ВВЕДЕНИЕ 4
1. СОСТОЯНИЕ И ПРОБЛЕМЫ ПРОИЗВОДСТВА ПЕНОБЕТОНА
1.1. Применение ячеистых пенобетона в строительстве 8
1.2. Технологии производства пенобетона 12
1.3. Проблемы технологии производства пенобетона 23
Цели и задачи 26
2. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ
2.1. Объекты исследования 27
2.2. Методики исследования 28
3. ИССЛЕДОВАНИЕ СЫРЬЕВЫХ МАТЕРИАЛОВ
3.1. Исследование местных заполнителей для пенобетона 32
3.1.1. Местные пески 32
3.1.2. Зола-унос 34
3.2. Исследование вяжущих веществ 35
3.2.1. Портландцемент 35
3.2.2. Известь 36
3.2.3. Гипсовые вяжущие 39
3.3. Пенообразователь и пластификаторы 42
4. ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ПОЛУЧЕНИЯ ПЕНОБЕТОННОЙ СМЕСИ
4.1. Получение пенобетонной смеси 44
4.2. Изучение влиянии способа введения пены на свойства пенобетонной смеси 51
4.3. Влияние содержании пенообразователя на свойства пеномассы 53
4.4. Влияние водоцементного отношения на свойства пенобетонной смеси 56
4.5. Влияние гранулометрического состава заполнителя на свойства
пенобетонной смеси 62
5. УЛУЧШЕНИЕ ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ЯЧЕИСТОГО ПЕНОБЕТОНА ПРИ РАЗЛИЧНЫХ ВЯЖУЩИХ
КОМПОНЕНТОВ И ПЕНООБРАЗОВАТЕЛЕЙ
5.1. Влияние вида вяжущего на свойства пенобетона 51
5.2. Влияние вида пенообразователя на свойства пенобетонной смеси и пенобетона 69
5.3. Влияние пластификатора на свойства пенобетона 73
5.4. Влияние дисперсности заполнителя на свойства пенобетона 77
5.5. Влияние вида заполнителя на свойства пенобетона 80
6. ОПЫТНО-ПРОМЫШЛЕННОЕ ИСПЫТАНИЕ И ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ПРОИЗВОДСТВА
ПЕНОБЕТОНА НА ОСНОВЕ МЕСТНЫХ МАТЕРИАЛОВ
6.1. Выпуск опытно-промышленной партии пенобетона 83
6.2. Расчет экономического эффекта производства пенобетона на основе
местных материалов 86
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ 88
СПИСОК ЛИТЕРАТУРА 91
Актуальность темы. Переход страны в рыночную экономику вызвал резкое удорожание энергоносителей и стоимости сырьевых материалов, что заставило разработку дешевых строительных материалов на основе местного сырья.
Учитывая огромные затраты на обогрев зданий в зимнее время, остро стоит вопрос о применении в качестве ограждающих стеновых конструкций эффективных стеновых и относительно дешевых видов строительных материалов. Одним из таких материалов является пенобетон неавтоклавного твердения. При его применении в качестве стенового материала обеспечивается требуемое термическое сопротивление теплопередаче.
В последние годы в направлении развитии строительного производства в России, особенно в жилищном строительстве, была выдвинута новая концепция, в которой указано, что основным направлением структурных изменений в архитектуре и градостроительстве в ближайшие годы является постепенный переход на малоэтажное строительство, что потребовало расширение производства мелкоштучных строительных материалов.
Одним из перспективных направлений повышения эффективности пенобетонов является использование местных материалов и техногенных отходов.
В ряде регионов страны имеется значительное количество местных материалов и техногенных отходов в виде различных песков, отходов камнедробления, угледобычи, которые не нашли применение в технологии бетона. Широкое применение этих материалов сдерживается из-за их неоднократности и отсутствия данных по составу и свойствам, а также влиянию на структуру и эксплуатационные свойства пенобетонов.
Кроме того, существует проблема повышения качества производимых пенобетонных изделий в регионах, что требует незамедлительного решения.
Решения проблем эффективного использования имеющих сырьевых материалов и повышении качества выпускаемой продукции связано с разработкой новых способов и оптимизации составов и технологических режимов производства изделий из пенобетона.
