Влияние физического состояния химических добавок в момент введения в газобетонную смесь на кинетику газовыделения и коэффициент диффузии газа - Статья

Оптимальным условием изготовления неавтоклавного газобетона с заданными физико-механическими характеристиками является качественный процесс вспучивания газобетонной смеси, у которой обеспечивается совпадение по времени начала коагуляции новообразований цемента и начала интенсивного выделения газа алюминиевым газообразователем. Газобетонную смесь перемешивали в планетарном смесителе в течение 2 минут. В составе С№1 химические добавки - каустическая сода и сульфат натрия - вводятся в ячеистобетонную смесь в виде коллоидного раствора, а в составе С№2 добавки вводятся в твердом состоянии. Период вспучивания газобетонной смеси характеризуется быстрым ростом объема смеси до некоторого максимального значения. 1 Схема прибора для измерения газовыделения газобетонной смеси ПГВ-2 (вид спереди): 1 - подъемный столик; 2 - газобетонная смесь; 3 - стеклянная реакционная емкость (объемом 3 л); 4 - шкала; 5 - термометр; 6 - измерительная емкость; 7 - термометр; 8 - подъемная траверса; 9 - подъемная планка; 10 - цилиндр для крепления бумаги самописца; 11 - реверсивный двигатель; 12 - U-образный манометр для контролирования уровня выделяющегося газаИсходя из проведенных исследований и сличительных испытаний, авторы делают вывод, что наилучшими результатами по кинетике вспучивания газобетонной смеси и кинетике диффузии газа из газобетонной смеси показывают газобетонные смеси с введением химических добавок в виде коллоидных растворов. При этом большая часть времени не тратится на растворение химических добавок, как в составе С№2. Результаты физико-механических испытаний исследуемых составов сведены в таблицу №2. Исходя из таблицы №2, авторы делают вывод, что в составе С№2 кинетика диффузии газа негативно отразилась на средней плотности образцов.

газобетон раствор коллоидный плотность

Вспучивание ячеистой смеси - сложный гидродинамический, физико-химический, сильно растянутый во времени процесс. Происходит образование и рост ячеек, деформирование смеси с переменной скоростью под действием возникающего в ячейке давления, парообразования, конденсации паров воды [1]. Оптимальным условием изготовления неавтоклавного газобетона с заданными физико-механическими характеристиками является качественный процесс вспучивания газобетонной смеси, у которой обеспечивается совпадение по времени начала коагуляции новообразований цемента и начала интенсивного выделения газа алюминиевым газообразователем. В данном исследовании авторы использовали литьевую технологию производства газобетонных изделий [2].

Основная часть

Целью работы является - изучить влияние физического состояния химических добавок: каустической соды и сульфата натрия на интенсивность газовыделения при производстве неавтоклавного газобетона.

Газобетонную смесь перемешивали в планетарном смесителе в течение 2 минут. Из полученной газобетонной смеси формовали образцы-кубы с размером ребра 10 см и выдерживали в камере для тепловой обработки при температуре 70 °С по режиму ? (2 6 3). Одновременно часть газобетонной смеси загружали в прибор ПГВ-2 (рис. 1) для определения кинетики газовыделения и коэффициента диффузии газа. Для исследования приняты два состава. В составе С№1 химические добавки - каустическая сода и сульфат натрия - вводятся в ячеистобетонную смесь в виде коллоидного раствора, а в составе С№2 добавки вводятся в твердом состоянии. Составы газобетонных смесей на расчетную плотность D600 представлены в таблице № 1.

Таблица №1

Составы газобетонных смесей

Наименование материала Расходы материалов для приготовления газобетонных смесей на 1 м3

С№1 С№2

Цемент, кг 312 312

Песок, кг 255 255

Вода, л 232 232

Алюминиевая пудра, кг 0,578 0,578

Каустическая сода, кг 3,12 Вводятся в виде коллоидного раствора 3,12 Вводятся в сухом виде

Сульфат натрия, кг 4,8 4,8

Период вспучивания газобетонной смеси характеризуется быстрым ростом объема смеси до некоторого максимального значения.

Рис. 1 Схема прибора для измерения газовыделения газобетонной смеси ПГВ-2 (вид спереди): 1 - подъемный столик; 2 - газобетонная смесь; 3 - стеклянная реакционная емкость (объемом 3 л); 4 - шкала; 5 - термометр; 6 - измерительная емкость; 7 - термометр; 8 - подъемная траверса; 9 - подъемная планка; 10 - цилиндр для крепления бумаги самописца; 11 - реверсивный двигатель; 12 - U-образный манометр для контролирования уровня выделяющегося газа

Прибор ПГВ-2 состоит из реакционной емкости 3 со шкалой 4, предназначенной для определения уровня заливки и вспучивания газобетонной смеси. Для измерения температуры газобетонной смеси применяется электронный термометр 5. Подъемный столик 1 при помощи винта прижимает реакционную емкость к верхнему основанию прибора. Для герметизации внутреннего объема прибора служит резиновая прокладка. К верхнему основанию прибора прикреплена измерительная емкость 6, выполненная в виде тонкой гофрированной трубы. Верхняя часть измерительной емкости 6 закрыта крышкой, на которой расположен ртутный термометр, измеряющий температуру газовой среды в приборе над поверхностью газобетонной смеси. Для измерения объема служит подъемная траверса 8. Запись показаний прибора осуществляется на миллиметровой бумаге в виде графика. Миллиметровую бумагу наматывают на барабан самописца 10, который приводится в действие реверсивным двигателем 11. Контроль внутреннего давления в приборе осуществляется U-образным манометром.

