// //
Дом arrow Статьи и публикации arrow Михеенков М.А., Чуваев С.И. - Механизм структурообразования и кинетика твердения высокопористых н
Михеенков М.А., Чуваев С.И. - Механизм структурообразования и кинетика твердения высокопористых н



МЕХАНИЗМ СТРУКТУРООБРАЗОВАНИЯ И КИНЕТИКА ТВЕРДЕНИЯ ВЫСОКОПОРИСТЫХ НЕОРГАНИЧЕСКИХ КОМПОЗИЦИЙ

Научное обоснование функционирования оборудования «АЭРОЛ».

Авторы статьи: доцент, канд. техн. наук М. А. Михеенков, (ГОУ "Уральский государственный технический университет - УПИ"), директор, канд. техн. наук С.И.Чуваев, (НПФ "Сонат")

    Повышение требований к тепловому сопротивлению ограждающих конструкций, в принципе как своевременная, так и правильная акция, оказалась не подготовленной ни технически, не экономически. Большинство предприятий стройиндустрии, находясь в тяжелом экономическом положении, были поставлены перед выбором, либо менять парк формовочной оснастки, с целью увеличения толщины строительных изделий, либо использовать многослойные панели с использованием полимерных утеплителей, как наиболее эффективных на настоящий момент. Большинство предприятий пошли по второму пути. Такое решение является вынужденной, но не совсем правильной мерой, так как при использовании полимерных утеплителей, не учитывается их долговечность и возможность выделения в процессе пожара токсичных продуктов сгорания.

    Наиболее правильным направлением повышения теплового сопротивления ограждающих конструкций является использование высокопористых неорганических композиций (ВНК), полностью на неорганической основе, или с использованием небольшого количества (до 4%) полимерных модификаторов.

    Проведение работ на строящихся объектах с заливным утеплителем Силаст" [1] на основе жидкого стекла, позволили накопить обширный опыт по заливке конструкций строящихся объектов. Накопленный опыт позволяет сформулировать некоторые теоретические закономерности получения (ВНК).

    В соответствии с традиционными представлениями, реакции твердения большинства неорганических строительных вяжущих, (как воздушных, так и гидравлических) носят гетерогенный или топохимический характер, т.е. протекают на границе раздела твердой фазы.

    В течение индукционного периода 0-1 происходит активизация поверхности раздела, формирование на ней термодинамических и структурных условий для начала образования новой фазы и начинается растворение продуктов новообразований. Реакция на данном участке протекает очень медленно. В течение этого периода многие физические свойства вяжущей композиции, в частности его вязкость, остаются практически неизменными и с вяжущей композицией можно проводить различные манипуляции, не приводящие к снижению физико-механических свойств системы.

    На участке 1-2 в жидкой фазе происходит зарождение зародышей новообразований, их рост и слияние, что сопровождается ростом структурной вязкости композиции. В целом данный участок характеризует протекание кинетической части реакции.

    Завершение процесса формирования новообразований характеризуется замедлением реакции и переходом в диффузионную фазу (2-3), т.е. дальнейшие процессы взаимодействия реагирующих веществ, протекают через поверхность раздела вновь образовавшейся твердой фазы.

    В высокопористой неорганической композиции параллельно протекают процессы формирования пористой структуры и ее разрушение. Поведение ВНК схематично представлено кривой В. Формирование пористой структуры ВНК производится в течение индукционного периода, (участок OК кривой В). При этом если период пеноустойчивости (участок KL кривой В) меньше индукционного периода ВНК, то произойдет ее разрушение. Если же период пеноустойчивости (участок КN кривой В), превосходит индукционный период, то на кинетическом участке кривой А, произойдет фиксация сформированной пористой структуры, с последующим нормальным твердением ВНК.

Кинетика твердения и структурообразования высокопористой неорганической композиции 

Рис.2 Кинетика твердения и структурообразования высокопористой неорганической композиции

    Вышеприведенный анализ показывает, что возможны два пути формирования пористой структуры ВНК:

· повышение пеноустойчивости высокопористой неорганической композиции;

· уменьшение индукционного периода твердения высокопористой неорганической композиции.

    Большинство фирм, представляющих на рынке различные варианты пенобетонной технологии, реализуют именно первый вариант. Опыт заливки строящихся объектов показал, что ВНК с большим индукционным периодом твердения, проникают через любые щели опалубки, и вытекают из заливаемой полости. Высокий гидростатический напор такой ВНК приводит к раздуву, а иногда и разрушению заливаемой опалубки. Если осуществляется заливка блоков в стационарных условиях, то данное обстоятельство резко снижает оборачиваемость формовочной оснастки.

    С практической точки зрения индукционный период твердения ВНК не должен превышать 30, а в идеале 5 минут. Ясно, что применительно к цементным композициям, с целью снижения индукционного периода твердения, следует применять известные ускорители. Предлагаемое же на рынке оборудование не позволяет реализовать подобную схему. Во всех предлагаемых технологиях пена вводится в перемешиваемое цементно-песчаное тесто, с последующей перекачкой пенобетонной смеси насосами в заливаемую полость. Введение эффективных ускорителей в пенобетон может привести к забивке перекачивающего насоса и транспортных шлангов.

    Нами разработан вариант технологии и оборудования, позволяющих реализовать схему производства высокопористых неорганических композиций с коротким индукционным периодом.

    Высокопористая неорганическая композиция является термодинамически неустойчивой системой, и стремится упорядочить свою структуру за счет уменьшения удельной поверхности пены, вследствие самопроизвольной коалесценции, т.е. слияния пузырьков. Основным механизмом слияния пузырьков считается истечение жидкости из стенок в каналы Плато, сопровождающееся утончением стенок, с последующим слиянием пузырьков. Наиболее эффективным механизмом предотвращения разрушения высокопористой неорганической композиции на стадии свежего пенообразования является введение добавок, предотвращающих отток жидкости из пленок.

