INFLUENCE OF COMPLEX ADDITIVE ON THE PHYSICAL AND MECHANICAL PROPERTIES OF NON-AUTOCLAVED AERATED CONCRETE
Abstract and keywords
Abstract (English):
This article considers the effect of a complex additive on the physical and mechanical properties of aerated concrete. As a complex additive, a by-product was introduced into the composition of the aerated concrete mix while cutting the top layer of the "crust" in an amount of 20 %. A comparative analysis of the results of physical and mechanical tests of aerated concrete samples showed that the introduction of a sodium carbonate mixture in an amount of 1.23 % of cement mass with an optimal dosage of the by-product of the upper layer of the "crust" (A1) made it possible to increase the strength of aerated concrete by 30 % relative to a control composition and 15 % relative to the composition of AC4 without sodium sulfate. At the same time, the value of the constructive quality factor for A1 is 17 % higher than for AC2, which allowed it to be taken as the base factor in the production of aerated concrete products at the operating enterprise.

Keywords:
"crust," the formation of aerated concrete, non-autoclaved aerated concrete, a complex additive, a by-product in cutting the upper layer of the "crust", the constructive quality factor, the average density in the dry state.
Text
Publication text (PDF): Read Download

Введение. Получение бездефектных изделий из газобетона возможно лишь при правильном подборе соотношения сырьевых компонентов, гранулометрического состава смеси, технологии подготовки газобетонной смеси [1, 2]. Так, от количественного соотношения кремнеземистого компонента и вяжущего зависит средняя плотность и прочность газобетона – с увеличением содержания кремнеземистого компонента средняя плотность газобетона увеличивается, а прочность уменьшается [3]. С другой стороны, повышение расхода вяжущего в неавтоклавном ячеистом бетоне обусловливает значительный рост усадки бетона в процессе эксплуатации, которая может достигать 2-3 мм/м [4, 5, 1].

При твердении газобетона в режиме нормального твердения или пропаривания при атмосферном давлении и температуре 70–90 °С конечная прочность изделий формируется за счет высокого химического потенциала «цемент – вода». В этой связи специфика технологии неавтоклавного газобетона требует применения высокоактивных вяжущих веществ [6] с повышенным расходом портландцемента в сравнении с автоклавной технологией [4, 1, 7]. Это обусловлено невысокой степенью гидратации портландцемента при таких режимах твердения в составе газобетонной смеси [6].

Основной причиной существенного различия свойств автоклавного и неавтоклавного ячеистого бетона является разный вид формирующейся при твердении структуры твердой фазы. У автоклавного газобетона более развита конденсационно-кристаллизационная структура, а у неавтоклавного –  коагуляционная, переходящая со временем в коагуляционно-кристаллизационную структуру, которая сопровождается улучшением всех его свойств [8]. Для формирования цементного камня оптимальной структуры необходимо отметить преобладающее значение коагуляционных структур на начальных стадиях структурообразования. Это обстоятельство становится особенно важным для обоснования оптимальных параметров совместного воздействия физико-химических и механических факторов в процессе массопереноса фаз на начальной стадии структурообразования системы [9]. Возможность ускоренного формирования конденсационной структуры у неавтоклавного ячеистого бетона позволит отказаться от автоклавной обработки без снижения его качественных показателей [8].

В этом плане практический интерес представляют пути интенсификации процесса гидратации, улучшения качества структуры цементирующего вещества неавтоклавных газобетонов, при которых будет обеспечена достаточная прочность при сниженной средней плотности. Особенно важна роль химических и минеральных модификаторов для направленного регулирования структуры и свойств неавтоклавных поробетонов. По мнению профессора А.В. Ушерова-Маршака [10] объединение в составе комплексных или смешанных добавок компонентов водопонижающего, пластифицирующего, ускоряющего, воздухововлекающего, воздухоподавляющего и другого типов позволяет направленно совершенствовать технологию бетона. Особое значение при этом приобретает повышение степени гидратации цемента и продуктов гидратации при помощи введения добавок-ускорителей твердения [1].

