Сажнев Н.П., канд.техн.наук, старший научный сотрудник
Сажнев Н.Н., технический директор «Евроблок»
Технико-экономические показатели ячеистого бетона, изготовленного по литьевой технологии
Ударная технология базируется на использовании для тиксотропного разжижения высоковязких ячеистобетонных смесей ударных воздействий, энергию и частоту которых регулируют в зависимости от реологических свойств и кинетики вспучивания смеси [1, 2, 3, 4, 5 ].
Ударное формование вспучивающейся ячеистобетонной смеси является важнейшим технологическим переделом во всей цепи изготовления ячеистого бетона, поскольку именно на этом этапе происходит формирование макроструктуры материала – главной отличительной особенности, обусловливающей его основные физико-механические качества.
Использование динамических воздействий на смесь, в частности ударных, приводя к тиксотропному разжижению смеси, позволяет доводить вязкость смеси до оптимальной при формировании высококачественной макроструктуры материала/
Преимущество формования ячеистого бетона по ударной технологии по сравнению с литьевой наиболее ярко проявляется при правильно подобранных режимах и наличии обратной связи между реологическими свойствами смеси и параметрами ударных воздействий, что особенно легко осуществляется при автоматическом управлении режимными параметрами. Использование обратной связи на стадии приготовления смеси позволяет частично компенсировать разбросы параметров сырья.
Значительное снижение вязкости смеси за счёт ударных воздействий позволяет использовать высоковязкие ячеистобетонные смеси с пониженным водотвёрдым отношением ( В/Т ), что способствует росту физико-технических характеристик материала. Для ячеистобетонных смесей на смешанном вяжущем и кварцевом песке В/Т может быть понижено до 0,37-0,38 по сравнению с 0,50-0,65 при применении литьевой технологии; если и качестве кремнеземистого компонента применяются золы уноса ТЭЦ, то до 0,60-0,65 вместо 0,75-0,90.
Чрезмерное разжижение смеси приводит к ухудшению или разрушению макроструктуры материала и снижению его физико-технических характеристик вплоть до возникновения брака. Недостаточное разжижение смеси ведёт к недовспучиванию материала и разрыву под действием газообразования его макроструктуры, что также резко снижает качество материала.
Режимными параметрами ударного формования являются:
- высота падения формы со смесью - А (амплитуда);
- частота ударов (падений) – F (или период между ударами - Т(F = 1/Т);
- длительность формования tф.
В процессе формования необходимо производить одновременное изменение режимных параметров (А(t), F(t) ) в соответствии с изменением реологических, геометрических и физико-химических свойств смеси при вспучивании, т.е. необходим подбор амплитудно-частотного режима формования - R(A(t), T(t) tф). Возможно применение упрощенных режимов формования с фиксированной постоянной частотой или высотой падения формы, что технически упрощает управление формованием, однако снижает при этом эффективность динамических воздействий.
Формование массивов с неизменяемыми во время вспучивания обоими режимными параметрами следует считать технологически недопустимым, поскольку приводит к неэффективному использованию ударного оборудования или же к ухудшению качества продукции вплоть до возникновения брака.
Расчёт режимов формования R(A(t) и T(t)tф должен происходить применительно к условиям конкретного предприятия, т.к. он определяется свойствами конкретных ячеистобетонных смесей, высотой формуемых изделий, техническими и динамическими характеристиками используемых ударных площадок.
Физические и химические процессы, происходящие при динамическом воздействии на ячеистобетонную смесь с низким количеством воды затворения детально изучены и неоспоримые преимущества данной технологии доказаны. Изучены основные закономерности образования рациональной макро- и микроструктур, обеспечивающих высокие физико-механические и эксплутационные показатели ячеистого бетона и изделий из него [6, 7].
Для проектирования новых заводов ячеистого бетона в различных регионах СССР, НПО «СИЛБЕТ» (г. Таллинн) было испытано около 130 видов различных по составу и свойствам сырьевых материалов [ 8 ]. В качестве вяжущих материалов использовали известь (активность СаО - 40-80%, скорость гашения 4-14 минут ), цемент (ПЦ М400, ШПЦ М400), высокоосновную сланцевую золу (содержание свободной СаО - 18-20%), доменный шлак (К осн = 1,09–1,3), а в качестве кремнеземистых компонентов – различные кварцевые пески (SiO = 63-92%) и кислые золы от сжигания углей из отвалов и электрофильтров ТЭЦ и ГРЭС (SiO = 45-60%), а также доменные шлаки Запорожского, Коммунарского и Челябинского металлургических заводов и золы отвалов ТЭЦ ПО «Кондопогобумпром», Добротворской ГРЭС и золы уноса Рефтенской ГРЭС и Красногорской ТЭЦ.
