Ячеистые бетоны представляют собой искусственные каменные материалы, состоящие из затвердевшего вяжущего вещества с равномерно распределенными в нем воздушными ячейками (порами).
По способу получения ячеистые бетоны делятся на пенобетоны и газобетоны.
По виду вяжущего вещества ячеистые бетоны подразделяются на следующие разновидности: на цементе (пенобетон и газобетон); на известковом вяжущем (пеносиликат и газосиликат); на гипсовом вяжущем (пеногипс и газогипс).
Кроме того, при получении ячеистых бетонов могут быть использованы гипсоцементнопуццолановое вяжущее и смешанное вяжущее, состоящее из портландцемента и извести.
Пористую структуру при получении пенобетонов создают путем перемешивания растворов с предварительно приготовленной пеной или путем введения пенообразователя непосредственно в раствор, что способствует вовлечению пузырьков воздуха внутрь раствора при интенсивном его перемешивании с применением вибрационной обработки или без нее.
Для получения стойкой пены в промышленности применяют следующие основные виды пенообразователей: а) клееканифольный, б) смолосапониновый, в) алюмосульфонафтеновый, г) КИСК, состоящий из канифоли, извести, казеинового клея и ССБ.
В качестве порообразователя при производстве газобетонов и газосиликатов, применяют алюминиевую пудру марок ПАК-3 и ПАК-4, значительно реже — технический пергидроль, представляющий собой 30%-ный раствор перекиси водорода в воде.
В качестве мелкого заполнителя в ячеистых бетонах чаще всего применяют молотый кварцевый песок и золу-унос, получаемую при сжигании твердого пылевидного топлива.
Работа 1. Подбор состава ячеистого бетона
Выполнение данной работы имеет целью научить студентов определять состав теплоизоляционного ячеистого бетона в зависимости от заданных свойств, применяющихся сырьевых материалов и порообразователей.
Работа выполняется бригадами студентов по 2—3 человека. Варианты заданий приведены в табл. 13.
В процессе работы каждая бригада выполняет следующие операции: производит расчет состава ячеистого бетона заданного состава; приготавливает порообразователь; формует контрольные образцы; производит испытание образцов, определяя среднюю плотность и прочность при сжатии, вносит коррективы в состав ячеистого бетона и производит подсчет расхода материалов на 1 м3 готовых изделий.
а. Приготовление и подготовка пено- и газообразователей. Для приготовления клееканифольного пенообразователя применяют клей костный или мездровый, канифоль, едкий натр и воду.
Процесс приготовления этого пенообразователя состоит из следующих операций: получения клеевого раствора, приготовления водного раствора щелочи, варки канифольного мыла, смешивания клеевого раствора с канифольным мылом.
Для получения клеевого раствора клей разбивают на куски размером 2—3 см, укладывают в железный бак и заливают водой, температура которой 15—20° С, в пропорции 1 : 1 (по массе). Клей замачивают в воде в течение 24 ч. Клеевой раствор получают нагреванием замоченного клея при температуре 40—50°С в течение 1,5—2 ч до полного его растворения.
Для приготовления канифольного мыла в 1 л воды растворяют при кипячении 166 г едкого натра (плотность раствора должна быть равна 1,16). Канифоль, раздробленную на мелкие куски и просеянную через сито с отверстиями 5 мм, постепенно добавляют в кипящий раствор едкого натра при непрерывном перемешивании. Соотношение канифоли и раствора едкого натра следует брать 1:1, при этом канифоль берут по массе (кг), а раствор едкого натра — по объему (л). Смесь раствора едкого натра с канифолью кипятят 1,5—2 ч до полного растворения канифоли, которое харктеризуется получением однородного цвета массы и отсутствием комочков и крупинок.
Испаряющуюся при кипячении воду по мере надобности восполняют горячей водой, заранее подогретой до температуры 70—80° С.
Смешивание клеевого раствора и канифольного мыла в пропорции 1 :0,7 (по массе) производят при температуре клея 30° С и канифольного мыла 60° С. Клеевой раствор небольшими порциями вливают в канифольное мыло и тщательно перемешивают. Полученная смесь называется клееканифольным пенообразователем. Хранить его надо в стеклянной посуде в прохладном месте при положительной температуре.
