Технология изоляционных и отделочных материалов. Часть 1. Активированный электрогидротеплосиловым полем неавтоклавный пенобетон. Методические указания

Тем не менее, несмотря на значительное количество работ, до сих пор нет предложений по существенной интенсификации получения неавтоклавного пенобетона, обладающего стабильными характеристиками. Наиболее заметный способ интенсификации гидратационных процессов при производстве ячеистых бетонов — автоклавная обработка. Она повышает реакционную способность малоактивных компонентов, что даёт возможность уменьшить расход цемента. Физико-технические показатели неавтоклавных пенобетонов на порядок ниже автоклавных, однако идея сокращения энергозатрат на единицу продукции пропадает, поскольку автоклавы дорогостоящи, металлоемки, требуют квалифицированный персонал, что отражается на цене продукции. В то же время принудительное удаление воды из пеносистемы позволит сократить временной период повышенного влияния внешних факторов, что интенсифицирует производство и улучшит физико-механические показатели материала.

В данной лабораторной работе рассматривается концепция о потенциальной энергии, заложенной природой пеносистемы, способной удалять механически связанную воду на этапе формования масс. В соответствии с этой концепцией на формуемую ячеистую массу, находящуюся в жесткой перфорированной форме, воздействует электрогидротеплосиловое поле, под влиянием которого из системы удаляется избыточная вода затворения до значений, близких к необходимым для реакции гидратации вяжущего, в ходе этого создается прочная структура цементного камня и ускоряется технологический цикл изготовления материала.

Непосредственно электропрогрев напряженного состояния в массе не вызывает, но в ходе его проведения в замкнутой жесткой перфорированной форме создаются градиенты влагосодержаний по сечению, что способствует созданию напряженного состояния. Градиенты влагосодержаний, в свою очередь, являются следствием линейного расширения компонентов и слоев материала, вызываемого переходом электрической энергии в тепловую внутри обладающего электрическим сопротивлением проводника II рода (ионного) при включении пеносистемы в электрическую сеть. Силовое поле в физике — это векторное поле в пространстве, в каждой точке которого на пробную частицу действует

11

определённая по величине и направлению сила (вектор силы). Причем по утверждению А. Эйнштейна, поле может переносить энергию и импульс. Следовательно, внутри заключенной в форме массы из-за наличия градиентов давлений, температур и влагосодержаний создается сплошное силовое поле со всеми его характерными чертами. Это и есть электрогидротеплосиловое поле (ЭГТСП).

Самоуплотнение пеномасс с использованием ЭГТСП позволит обеспечить стабильные условия гидратации внутри формы. Это снизит опасность нарушения структуры пеносистемы по окончании её направленного формирования в сокращенные сроки с принудительным удалением избытка влаги и, как следствие, значительной интенсификацией производства продукции из полученного таким способом материала.

Суть лабораторной работы заключается в следующем. В специально разработанную форму из диэлектрического материала с пластинчатыми электродами на двух противоположных гранях укладывается пеномасса. Форма закрывается крышкой, и масса подвергается электропрогреву током промышленной частоты 50 Гц в течение 20…25 мин. При этом воздух в порах расширяется, создавая в форме внутреннее избыточное давление. В ходе объёмного прессования осуществляется комплексное воздействие на формуемую массу энергией электрогидротеплосилового поля. После электропрогрева сырец выдерживают в форме до 80 мин. для релаксации внутренних напряжений и набора структурной прочности. Далее следует распалубливание, и уже равномерно прогретый по всему объему сырец отправляют на тепловую обработку, позволяя на 60…90 % сократить время подъёма температуры до изотермической выдержки, исключить расход энергоресурсов на разогрев форм, а весь цикл обработки уменьшить в 2,5-3 раза.

12

1. ПОДБОР СОСТАВА ПЕНОМАССЫ

Методика подбора состава пеномассы приводится с учетом требований действующих СН 277-80, вследствие того, что концепцией предлагаемой технологии предусматривается улучшение свойств конечного продукта на стадии обработки пеномасс различного вида. Проектирование состава пенобетона делится на следующие стадии:

подбор сырьевых материалов с учетом требований, предъявляемых к изделиям из пенобетона и применяемых технологических режимов;

определение составов опытных замесов и их проведение с оценкой и обработкой полученных результатов;

установление рабочих составов на основе опытных методов их корректировки и оптимизации.

Оптимальным считается такой состав пеномассы, который позволяет достичь требуемых проектных характеристик при наименьшем расходе вяжущего, воды и пенообразователя с одновременным обеспечением наибольшей однородности свойств пенобетона.

Подбор средней плотности пеномассы ( пм) осуществляется исходя из требуемой подвижности смеси и прочности бетона.