Целью данной работы является повышение качества пенобетона на основе различных вяжущих и заполнителей с обеспечением стабилизации структуры пеномассы тонкодисперсными минеральными добавками.
В соотношении с намеченной целью решались следующие задачи:
1. Исследование местных сырьевых материалов для производства пенобетона.
2. Изучение влиянии технологических параметров на получение стабильной пенобетонной смеси.
3. Изучение свойств пенобетона с применением различных видов вяжущих и пластификаторов.
4. Улучшение свойств пенобетона с изменением зернового состава наполнителя и введением минеральных добавок.
5. Разработка оптимальной технологии производства пенобетона на основе местных сырьевых материалов.
Научная новизна работы состоит:
- в установлении особенностей местных песков, которые отличаются химическим составом, где преобладают оксиды кремния и алюминия, в минералогическом составе большом количестве присутствуют полевые шпаты, а также по модули крупности относятся к мелким;
- в установлении влиянии технологических факторов (способов введения пены, времени приготовления пены и бетонной массы);
- в выявлении влиянии вида вяжущего и пенообразователей на свойства пенобетона;
- в установлении влиянии минеральных добавок на свойства пенобетона.
Практическая значимость работы заключается:
- в проведении исследования по выявлению химико-минералогических и дисперсных особенностей местных глин, как сырья для производства пенобетона;
- в разработке составов пенобетонных смесей на основе различных вяжущих и пенообразователей;
- в улучшении свойств пенобетона на основе местных сырьевых материалов с введением минеральных добавок;
- разработке технологии производства пенобетона с улучшенными свойствами на основе местных материалов.
На защиту выносятся:
Результаты экспериментальных работ по исследованию местных сырьевых материалов для производства пенобетона и по выявлению влиянии технологических факторов и состав масс на свойства пенобетона, а именно:
- химико-минералогические и дисперсионные особенности местных песков;
- результаты работ по выявлению влиянии вида введения пенообразователя и продолжительности приготовления пены и пенобетонной массы;
- данные о влиянии вида вяжущего и пенообразователя на свойства получаемого пенобетона;
- результаты экспериментальной работы по выявлению влиянии минеральных добавок и дисперсности заполнителя на свойства пенобетона;
- разработанная технология производства пенобетона на основе местных песков, и минеральных добавок с учетом их дисперсности и активности.
Апробация работы:
Основные положения выпускной квалификационной работы и результаты исследований доложены и представлены на:
- ежегодной научно-технической конференции студентов, магистров и аспирантов Тувинского государственного университета (Кызыл, ТувГУ, 2016 г, 2017 г.).
- региональной научно-технической конференции «Актуальные проблемы строительного комплекса и коммунального хозяйства» (Кызыл, 2016 г).
Публикации:
- по результатам работы подготовлена и направлена для опубликования одна статья для журнала «Аспирант и соискатель» (июнь 2017 г).
Объем и структура работы:
Выпускная квалификационная работа состоит из введения, шести глав, общих выводов, списка литературы из 63 наименований. Работа содержит 101 страницы, 19 рисунков и 30 таблиц.
На основе проведенных исследований можно сделать следующие выводы:
1. Из числа различных стеновых материалов пенобетона отличается с повышенной теплозащитной функцией из-за наличии равномерно распределенных пор с примерно одинаковым диаметром в структуре конструкций. В то же время пенобетон обладает не достаточной стабильностью технологических свойств сырьевой смеси. Показатель изменчивости параметров пенобетонной смеси и свойств готового материала колеблется в значительных пределах. Повышение стабильности параметров исходной смеси и полученного пенобетона следует осуществить с учетом особенностей сырьевых материалов и введением новых компонентов обеспечивающих устойчивость пены и самой пенобетонной смеси.
2. Республика Тува обладает достаточной минерально-сырьевой базой для производства пенобетонных изделий. Местные пески отличаются полиминеральным составом, где преобладают полевые шпаты. В химическом составе активные оксиды для создания прочной цементирующей связки недостаточны. По гранулометрическому составу местные пески относятся к средним и мелким, что благоприятно сказывается на зерновой состав смеси. В качестве вяжущего применяются привозной портландцемент и строительный гипс. Строительная известь получаемая из местных известняков отличается повышенной активностью из-за чистоты местных карбонатных пород. Как мелкие заполнители могут быть использованы зола- унос Кызылской ТЭЦ и отходы камнедробления.