Перед применением клееканифольный пенообразователь разбавляют горячей водой (50—60° С) в пропорции 1 :5 (по объему). В таком виде он называется рабочим составом и может загружаться в пеновзбиватель пенобетоиомешалки.
б. Приготовление пенообразователя КИСК. Для приготовления пенообразователя КИСК применяют казеиновый клей, канифоль и воду, а иногда, с целью регулирования жесткости и стойкости пены, в состав пенообразователя вводят известь и ССБ.
Пенообразователь КИСК приготавливают в вертикальной лопастной мешалке при 10—20 мин-1. В непрерывно работающую мешалку заливают подогретую до температуры 30—35° С воду, а затем всыпают порошок казеинового клея и продолжают перемешивание до полного растворения клея. Расход клея составляет 10 г на 1 л воды. После полного растворения клея в мешалку вводят молотую канифоль, просеянную на сите с отверстиями 0,5 мм в количестве 10 г на 1 л воды и продолжают перемешивание еще 20—25 мин. После выполнения этих операций пенообразователь считается готовым.
Для получения рабочего раствора пенообразователь разбавляют водой в соотношении 1 :9 (по объему). Взбивание пены из этого раствора производят в пеновзбивателе при частоте вращения вала 250—300 мин-1.
Для получения более жесткой пены в состав компонентов пенообразователя при его приготовлении вводят известь-пушонку из расчета на 1 л воды 18 г извести. Введение в состав пенообразователя небольшого количества водного раствора сульфитно-спиртовой барды с плотностью 1,04 повышает стойкость пены.
в. Приготовление водно-алюминиевой суспензии. С целью активизации алюминиевой пудры и лучшего
перемешивания с раствором производят ее обработку поверхностно-активными веществами. Непрокаленную алюминиевую пудру ПАК-3 или ПАК-4 смешивают с раствором ССБ, канифольного мыла и т. п.
1. Смешивание производят в следующем порядке. В сосуд емкостью 7—10 л (при лабораторных исследованиях 0,5—1 л) осторожно всыпают необходимое количество пудры, затем вливают раствор поверхностно-активного вещества в количестве 5% (из расчета на сухое вещество) от количества алюминиевой пудры и
1— 3 л (при лабораторных исследованиях 0,3—0,5 л) воды. После тщательного перемешивания в течение 2—
4 мин, когда все частицы пудры будут смочены раствором, суспензия считается готовой.
2. Подбор состава теплоизоляционного ячеистого бетона производят для получения изделий заданных средней плотности и прочности при возможно меньшем расходе вяжущего и порообразователей.
Исходными данными для подбора являются заданные средняя плотность образцов в сухом состоянии и кубиковая прочность их при сжатии, а также вид поро-образователя и сырьевых материалов.
Для получения ячеистого бетона с заданными показателями свойств опытным путем устанавливают водотвердое отношение (В/Т), расход порообразователя и количественное соотношение между кремнеземистым компонентом и вяжущим веществом (Рк:Рвяж = С).
Для пробных замесов ячеистого бетона соотношение между кремнеземистым компонентом и вяжущим веществом принимают по табл. 14.
Работа по подбору состава ячеистого бетона состоит из следующих этапов: 1) определение исходного водотвердого отношения (В/Т); 2) расчет расхода материалов на один замес массы исходного состава; 3) приготовление пробных замесов и формование образцов; 4) тепловлажностная обработка образцов по заданному режиму; 5) испытание образцов и расчет окончательного состава ячеистого бетона.
За исходные В/Т принимают такие величины, которые соответствуют значениям текучести раствора, приведенным в табл. 15.
Текучесть раствора определяют по его расплыву (в см), используя прибор Суттарда, который состоит из медного или латунного полого цилиндра с внутренним диаметром 5 см и высотой 10 см, стеклянного листа квадратной формы со стороной 45 см и листа бумаги с нанесенными на нем концентрическими окружностями через каждые 0,5 или 1 см, который во время проведения опыта подкладывают под стекло.