Расчеты производят на 1 м3 пеномассы. Т.к. для плотностей 500 кг/м3 и менее тонкомолотый наполнитель не применяется, то в этом случае средняя плотность будет равна сумме массовых расходов основных компонентов: пенообразователя (П), вяжущего (Ц), воды затворения цемента (Вц) и воды из раствора пенообразователя (Вп):

пм= П + Ц + Вц+ Вп.

Последовательность проектирования состава:

1. Определение расхода водного раствора пенообразователя по формуле:

13

где Побщ — величина пористости пенобетона; α — значение коэффициента использования пенообразователя (α = 0,8…0,95); К — показатель выхода пор (отношение объема пены к массе раствора пенообразователя, л/кг); V — значение заданного объема пеномассы, м3; сух — значение заданной плотности пенобетона в сухом состоянии, кг/м3; Ксух = 1,1 — величина коэффициента, учитывающего отклонение от сухого состоя-

ния; 1+ρВф⁄Т − В⁄Ц = — удельный объем сухого компонента пенобе-

пм

тона, м3; ρфсм — фактическая плотность растворной смеси, кг/м3. Определение параметров α и К происходит отдельно для каждой

партии пенообразователя.

Соотношение между пенообразователем и водой для приготовления раствора устанавливается с учетом рекомендаций его производителя. Из-за потери свойств при длительном хранении данное соотношение корректируется путем пробного приготовления пены по следующим зависимостям:

П + ВП = П,

откуда

П = П − ВП,

где Vп — объем пены, полученный из раствора пенообразователя.

При применении пенообразователя FoaminC параметры достигались при соотношении П/Вп = 1,18/57 = 0,021.

Расход портландцемента определяется по формуле:

Ц = ρсух .

Ксух

14

2. Расход воды:

ВЦ = Ц ЦВ.

Для коррекции расхода воды на рассчитанных составах готовят пробные замесы и определяют фактический расход воды, исходя из подвижности смеси, устанавливаемой в пределах 1…4 см. В ходе эксперимента при применении указанных выше сырьевых компонентов расход воды составил 178 л.

По вычисленным закономерностям, отраженных в номограмме (рис. 1), определяя расходы основных компонентов, можно корректировать исходные плотности пеномассы в целях регулирования плотности конечной продукции.

Рис. 1. Зависимость средней плотности сырца от продолжительности электропрогрева; электрического напряжения

Используя номограмму (рис. 2), можно определить расходы основных компонентов при фиксированном расходе воды, если того требуют технологические особенности формования.

В используемой методике обработки результатов заложен уровень точности прогнозирования, допускающий ошибку в пределах 5 %.

15

2. ОБЩАЯ МЕТОДИКА ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

Процесс производства неавтоклавного пенобетона при выполнении лабораторной работы состоит из следующих основных операций: приготовление формовочной массы; подготовка форм; формование изделий; электропрогрев; распалубка; ТВО.

2.1. ПРИГОТОВЛЕНИЕ ПЕНОБЕТОННОЙ СМЕСИ

Пенобетонная смесь образуется в результате смешивания в растворомешалке или пенобетономешалке строительной пены с цементным тестом или раствором.

Пенобетономешалка (рис. 3) имеет три барабана: скоростной смеситель с лопастной насадкой для приготовления пены, смеситель принудительного действия (5 л) для приготовления раствора и лопастную мешалку для приготовления пеномассы (прил. 1).

Рис. 3. Пенобетономешалка:

1 — скоростной смеситель; 2 — смеситель принудительного действия; 3 — электродвигатель; 4 — направляющий лоток; 5 — приемная кювета; 6 — ограждение клиноременной передачи

17

Скорость вращения лопастей в скоростном смесителе с лопастной насадкой 150…400 мин-1 200…240, в растворном барабане 40…45 и в смесителе 50…60 об/мин.

Для получения пены пенообразователь разбавляют водой в скоростном смесителе с лопастной насадкой до оптимальной концентрации, установленной при подборе состава, и взбивают в течение 5…7 мин (прил. 2).

Для получения цементного теста или раствора в смеситель принудительного действия загружают определенную дозу воды, раствора ускорителя и, наконец, цемента. Перемешивание теста или раствора может продолжаться до конца взбивания пены, но не менее 2…3 мин.

Раствор сразу после приготовления выливают в лопастную мешалку, куда затем сбрасывают и пену. Перемешивание раствора с пеной продолжается до получения однородной мелкопористой массы, без следов пены на ее поверхности. Это обычно длится 3…5 мин. Излишнее перемешивание снижает устойчивость пены, нарушает структуру массы и вызывает осадку.

Объемный вес приготовленной ячеистой массы должен отличаться от расчетного объемного веса массы на величину не более ±5 % и ±50 кг/м3.