Сырьевые материалы испытывали по двум известным технологиям: литьевой и ударной. По литьевой технологии вспучивание ячеистобетонной смеси представляет собой пассивный, неуправляемый процесс, а по ударной – управляемый за счёт регулирования ударных воздействий процесс, энергию воздействий при этом назначают в зависимости от реологических свойств и кинетики смеси.
Свойства извести и цементов колебались в широких пределах и часто не отвечали требованиям для производства ячеистых бетонов. Подготовку сырьевых материалов проводили в одинаковых условиях, как для литьевой, так и для ударной технологий. Помол кремнеземистого компонента до тонкости 220±20 мІ/кг и известково-песчаного вяжущего до удельной поверхности 500±50 мІ/кг проводили по сухой схеме. Цемент и частично кислые золы домолу не подвергались, В качестве газообразователя применяли алюминиевую пудру ПАП-1, соответствующую ГОСТ 5491 (содержание активных частиц 85%, кроющая способность на воде 700мІ/кг). Для осаждения алюминиевой пудры применяли 5% раствор сульфанола в количестве, равном содержанию пудры. Расход алюминиевой пудры составлял 0,07-0,08% массы сухих компонентов, Расчётная плотность ячеистого бетона – 600 мг/мі,
Для сравнения свойств ячеистого бетона в зависимости от условий формования изготавливали образцы одинакового состава с варьированием в широком диапазоне расхода вяжущих и водотвердого отношения, при этом начальная подвижность смеси, соответствующая требуемой для литьевой технологии, составляла по прибору Суттарда 20-27 см, для ударной технологии – 11-16 см.
Следует отметить, что по окончании процесса формования с применением ударной технологии вязкоупругопластичные свойства сырца резко изменяются. Это и предопределяет значительное сокращение сроков выдержки массивов до их разрезки.
После формования все массивы выдерживали в течение определённого времени до набора сырцом пластической прочности, равной 30 кПа. Автоклавирование осуществляли при давлении 1-1,2 МПа в течение 6-8 часов изотермической выдержки.
В результате испытаний ячеистого бетона было установлено, что по данным лабораторных и промышленных исследований физико-механические показатели бетона, изготовленного по ударной технологии, значительно превышают аналогичные показания бетона, полученного по литьевой технологии. Кроме того, промышленные эксперименты показали, что при изготовлении крупных армированных ячеистобетонных изделий по ударной технологии, помимо эффекта тиксотропного разжижения смеси, происходит формирование околоарматурной зоны и обеспечение бестеневого обволакивания смеси вокруг стержней арматурного каркаса. Это обеспечивает полное сцепление арматуры с бетоном и повышение прочностных показателей армированных изделий.
Таблица 1
Анализ данных свидетельствует о влиянии свойств сырьевых материалов и способа изготовления на прочностные показатели ячеистого бетона. Плотность ячеистого бетона, изготовленного по ударной технологии, в среднем на 10% ниже, чем бетона аналогичного состава, полученного литьевым способом. Это создаёт предпосылки к снижению расхода алюминиевой пудры при изготовлении ячеистого бетона одинаковой плотности, если применять ударную технологию формования вместо литьевой.
Для сравнения прочностных характеристик бетона пользовались приведённой к одинаковой плотности марочной прочностью (с учётом коэффициентов влажности и размеров образцов) и коэффициентом качества, характеризуемым отношением Rсм/ЭІ, где Rcм - прочность при сжатии, кг/смІ, и Y - плотность бетона, кг/мі.
Полученные данные свидетельствуют о преимуществе ударной технологии. Снижение на 10-25% водосодержания смеси приводит к увеличению прочностных показателей ячеистого бетона на 25-50% при одинаковых составах и на 20-40% - при оптимальных составах смеси. При этом для оптимальных составов по прочности ячеистого бетона, изготовленного по ударной технологии, характерно снижение активности смеси по содержанию извести. Также установлено, что для получения у бетона одинаковых прочностных показателей при применении ударной технологии возможно уменьшение до 30% расхода цемента.
Известно, что существенным показателем при производстве ячеистого бетона является сокращение продолжительности выдержки массива-сырца до распалубки форм и разрезки его на изделия заданных размеров. При ударной технологии время «созревания» массива сокращается в 1,5-2 раза по сравнению с таковым показателем при литьевой технологии.
Ударная технология, как было установлено, эффективна и при использовании некондиционных сырьевых материалов и вторичных продуктов. Благодаря возможности управления процессом вспучивания ячеистобетонной смеси путём регулирования частоты и энергии удара на базе отходов промышленности получен ячеистый бетон, отвечающий современным требованиям.
