-воздушными полостями, преимущественно сферической полости. Самый простой и дешевый способ изготовления – минерализация с последующим твердением водо-воздушной пены, образующейся путем вспенивания водных растворов природных и синтетических поверхностноактивных веществ со стабилизаторами пены. Такой способ не требует автоклавной обработки материала.

Для минерализации пены в производстве пенобетона наиболее часто используют два способа. Метод «сухой» минерализации [17], заключающийся в том, что в подготовленную пену при непрерывном перемешивании постепенно вводится сначала сухое порошкообразное вяжущее, а затем, в случае надобности – мелкодисперсный заполнитель. Второй метод заключается в том, что готовая жидкая смесь вяжущего с мелкодисперсным заполнителем смешивается в специальной бетономешалке с подготовленной пеной.

Преимущество первого способа заключается в возможности изготовления бетона с заданной прочностью и плотностью, что и определяет теплотехнические характеристики изделия. Недостаток этой технологии – сильное пыление при изготовлении пенобетонной смеси. Второй способ не позволяет достаточно точно задать свойства бетона, но пыли в производственном процессе практически нет.

Прочность пенобетона зависит, в основном, от двух факторов: прочности плотных межпоровых перегородок и формы, размеров и количества газовых полостей. Поэтому, если задаться определенной поровой структурой и степенью поризации, то есть плотностью, то прочность пенобетона можно регулировать или задавать прочность бетонной основы. Отсюда следует, что для получения максимально прочных, но легких пенобетонов необходимо использовать высокоактивные вяжущие. Высокую прочность искусственного камня обеспечивают магнезиальные вяжущие.

57

5.2. Подбор пенообразователя

Ранее проведенные исследования показывают, что для получения пенобетона важно использовать стабильную и мелкодисперсную пену. Свойства пены зависят от свойств пенообразователя и способа его приготовления. Первоначально использовались пенообразователи природного происхождения: белковые гидролизаты, экстракты мыльного корня и т.п. В настоящее время широкое распространение получили синтетические поверхностно-активные вещества (ПАВ). Как известно [18], существуют анионоактивные, неионогенные, катионоактивные, амфотерные ПАВ. С точки зрения химического взаимодействия ПАВ с цементным камнем, наименьшее влияние на процесс его гидратации оказывают неионогенные ПАВ. К таким ПАВ относятся синтанол, сульфанол, синтетические жидкие кислоты (СЖК) фракции С16 – С22, алкилбензолсульфокислота (АБСК).

В СибАДИ проводились исследования по выбору наиболее эффективного пенообразователя, обеспечивающего наилучшие прочностные свойства пенобетона на основе магнезиального цемента [19]. Пену, полученную с помощью различных неионогенных ПАВ, оценивали по стабильности, дисперсности и совместимости с вяжущим и заполнителем. Пену без стабилизаторов применять нельзя, так как она нестабильна, крупнодисперсна и оседает при добавлении вяжущего. Для стабилизации пены использовали различные клеи: костный, казеиновый, обойный КМЦ-Н и МЦ. Клей повышает вязкость раствора, а следовательно, и устойчивость пены. В табл. 20 приведены сведения об использованных ПАВ и клеях.

Для получения пенобетона нужна низкократная пена, не оседающая при добавлении вяжущего и заполнителя. Выявлено, что пенообразователь АБСК дает неудовлетворительные результаты, так как пена, независимо от стабилизатора, получается крупнодисперсной, нетекучей, имеет большие размеры газовых пузырьков, несовместима с вяжущим и заполнителем.

Пена, полученная из раствора сульфанола с костным и казеиновым клеем, оседает через 10 минут, что является недостаточным для производственного процесса. Раствор сульфанола с клеями КМЦ-Н и МЦ дает пену высокой кратности, равной 15.

58

Раствор СЖК с казеиновым клеем полностью не переходит в пену. С костным клеем кратность пены из СЖК низкая, но размеры газовых пузырьков большие. Раствор СЖК с клеем КМЦ-Н дает мелкодисперсную пену с нужной кратностью, но она неустойчива и оседает через 15 минут. Пена, полученная из раствора СЖК с клеем МЦ, имеет необходимую кратность, небольшие по размерам газовые пузырьки, устойчивость, но оседает при добавлении в нее вяжущего. Пены, полученные из раствора синтанола с клеями МЦ-Н, казеинового, костным и МЦ, имеют маленькие размеры газовых пузырьков, устойчивы, но необходимая кратность получается только с клеем МЦ. По результатам проведенных исследований был выбран пенообразователь синтанол со стабилизатором обойным клеем МЦ.

Далее осуществлялся выбор способа получения пены. Сравнительная характеристика различных методов получения пен приведена в табл. 21. Из приведенных данных видно, что наиболее подходящими являются два последних способа получения пены: ручной (в ёмкости с ёршиком) и механический (с вращающимся ёршиком). В этих двух случаях получается устойчивая мелко-дисперсная и низкократная пена, имеется возможность регулирования качества пены изменением числа оборотов вращения ёршика или (при ручном способе) интенсивности взбивания. В дальнейшем раствор пенообразователя готовили не на воде, а на растворе бишофита, при этом был выявлен дополнительный стабилизационный эффект бишофита.