2.2. ПОДГОТОВКА ФОРМ

Формы выполнены из диэлектрического материала (текстолит, гетинакс, микарта, дельта-древесина, фторопласт, капролон и др.) во избежание короткого замыкания при их включении в цепь для электропрогрева. Возможно применение классических металлических форм, но с обкладкой их внутренней части диэлектрическим материалом и выводом электродов таким образом, чтобы между ними и металлическими конструкциями не было контакта.

Формы для изделий из пенобетона должны обеспечивать необходимые размеры изделий в пределах допусков, предусмотренных ГОСТом, нормалями или техническими условиями на каждый вид изделия; легко собираться и разбираться, не иметь болтовых креплений в разбираемых деталях и мелких съемных частей; иметь возможно меньший вес и габариты; обеспечивать укладку нескольких форм, одной на другую, в зависимости от условий вызревания; иметь соединения, плотно при-

18

гнанные и обеспечивающие неизменяемость изделий во время их формования и укладки следующей формы.

Примечание. Прогиб формы, наполненной пенобетонной массой, не должен превышать 1/500 при условии опирания на крайние точки.

После сборки форм производится тщательная проверка внутренних размеров: прочности соединений, вертикальности и параллельности боковых стенок, точности углов и т.д. Внутреннюю поверхность формы смазывают составом во избежание прилипания пенобетонной массы к стенкам формы. При этом смазка не должна портить фактуру изделий.

В качестве смазок можно применять известковое молоко, мел, отработанные масла и пр. Тщательно смазанные формы обеспечивают легкую, быструю, без повреждения распалубку изделий.

2.3. ФОРМОВАНИЕ ИЗДЕЛИЙ

Формование изделий должно выполняться сразу после приготовления формовочной массы так, чтобы каждый замес укладывался в формы не дольше 10 мин. со времени его приготовления.

Формы желательно заполнять пенобетонной смесью при помощи приспособлений, обеспечивающих быстрое дозирование и равномерную укладку смеси. Заполнение форм должно производиться с высоты не более 30 см.

Для тщательного заполнения углов формы пенобетонную массу в этих местах необходимо проштыковывать по 1-2 раза. Заполниться формы пенобетонной смесью должны за один прием. В случае перерыва процесса заполнения формы более чем на 5 мин., во избежание расслоения по поверхности рабочего шва, до перерыва должны быть вставлены через каждые 10…15 см. на половину своей длины кусочки армирующего материала.

Поверхность залитого в форму пенобетона выравнивают шпателем. Формование изделий лучше производить у места установки для

электропрогрева с перемещением форм сразу после их заливки. Пенобетонная масса, залитая в формы, принудительному уплотне-

нию не подвергается.

После окончания процесса заполнения формы её необходимо закрыть крышкой и поместить в зажим.

19

2.4. ЭЛЕКТРОПРОГРЕВ

Для плавного регулирования нагрузки однофазного напряжения при питании от сети с напряжением 220 В и частотой 50 Гц необходимо наличие понижающего трансформатора переменного тока. Его максимальная мощность устанавливается по расчету, в зависимости от объема одновременно обрабатываемой пеномассы. В общем случае мощность принимается равной 5 кВт. В качестве регистрирующего оборудования применяются вольтметр, амперметр, омметр и температурные датчики классом точности не ниже 1 с функцией записи проводимого процесса на электронные носители информации, что позволит данный процесс автоматизировать.

Электропрогрев осуществляется через пластинчатые электроды током промышленной частоты 50 Гц в течение 20…25 мин. После электропрогрева сырец выдерживают в форме до 80 мин для релаксации внутренних напряжений и набора структурной прочности.

2.5. ТЕПЛОВЛАЖНОСТНАЯ ОБРАБОТКА ИЗДЕЛИЙ

Твердение отформованных изделий должно протекать в условиях, способствующих достижению пенобетоном распалубочной прочности в наиболее короткие сроки при одновременном соблюдении требований по экономии цемента. Это может быть достигнуто при применении быстротвердеющего цемента, цементов высоких марок, ускорителей твердения, либо при обработке изделий паром в камерах при атмосферном давлении.

При пропаривании продолжительность выдерживаний отформованных изделий до пуска пара устанавливается опытным путем и должна составлять от 2 до 4 ч в зависимости от объемного веса пенобетона, температуры помещения в период выдерживания, сроков схватывания цемента и интенсивности твердении пенобетона в начальный период.

Отформованные изделия в период выдерживания необходимо предохранять от резких колебаний температуры, а также от непосредственного действия солнечных лучей, сквозняка, вызывающих интенсивное удаление влаги. При этом температура в цехе должна быть не ниже +20 С. Перемещение отформованных изделий не допускается в период выдерживания.

20