По результатам исследований авторов [11] выявлено, что при использовании полевошпатовокварцевого песка в составе газобетона формируются плотные и прочные межпоровые перегородки и равномерная мелкопористая структура материала. Полученные неавтоклавные ячеистые бетоны имеют повышенную прочность, при средней плотности 500…550 кг/м3 составляющую 2,65…2,75 МПа, что на 15…20 % выше показателей, установленных стандартом. Минералы полевых шпатов песка в составах исходной шихты проявляют алюминатную активность к растворам гипса и извести. Присутствие их в смеси приводит к образованию гидросульфоалюминатных соединений, обеспечивающих повышенную растворимость исходных компонентов и продуктов гидратации портландцемента. Волокна асбеста, введенные в составы бетонных масс, участвуют в армировании газобетона, способствуют формированию границ раздела межпоровых перегородок и порового пространства, приближенных по форме к сфере. Асбест, обладая высокой адсорбционной способностью к продуктам гидратации портландцемента, активизирует химические процессы взаимодействия между компонентами бетонных масс.

Неавтоклавный ячеистый бетон изготавливают в основном при использовании портландцемента, и именно процессы схватывания и твердения цемента в присутствии компонентов ячеистой массы определяют минеральный состав новообразований и свойства изделий [12].

Ячеистый бетон можно рассматривать как строительный композит: материал с требуемыми свойствами можно получить путем изменения структуры матрицы (для ячеистых бетонов это межпоровые перегородки) композита путем введения волокнистых добавок различной природы в формовочные смеси, что приводит к эффективному улучшению свойств готовых изделий за счет их армирования [13, 14, 15].

Целью работы является исследовать влияние комплексной добавки на физико-механические свойства неавтоклавного газобетона.

Основная часть. Исходя из полученных результатов, опубликованных в работе [16] на следующем этапе исследований было важно оценить эффективность введения в состав газобетонной смеси комплексной добавки состоящей из сульфата натрия (ускорителя твердения) и побочного продукта верхнего слоя «горбушки» на физико-механические свойства неавтоклавного газобетона. Наименование составов газобетонных смесей и процентное содержание добавок представлены в табл. 1.

 

Таблица 1

Составы газобетонных смесей с добавками

Наименование состава

Содержание добавки, %

«горбушка»

сульфат натрия

1

ГБ1 (контрольный)

-

 

2

ГБ4

20

-

3

А1

20

1,23

4

А2

20

2,4

5

А3

20

3,7

 

 

 

Из полученной газобетонной смеси объемом 5 л формовали образцы кубы с размером ребра 10 см и затем по режиму τ (2+6+3) при температуре 60 °С выдерживали в камере для тепловой обработки. Одновременно часть газобетонной смеси загружали в прибор ПГВ-2 для определения кинетики газовыделения и коэффициента диффузии, опубликованные в работе [16]. Результаты физико-механических испытаний образцов газобетона с различным содержанием комплексной добавки приведены на рис. 1.

Выводы. Сравнительный анализ результатов показал, что введение в состав газобетонной смеси сульфата натрия в количестве 1,23 % от массы цемента с оптимальной дозировкой побочного продукта верхнего слоя «горбушки» (А1) позволило повысить прочность газобетона на
30 % относительно контрольного состава и на
15 % относительно состава ГБ4 без сульфата натрия. Коэффициент конструктивного качества у состава А1 на 17% выше чем у ГБ2, что позволило принять его за базовый при производстве газобетонных изделий на действующем предприятии.

 

 

Рис. 1. Результаты физико-механических испытаний образцов газобетона с различным содержанием добавок

References

1. Lotov V.A., Mitina N.A. Vliyanie dobavok na formirovanie mezhporovoy peregorodki v gazobetone neavtoklavnogo tverdeniya // Stroitel'nye materialy. 2003. № 1. S. 2-6.