3. Изучение технических свойств пенобетонной смеси на основе различных вяжущих и заполнителей показало, что свойства пенобетонной смеси в основном зависит от кратности и устойчивости получаемой пены, а также от дисперсности заполнителя и водотвердого отношения.
4. Выявлено, что при производстве неавтоклавного пенобетона лучшие характеристики имеет пенобетон когда пены вводят в состав готовой цементно-песчаной смеси и последующим быстрым перемешиванием в закрытом сосуде.
5. Оптимальное содержание пенообразователя при использовании местных сырьевых материалов составляет 0,3-0,5 %, так как дальнейшее повышение доли пенообразователя значительно снижает прочность материала из-за поверхностно-нейтрализуюущего действия добавки.
6. Установлено, что при применении местных заполнителей оптимальное водотвердое отношение равно 0,3-0,4, что позволяет получить пеномассу с оптимальным количеством воды и твердых компонентов, а также увеличение пенобетонной смеси 2,5-3 раза больше, чем первоначальное положение. Соответственно увеличивается средняя плотность пенобетона с 680 до 920 кг/м3.
7. Исследование влиянии вида вяжущего на свойства пенобетонной смеси и характеристики готового пенобетона показало, что пена и пенобетонная смесь портландцемента, так как цемент по сравнению гипса и извести тратит гораздо меньше воды для гидратации. Кроме того, наличие значительного количества воды в случае гипса и извести для получения текущей пеномассы снижает прочность пены и дает значительные осадки после заливки смеси в форме. Выявлено, что при одинаковом состоянии вяжущего и песка, наибольшая прочность пенобетона после месячного твердения 3,2 МПа наблюдается при использовании портландцемента. Кроме того, готовая смесь пенобетона на основе цемента имеет низкое водопоглощение (23-26 %), чем в случае гипса (31-36 %) и извести (25-29 %).
8. Изучение влиянии вида пенообразователя показало, что пенобетонная смесь с высокой кратностью и устойчивости наблюдается при использовании пенообразователя типа ПБ2000, чем при применении ТЭАС и Неопор. Прочность пенобетона на основе пенообразователя ПБ2000 оказалось максимальной 3,7 МПа.
9. Пластификаторы в составе пенобетонной смеси играют роль пластифицирующей добавки не только снижающей количество воды, но и упрочняет перегородок пен, а также ускоряет твердение пенобетонной смеси. Введение в состав смеси пластификатора С-3 в количестве 0,3 %, хотя снижает кратность пенобетонной смеси, но исключает осадку пенобетонной смеси после заливки в формы. Наряду с уменьшением количества воды для затворения смеси, наблюдается повышение прочности материалов на 10-15 %, что следует связать с упрочнением стен пузырьков и цементно-песчаного каркаса материала.
10. Для повышения прочности пенобетона важное значение имеет дисперсность заполнителя. Чем меньше размер наполнителя, тем больше его обволакивает коллоидный цементный раствор, что позволяет получить более прочный каркас пенобетона. Выявлено, что уменьшение размера частиц наполнителя с 0,64 до менее 0,14 мм повышает прочность пенобетона с 1,9 до 2.8 МПа, что на 40 % больше.
11. Прочность получаемых пенобетонов еще зависит от вида и поверхности наполнителей. Выявлено, что частицы с шероховатой поверхностью, к которым следует отнести отходы камнедробления и измельчения, что повышает прочность материала на 30-40 %, чем в случае разных и полевых песков, где поверхность частиц гладкая и ровная.
12. Выпуск опытно-промышленной партии пенобетона на основе разработанных составов смеси и параметров получения пенобетона свидетельствует о достоверности результатов лабораторных данных. Получен пенобетон с объемной массой 840 кг/м3 и прочностью при сжатии 3.8 МПа.
Помощь студентам и аспирантам в выполнении работ от наших партнеров