59

Плотность раствора бишофита составляла 1200 кг/м3, концентрация бишофита – 526 кг/м3. Такая концентрация является оптимальной по усадке и трещиностойкости магнезиального бетона. Следует заметить, что плотность пены на растворе бишофита всегда больше, чем пены той же кратности, изготовленной из водного раствора пенообразователя. С ростом концентрации бишофита плотность пены должна увеличиваться. Как показано выше, повышение плотности раствора бишофита с 1120 кг/м3 до 1250 кг/м3 при неизменяемом расходе раствора приводит к росту прочности с 105 до 405 кгс/см2. Но из этого следует, что уменьшение плотности раствора бишофита на 10 % приведет к снижению прочности бетона в 4 раза. Поскольку прочность пенобетона зависит, в первую очередь, от прочности магнезиальной матрицы, следует ожидать резкого снижения прочности пенобетона при уменьшении концентрации бишофита. Это подтверждается ре-

60

зультатами измерения прочности образцов пенобетона почти одинаковой плотности в возрасте 7 суток при расходе раствора пенообразователя 825 л/т ПМК-75, представленными в табл. 22. При уменьшении плотности раствора бишофита на 9 % прочность пенобетона уменьшилась в два раза.

Таблица 22

Зависимость прочности пенобетона на основе магнезиального цемента от плотности раствора синтанола в бишофите

Увеличение объема пены за счет увеличения объёма пенообразователя с бишофитом вынужденно должно сопровождаться введением

впенобетон избыточного бишофита, поэтому была предпринята попытка найти ПАВ, стабилизатор пены и условия ее получения, при которых необходимая достигается кратность пены без перерасхода бишофита. При расходе бишофита порядка 0,6 л на 1 кг ПМК-75

кратность пены перед введением в нее вяжущих и добавок для получения пенобетона плотностью в сухом состоянии 500 – 550 кг/м3, должна быть 6 – 6,5.

Для исследования были отобраны доступные ПАВ, которые рекомендуется использовать в качестве пенообразователей в технологии получения пенобетона на основе портландцемента. Большинство из них (кроме синтанола) являются натриевыми солями сульфоили карбоновых органических кислот. Успешность применения таких ПАВ вызывает сомнение, так как при смешивании этих веществ с бишофитом в осадок выпадают магниевые соли органических кислот. В концентрированном виде такие ПАВ вообще не растворяются

вбишофите, поэтому их требуется предварительно растворять в небольшом объёме воды. После смешивания растворов бишофита, ПАВ

и стабилизатора пены (при необходимости), определяли плотность раствора и корректировали до значения 1200 кг/м3 прибавлением бишофита или воды. Бишофит вводили в виде сухого порошка или концентрированного раствора.

Исследование зависимости кратности пены при механическом взбивании ершом из синтетических нитей при скорости вращения 300 – 500 об/мин от переменной концентрации различных ПАВ в раствор бишофита показало, что обойный клей МЦ, СЖК фракции С16 – С22, смола древесная омыленная (СДО), АБСК (производство Германии), сульфанол, мыло хозяйственное 75 %-ное, суперпластификатор С-3 показали

61

плохую устойчивость пены, комкование, образование осадка. Неудовлетворительные результаты получены и на синтаноле без стабилизатора пены. Хорошая устойчивость пены получена с применением синтанола вместе со стабилизатором – обойным клеем МЦ (табл. 23).

Таблица 23

Зависимость плотности и кратности пены от концентрации синтанола и стабилизатора (клея МЦ)

Эти исследования подтверждают результаты, полученные в предварительных исследованиях. В качестве пенообразователя следует использовать только синтанол, применение в качестве стабилизатора пены клея МЦ обязательно, но при механическом взбивании скоростной мешалкой получить кратность пены больше 5 не удается.

5.3.Способ «сухой» минерализации пены

Вряде экспериментов были определены основные технологические параметры получения пенобетона на основе магнезиального цемента по способу «сухой» минерализации. Для сравнения пену готовили с использованием двух пенообразователей: синтанола и нейтрализованной едким натром технической смеси синтетических жирных кислот. В качестве стабилизатора использовали обойный клей МЦ. Содержание ПАВ в растворе бишофита было 10 г/л, а стабилизатора пены – 2,5 г/л. Были изготовлены образцы размером 40 х 40 х 160 мм. Всего для исследования было изготовлено и испытано более 300 образцов. Результаты определения плотности, прочности при сжатии и изгибе образцов пенобетона, изготовленного на основе магнезиального цемента, разных сроков твердения, приведены в табл. 24. На рис. 18 показано, что зависимость плотности магнезиальной пенобетонной смеси на момент окончания перемешивания от объема раствора,взятогодляприготовленияпены,носитпрактическилинейныйхарактер.

62