2. Martynenko V.A. Vliyanie harakteristik mezhporovoy peregorodki na fiziko-tehnicheskie svoystva yacheistogo betona // Stroitel'nye materialy i izdeliya. 2003. № 4(18). S. 35-38.

3. Baranov A.T., Makarichev V.V. Voprosy tehnologii yacheistyh betonov i konstrukciy iz nih. M.: Stroyizdat, 1972. 84 s.

4. Krivickiy M.Ya., Levin N.I., Makarichev V.V. Yacheistye betony (tehnologiya, svoystva i konstrukcii). M.: Stroyizdat, 1972. 137 s.

5. Krishennikov A.N. Avtoklavnyy termoizolyacionnyy gazobeton. M.: Gosenergoizdat, 1959. S. 74-87.

6. Saharov G.P., Skorikov E.P. Neavtoklavnyy energoeffektivnyy porobeton estestvennogo tverdeniya // Izvestiya vuzov. Stroitel'stvo. 2005. № 7. S. 48-54.

7. Lotov V.A., Mitina N.A. Osobennosti tehnologicheskih processov proizvodstva gazobetona // Stroitel'nye materialy. 2000. №4. S. 21-22.

8. Saharov G.P. Yacheistyy beton: novyy etap razvitiya // Tehnologii betonov. 2006. №6. S. 12-13.

9. Ur'ev N.B., Dubinin I.S. Kolloidnye cementnye rastvory. L.: Stroyizdat. Leningr. otd., 1980. 192 s.

10. Usherov-Marshak A.V. Dobavki v beton: progress i problemy // Stroitel'nye materialy. 2006. № 10. S. 8-12.

11. Dolotova R.G., Vereschagin V.I., Smirenskaya V.N. Processy fazoobrazovaniya i formirovaniya poristoy struktury gazobetona na osnove portlandcementa s ispol'zovaniem polevoshpatovokvarcevogo peska i volokon asbesta // Izvestiya Tomskogo politehnicheskogo universiteta. 2011. №3. S. 47-51.

12. Butt Yu.M. Himicheskaya tehnologiya vyazhuschih materialov. M.: Vysshaya shkola, 1980. 472 s.

13. Morgun L.V. Vliyanie dispersnogo armirovaniya na agregativnuyu ustoychivost' penobetonnyh smesey // Stroitel'nye materialy. 2003. № 1. S. 33-35.

14. Sicina M.S., Laukaytis A.A. Issledovanie vliyaniya armirovaniya na svoystva penobetona // Stroitel'nye materialy. 2003. № 2. S. 8-9.

15. Morgun L.V. Teoreticheskoe obosnovanie i eksperimental'naya razrabotka tehnologii vysokoprochnyh fibrobetonov // Stroitel'nye materialy. 2005. № 6. S. 59-63.

16. Yavruyan H.S., Holodnyak M.G., Shuyskiy A.I., Stel'mah S.A., Scherban' E.M. Vliyanie nekotoryh recepturno-tehnologicheskih faktorov na svoystva neavtoklavnogo gazobetona // Inzhenernyy vestnik Dona. 2015. № 4 [Elektronnyy resurs]. Sistem. trebovaniya: AdobeAcrobatReader. URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n4y2015/3431

17. Cabrillac R., Fiorio B., Beaucour A., Dumontet H., Ortola S. Experimental study of the mechanical anisotropy of aerated concretes and of the adjustment parameters of the introduced porosity // Construction and Building Materials. 2006. №5. P. 286-295.

18. Nelson R.L., Ronald E., Barnett P.E. Autoclaved aerated concrete // Council for Masonry Research. 1997. Vol. 9. № 1.

19. Ronald E., Barnett P.E. Autoclaved aerated concrete: a lime-based technology // Proc. of International Building Lime Symposium. 2005. Orlando (Florida). P. 1-8.


Login or Create
* Forgot password?