    Можно выделить несколько групп стабилизаторов пористой структуры ВНМ, реализующих данный механизм:

· мелкодисперсные добавки, которые способны поглощать большое количество воды. Наиболее эффективными из них являются известь, гипс и глины монтмориллонитовой группы (бентониты);

· органические добавки, повышающие вязкость жидкости внутри пленок, к ним относятся протеин, желатин, сапонин;

· добавки, способные поглощать большое количество кристаллизационной влаги.

· При разработке добавок, вводимых в цементную композицию, рассматривались добавки, способные создать в цементной композиции соединения из третьей группы. Исходя из того, что в цементный клинкер при помоле вводится дигидрат сульфата кальция, являющийся замедлителем твердения цемента, то для ускорения твердения можно нейтрализовать действие гипса, связав его в другие химические соединения, причем такие, которые как раз и поглощают воду. При этом связывание дигидрата сульфата кальция, помимо стабилизации пористой структуры, приводит к общему ускорению твердения композиции, т.к. алюминатная С3А и ферритная C4AF фазы клинкера, начинают быстрее гидратироваться. Наилучшими соединениями, в которые может быть преобразован дигидрат сульфата кальция, являются гидросульфоалюминаты кальция или алюмокалиевые квасцы, поскольку одна молекула гидросульфоалюмината кальция способна связать 31 молекулу воды, а алюмокалиевые квасцы - 14 молекул. Свойство алюмокалиевых квасцов стабилизировать пены известно давно и довольно широко применяется при изготовлении пеношамота.

    Для сокращения индукционного периода, необходимо создавать данные соединения сразу после смешения цементной суспензии с пеной. Проверка различных добавок показала, что при увеличении количества добавки, вводимой в композицию, индукционный период твердения уменьшается, достигает минимума, а затем начинает увеличиваться. Расчеты показывают, что минимальный индукционный период достигается при стехиометрическом соотношении дигидрата сульфата кальция, содержащегося в цементе, и добавки, приводящем к образованию в композиции эттрингита или алюмокалиевых квасцов.

    Получение теплоизоляционно-конструкционных ВНК с плотностью 600 кг/м3 особых трудностей не вызывает, их можно получать и без использования стабилизаторов. Большие трудности возникают при получении теплоизоляционных ВНК с плотностью 200 кг/м3. Вероятно, получение теплоизоляционных ВНК на чисто цементной основе, с высокими физико-механическими характеристиками невозможно, поскольку при производстве теплоизоляционных ВНК, вместе с пеной и водой затворения, в систему вводится большое количество воды (в/ц = 0,8-0,9), что препятствует формированию прочной структуры. Рассматривая структуру теплоизоляционной ВНК как композит, т.е. цементный каркас, является матрицей (или скелетом), а остальные добавки улучшают определенные ее свойства, можно существенно повысить физико-механические свойства системы. В целом механизм формирования высокопрочной структуры должен учитывать все особенности цементной композиции. При разработке технологии использовался механизм, который включает активацию цементного теста при перемешивании, введение типовых пластификаторов и высокомолекулярных полимеров. Перед смешением цементной суспензии с пеной, в суспензию вводится упрочняющая добавка. С водой затворения могут также вводиться ускоряющие добавки. При твердении в структуре ВНК формируются зародыши новообразований, отличающиеся от структуры цементной композиции. Зарождающиеся зародыши новообразований блокируются высокомолекулярным полимером, не позволяющим сформироваться крупнокристаллической структуре. В результате в стенках ВНК образуется мелкокристаллическая полимер - силикатная композиция, обладающая высокой когезионной прочностью.< /FONT >

    Для производства ВНК разработано оборудование "АЭРОЛ", позволяющее реализовать вышеописанный механизм.

    Установка позволяет получать как конструкционно-теплоизоляционные, так и теплоизоляционные материалы из различных вяжущих. На установке получены ВНК на основе обычных портландцементов, на основе магнезиального, жидкостекольного вяжущих и высокоглиноземистого цемента. При производстве ВНК на основе магнезиального вяжущего наблюдается сильный экзотермический эффект [2], а с высокоглиноземистым цементом можно получать теплоизоляционные композиции, обладающие высокой огнеупорностью, что позволяет осуществлять ремонт тепловых агрегатов непосредственно на производстве путем свободной заливки ВНК.

Библиографический указатель:

1.             Михеенков М.А. Новый класс заливных эффективных утеплителей на силикатной основе. // Строительные материалы.-1997, № 12 стр. 32-33.

2.             Михеенков М.А., Плотников Н.А. Разработка заливной теплоизоляции на основе магнезиаль-ного вяжущего.// Новости строительной индустрии. Урал и Сибирь.-2002 г. №2 стр. 8-9.

Статья публиковалась:

· Газета «Стройка – Среднеуральский  выпуск», №3(70), февраль 2003 года, стр. 4-5.

· Журнал «Строительные Материалы», №3(579) , март 2003 года, стр. 40-41.

· Журнал «Строительные матералы, оборудование, технологии XII века», №3(50), март 2003 года, стр. 16-17.

 

Контакты

115419, г. Москва, ул. Шаболовка, д. 34, стр. 3.



Просьба заранее предупредить о приезде, т.к. специалисты распределены по объектам




info@masterbetonov.ru




ООО «Стройсервис» работает на рынке строительного производства c 1992 года.
Основной ценностью для нашей компании являются клиенты, поскольку единственный реальный актив компании — это люди, удовлетворенные нашей работой, которые еще раз захотят воспользоваться нашими услугами. Мы стремимся сделать своих клиентов своими партнерами.