Использование зол ТЭС для производства ячеистого бетона по ударной технологии проверено в условиях промышленного производства. Так, с применением сланцевой золы Прибалтийской ГРЭС в качестве вяжущего при изготовлении армированных панелей из сланцезольного газобетона по ударной технологии на Нарвском КСМ достигнуты сокраще-
ние доавтоклавной выдержки на 1 час и увеличение прочности на 20%. Например, ячеистый бетон, изготовленный по ударной технологии на базе кислой золы в качестве кремнеземистого компонента, на Рефтинском заводе ГЗБИ имел следующие показатели:
- плотность 490-570 кг/мі;
- прочность при сжатии 3,7-5,2 МПа;
У бетонов, изготовленных по литьевой технологии, аналогичные показатели составляют соответственно 620 кг/мі и 4 МПа.
На основании результатов обширных экспериментальных исследований, а также 30-летнего опыта промышленного производства, в первую очередь в Республике Беларусь, установлено, что ударная технология по сравнению с литьевой позволяет [ 9, 10 ]:
- уменьшить расход сырьевых материалов: цемента на 20-30%, извести на 10-15%, газообразователя на 5-10%;
- уменьшить более чем в два раза количество литьевых форм;
- уменьшить более чем в два раза количество постов созревания, а следовательно, и размеров камер созревания, габаритов здания цеха;
- уменьшить энергозатраты на 10-20% при помоле кремнеземистого компонента и автоклавной обработке благодаря применению материалов с более низкой тонкостью помола и смеси с пониженным содержанием воды;
- повысить на 25-40% прочностные показатели при аналогичных сырьевых материалах;
- исключить применение гипса;
- использовать исходные сырьевые материалы с более низкими качественными показателями;
- снизить отпускную влажность бетона до 25%;
- исключить «всплывание» арматурных каркасов (при изготовлении армированных изделий), обеспечить увеличенное сцепление бетона с арматурой за счёт более плотного обволакивания арматуры бетонной массой.
В настоящее время в Эстонии на фирме «СИЛБЕТ» осуществляется строительство завода по ударной технологии производства сланцезольного ячеистого бетона, Поставщик технологического оборудования - фирма «Маза-Хенке».
В заключении следует отметить, что в настоящее время немецкие фирмы «Маза–Хенке» и «Верхан» предлагают наряду с литьевой и ударную технологию производства неармированного ячеистого бетона, а целый ряд заводов на просторах СНГ строятся с применением ударной технологии.
Литература
1. Патент РФ № 669588 «Способ изготовления изделий из ячеистобетонной смеси», авторы: Сажнев Н.П. и др.
2. Патент РФ № 104925 «Устройство для формования ячеистобетонных изделий из бетонных смесей», авторы: Сажнев Н.П. и др.
3. Патент РФ № 1058187 «Способ изготовления ячеистобетонных изделий», авторы: Сажнев Н.П. и др.
4. Патент РФ № 1081967 «Способ изготовления изделий из ячеистобетонной смеси», авторы: Сажнев Н.П. и др.
5. Руководство по ударной технологии изготовления ячеистобетонных изделий (Рига, 1991).
6. Сажнев Н.П., Гончарик В.Н., Гарнашевич Г.С. и др. «Производство ячеистобетонных изделий. Теория и практика», НПООО «Стринко», Минск, 2004 г.
7. Сажнев Н.П., Сажнев Н.Н. «Особенности производства ячеистого бетона по ударной технологии», журнал «Белорусский строительный рынок» № 9-10 от 2006 г.
8. Сажнев Н.П., Домбровский А.В., Новаков Ю.Я. и др. «Некоторые технико-экономические показатели ячеистого бетона, изготовленного по литьевой и ударной технологиям», журнал «Строительные материалы» № 9 (453) от 1992 г.
9. Царик А.М., «Как начать строительство завода по производству ячеистого бетона». Сборник трудов 3-го международного научно-практического семинара «Теория и практика производства и применения ячеистого бетона в строительстве», Севастополь, 2007 г.
10. Сажнев Н.П., Сажнев Н.Н. «Производство армированных ячеистобетонных изделий по ударной технологии». Сборник трудов 3-го международного научно-практического семинара «Теория и практика производства и применения ячеистого бетона в строительстве». Севастополь, 2007 г.
11. Вишневский А.А., Левченко В.Н. «Производство изделий из автоклавного газобетона на основе золы–унос в условиях ООО «Рефтинское объединение «Теплит». Журнал «Белорусский строительный рынок» № 9-10 от 2006 г.