Определение параметров кинетики газовыделения осуществляется следующим образом. Газобетонная смесь помещается в измерительную емкость, которая устанавливается в прибор. Вводят электронный термометр в газобетонную смесь и герметизируют. Через определенный момент времени производится регистрация параметров: температура газобетонной смеси , температура газовой среды над веществом , объем переменной измерительной емкости , объем бетонной смеси в емкости . После окончания реакции газовыделения рассчитываются значения параметров кинетики газовыделения: коэффициента вспучивания , коэффициента диффузии газа , общий объем газовыделения , изменение температуры по следующим формулам: ; (1)

; (2)

(3)

(4)

(5) где - общий внутренний объем прибора, см3; - объем водорода в газобетонной смеси, см3; - объем водорода, диффундированного из газобетонной смеси, см3; - общий объем водорода, образовавшегося в процессе вспучивания, см3; - атмосферное давление, Па; - относительное содержание газов в газовой среде над смесью; - относительное содержание газов в смеси; см3/г.град.; - абсолютная плотность газовой среды (при 100% - ной относительной влажности ), г/см3

Результаты расчетов по определению параметров кинетики газовыделения представлены на рис. 2.

Объем выделившегося газа, см3

Время, ?, мин.

Рис. 2 Зависимость объема выделившегося газа ( , cm3) в газобетонной смеси от времени (?, min)

Выделившейся в результате реакции водород диффундирует с поверхности части алюминия в жидкую фазу, насыщая ее [3,4]. Таким образом, у поверхности частиц наблюдается образование пузырьков газа [5,6]. При этом между металлическим алюминием и гидратом окиси кальция, выделяющимся при гидролизе минералов клинкера вяжущего, происходит химическая реакция с выделением молекулярного водорода [7,8,9], как показано в уравнении (6):

Коэффициент диффузии представлен на рисунке 3.

Коэффициент диффузии

Время, ?, мин.

Рис. 3 Кинетика диффузии газа из газобетонной смеси

Исходя из проведенных исследований и сличительных испытаний, авторы делают вывод, что наилучшими результатами по кинетике вспучивания газобетонной смеси и кинетике диффузии газа из газобетонной смеси показывают газобетонные смеси с введением химических добавок в виде коллоидных растворов. При этом большая часть времени не тратится на растворение химических добавок, как в составе С№2. По полученным данным построены графики - рис. 3 и рис. 4. Результаты физико-механических испытаний исследуемых составов сведены в таблицу №2.

Таблица №2

Результаты физико-механических испытаний образцов газобетона

Наименование показателя Наименование состава

С№1 С№2

Средняя плотность в сухом состоянии, кг/м3 626 653

Предел прочности при сжатии, МПА 1,9 2,3

Исходя из таблицы №2, авторы делают вывод, что в составе С№2 кинетика диффузии газа негативно отразилась на средней плотности образцов. При этом предел прочности при сжатии образцов состава С№2 выше, чем у образцов С№1, но это легко объяснить увеличением плотности состава С№2.

1. Шуйский А.И. Оптимизация процессов структурообразования и повышения качества газобетонных изделий: дис. … канд. тех. наук: 05.23.05. Ростов-на-Дону, 1983. С. 98-100.

2. Баранов А.Т. Улучшение свойств ячеистого бетона // Бетон и железобетон. 1981. №8. С. 9-10.

3. Волженский А.В. Минеральные вяжущие вещества. М.: Стройиздат. 1979. 476 с.

4. Вагина Л.Ф. Алюминиевые газообразователи (теоретические и практические вопросы их изготовления и применения): дис. … канд. тех. наук: 05.23.05. М., 1971. С. 18-19.

5. Adam. M. Neville. Properties of Concrete. Pitman Books, London, 1981. 779 p.

6. Акимов А.П. Новые газообразователи на основе алюминия для ячеистого бетона: автореф. дис. … канд. тех. наук: 05.23.05. М.,1976. 20 с.

7. PFA Utilization, Central Electricity Generating Board, Gibbons, Wolverhampton, 1972, pp. 4-6.

8. Удачкин И.В., Гончаров Ю.В. Эффективные способы повышения водозащитных свойств ячеистого бетона. М.: Стройиздат. 1980. С. 22-26.

9. Дворкин Л.И., Дворкин О.Л. Основы бетоноведения. С. Петербург: ООО «Строй-Бетон». 2006. 690 с.

10. Стельмах С.А., Щербань Е.М., Халюшев А.К., Холодняк М.Г., Нажуев М.П., Галкин Ю.В. Влияние технологических факторов на свойства неавтоклавного газобетона // Инженерный вестник Дона, 2017, № 2.

11. Шуйский А.И., Стельмах С.А., Щербань Е.М., Халюшев А.К., Холодняк М.Г., Шаталов А.В. Влияние структурирующей добавки на физико-механические свойства неавтоклавного газобетона // Инженерный вестник Дона, 2017 №2 URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/N2y2017/4126.

Размещено на .ru