Перед испытанием цилиндр и стекло протирают мягкой тканью, смоченной чистой водой. Стекло кладут в строго горизонтальном положении и ставят на него цилиндр так, чтобы внешний контур цилиндра совпал с окружностью диаметром 6 см. Испытуемый раствор наливают в цилиндр доверху и выравнивают поверхность раствора ножом или шпателем. Затем быстрым и точным движением поднимают цилиндр снизу вверх; раствор при этом растекается по стеклу в виде лепешки, диаметр которой обусловливается консистенцией смеси.
Для приготовления раствора требуется 0,4 кг сухой смеси (исходного состава) и 0,16—0,28 л воды.
Воду затворения для газобетона предварительно нагревают до температуры 70—80° С. Сухую смесь помещают в чашку и доливают к ней воду отдельными порциями до получения хорошо перемешанной сметанообразной массы.
В/'Т как отношение массы воды затворения к массе сухой смеси принимают за исходное, если полученная текучесть раствора отклоняется от данных табл. 13 не более чем на ±1 см.
Расчет расхода материалов на 1 замес исходного состава. Расход минеральных составляющих ячеистой смеси и воды (в кг) на один замес определяют по следующим формулам:
где ρсух — заданная средняя плотность ячеистого бетона в сухом состоянии, кг/л; Кс — коэффициент увеличения массы сухой смеси в результате твердения вяжущего; V—объем замеса, л, равный объему форм, заполняемых из одного замеса, умноженному на коэффициент избытка смеси, принимаемый равным 1,05 для пенобетона и 1,1 —1,15 для газобетона (при изготовлении лабораторных образцов коэффициент избытка смеси в обоих случаях принимают не менее 1,5); С — число частей кремнеземистого компонента, приходящихся на 1 часть вяжущего; п — доля извести в вяжущем; В/Т — водотвердое отношение.
При расчете расхода порообразователя
(пенообразователя или газообразователя) предварительно находят величину пористости, которая должна создаваться порообразователем для получения ячеистого бетона заданной средней плотности
где W — удельный объем сухой смеси, л/кг.
Количество газообразователя или пены теоретически должно быть таким, чтобы выделенный объем газа или введенный объем пены соответствовал пористости, найденной по формуле.
В действительности порообразователь не полностью используется на создание пористости в растворе, поэтому расход его (Рп) принимают больше, чем теоретически необходимый:
где К — выход пор (количество газа или объем пены, получаемый из 1 кг порообразователя), л/кг; а—коэффициент использования порообразователя.
Исходные величины Кс, W, К и а принимают следующие: Кс = 1,1; α = 0,85; К= 18÷20 л/кг при использовании пенообразователя и К = 1390 л/кг при использовании алюминиевой пудры; W—по табл. 16 в зависимости от вида кремнеземистого компонента, вида вяжущего вещества и их соотношения.
Алюминиевую пудру вводят в раствор в виде водноалюминиевой суспензии. Для ее приготовления на 1 вес. ч. алюминиевой пудры расходуется 0,05 вес. ч. сухого поверхностно-активного вещества (канифольного мыла, ГК, ССБ или др.) и 10—15 вес. ч. воды. Эту воду учитывают в общем количестве воды затворения.
Пена по своему качеству должна удовлетворять следующим требованиям: выход пор (К)—не ниже 15; стойкость, характеризуемая коэффициентом использования пены,— не ниже 0,8.
Для получения пены требуемого качества опытным путем определяют соотношение «вода: пенообразователь» (по объему). Исходные значения этого соотношения для различных пенообразователей следующие: смолосапониновый— 8, клееканифольный — 5, пенообразователь КИСК — 9. Пределы изменения соотношения «вода : пенообразователь» составляют: для клееканифольного ±1, для остальных ±2.
Выход пор для пенообразователя определяют из отношения объема пены к ее массе. Объем пены измеряют в полом цилиндре диаметром 5—7 см и высотой 10—15 см.
Выход пор при использовании алюминиевой пудры устанавливают расчетным путем
Из этого следует, что при реакции 54 г алюминия с известью выделяется 6 г водорода. Одна грамм-молекула газа занимает при нормальных условиях объем в 22,4 л, следовательно, 1 г алюминия выделяет при нормальных условиях
При температуре смеси t, °С, объем водорода, выделяемого 1 г алюминия, вычисляют по закону Гей-Люссака
ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ ПО ТЕХНОЛОГИЯМ ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ
Ю.П.ГОРЛОВ
1982 |
