Активация цементного теста и пенобетонной смеси в электромагнитных помольных агрегатах

Аннотация

Е.А. Торлина, А.И. Шуйский, Г.А. Ткаченко, С.Б. Языева

Статья посвящена исследованию влияния параметров электромагнитной активации на структурообразование и свойства пенобетона.
Ключевые слова: прочность цементного камня, электромагнитная активация, структурообразование пенобетона, физико-механические свойства пенобетона.

05.23.05 - Строительные материалы и изделия

Для реализации   задачи энергосбережения и ресурсосбережения в строительстве необходимо направить усилия исследователей и всего строительного комплекса на развитие и совершенствование производства эффективных материалов и конструкций.
Эффективный материал для ограждающих конструкций должен обеспечивать повышенное термосопротивление, снижение массы зданий и сооружений, сокращение материалоемкости, трудоемкости и стоимости строительства. Этим требованиям в полной мере отвечают конструкции из ячеистых бетонов. 
Существует несколько способов производства изделий из ячеистого бетона, однако сегодня в стройиндустрии страны существенное место занимает   пенобетон неавтоклавного твердения. 
По оценкам специалистов, дальнейшее развитие производства и применения неавтоклавного пенобетона можно осуществлять на основе создания способов и технологий, обеспечивающих прочностные характеристики пенобетона равные или превышающие показатели равноплотного  автоклавного газобетона.
Существует  много способов и составов, повышающих прочность неавтоклавного пенобетона. Наиболее рациональными для промышленного применения являются способы активации сырьевых компонентов или пенобетонных смесей.  Самыми эффективными активаторами  по степени механического, электрохимического и  электромагнитного  воздействия на обрабатываемые материалы и по удельной энергоемкости, являются электромагнитные аппараты  вихревого слоя.
Активация   осуществляется в   установках, где   компоненты   подвергаются обработке в рабочей зоне, выполненной в виде трубы  диаметром 60-150мм, с размещенными в ней ферримагнитными частицами (иглами). Под воздействием внешнего вращающегося электромагнитного поля иглы  перемещаются по рабочей зоне, соударяясь с частицами   помещенных туда компонентов,  перемешивая и размалывая их. При этом генерируются эффекты акустических волн, электролиза, магнитострикции, механострикции и кавитации с большой удельной мощностью. При этом обеспечивая повышение  однородности   смеси, многократное возрастание скоростей физико-химических процессов структурообразования.  Оценка степени влияния параметров электромагнитных активаторов на свойства сырьевых компонентов и пенобетонной смеси – сложная научно-техническая проблема, требующая решения.
В Ростовском государственном строительном университете проведены исследования по  оценке степени влияния параметров активации на свойства цемента, пенобетонной смеси и пенобетона.
На первом этапе работы проводились исследования по увеличению дисперсионных характеристик  цементного теста, обработанного в  активаторе, с целью повышения прочностных характеристик цементного камня. 
В эксперименте варьировалось время обработки цементного теста (В/Ц- 1/1) в пределах от 10 до 100 сек. При этом контролировались характеристики гранулометрического состава и удельной поверхности частиц цемента с помощью Микросайзера МС-201С.  После  активации, в полученную смесь добавлялись 3 части стандартного песка (от массы цемента), масса перемешивалась в лабораторной растворомешалке в течение трех минут.  Далее из полученного цементно-песчаного раствора формовались образцы - балочки стандартного размера (40х40х160 мм). Образцы твердели в течение 28 суток в нормальных условиях. После этого образцы подвергали физико-механическим испытаниям.
Анализ результатов испытаний показал, что увеличение времени обработки цементного теста  в УАП от 10 до 100 с приводит к увеличению удельной поверхности частиц цемента с S_уд = 2930см²/г до S_уд = 3820см²/г. При этом изменяется и характер распределения частиц по фракциям.
Анализ полученных данных показал, что увеличение времени обработки цементного теста приводит к смещению кривых распределения в сторону увеличения количества мелких фракций цемента. Так, для необработанного цемента количество частиц диаметром до 20 мкм составляет 44%, а для цемента обработанного в течение 100с – 71,2%.
Такие изменения дисперсности цемента приводят к росту прочности цементного камня, что подтверждается результатами испытаний образцов, приведенными в табл.1.

Таблица  1. Влияние времени обработки цементного теста в активаторе на    рост прочности образцов цементно - песчаного раствора

На основании анализа полученных результатов установлено, что обработка цементного теста в УАП приводит к значительному повышению (на 36,2%) прочности цементного камня. 
На втором этапе исследования проводилась обработка в активаторе цементно-песчаного раствора. Соотношение песка и цемента в растворе было принято 1:1. Вода затворения использовалась в полном объеме (В/Т=0,6). Предварительно приготовленный цементно-песчаный раствор пропускался через активатор в течение 10; 30; 70 и 100 секунд. Полученную таким образом смесь помещали в лабораторный турбулентный смеситель, куда  дозировали пенообразователь «Пеностром». В течение 3 минут готовилась пенобетонная смесь и заливалась в формы-кубы (по девять образцов для каждого эксперимента) размером 100х100х100мм. Отформованные образцы выдерживались  2 часа, после чего подвергались пропарке по режиму: 2ч + 8ч/90⁰С + 3ч. После пропарки образцы распалубливались и подвергались испытаниям на прочность и плотность в соответствии с ГОСТ.  Результаты испытаний приведены в табл. 2.

Таблица № 2.  Влияние времени обработки пенобетонной смеси в активаторе на свойства пенобетона

Анализ результатов  показал, что предложенный способ обработки растворной смеси   позволил значительно повысить прочность пенобетона (до 40%).  При этом плотность пенобетона так же снижается (до 8%), что свидетельствует не только о повышении однородности структуры пенобетонной смеси за счет высокой степени гомогенизации, но и о дополнительной поризации растворной составляющей при обработке в активаторе. Эти выводы подтверждаются динамикой изменения коэффициента конструктивного качества пенобетона, который определялся по формуле №1  и характеризует качество структуры ячеистого бетона.
ККК = R/p;         (1)
Где:    ККК - коэффициента конструктивного качества пенобетона, МПа/м⁶ т^-2;
R    -  предел прочности пенобетона при сжатии, МПа;
р     -  средняя плотность пенобетона, т/м³ .
Полученные данные позволяют сделать вывод о том, что критерий качества структуры пенобетона при использовании обработки в активаторе возрастает на 40 – 60%.
Проведенные нами исследования  позволяют сделать следующие выводы об эффективности предложенных решений:

1.  Обработка позволяет повысить удельную поверхность твердых компонентов пенобетонной смеси на 25 – 30%, что способствует повышению активности вяжущего (до 35%)  и реакционной способности наполнителя. Их взаимодействие приводит к образованию более прочного межпрового материала, определяющего прочностные характеристики пенобетонных изделий.
2. Повышается качество макро- и микроструктуры пенобетона за счет повышения интенсивности гомогенизации компонентов и за счет дополнительного воздухововлечения при обработке в активаторе.  Об этом свидетельствует снижение плотности пенобетона на 5-8% и увеличение коэффициента конструктивного качества пенобетона на 40 – 60 %.
3.   Значительно, на 30-40%, повышается прочность пенобетонных изделий.      

  Это очень важно для повышения уровня качества продукции на производстве и удовлетворения возрастающих потребностей рынка строительных материалов.