Неавтоклавный микропорит из известковогипсоцементных вяжущих и отвальных зол (состав, технология и свойства)

ХХУ1 съезд КПСС главной задачей одиннадцатой пятилетки в промышленности строительных материалов определил преимущественное развитие производства изделий, обеспечивающих снижение стоимости, трудоемкости строительства, массы зданий с повышением теплозащиты наружных ограждений, использование отходов промышленности, в частности, зол и шлаков тепловых электростанций, внедрение энергосберегающих технологий с использованием вторичного тепла.

Сельское строительство нуждается в широком применении эффективных строительных материалов, изготовленных из местного сырья по простым технологиям. Особенно рационально использование стеновых камней для строительства однодвухэтажных жилых домов, бытовых и подсобных помещений. Их монтаж ведется вручную или средствами малой механизации. Широкое применение камней из эффективных строительных материалов способствует успешному решению Продовольственной программы, принятой на майском (1982 г.) Пленуме ЦК КПСС.

Как известно, при сжигании бурых и каменных углей на ТЭС ежегодно образуется до 80 млн. т зол и шлаков. Сочетание их с вяжущими, особенно с таким малоэнергоёмким, как полуводный гипс, позволяет получить различные эффективные строительные материалы.

В связи с вышеизложенным разработка составов и технологии неавгоклавного строительного материала на основе отвальных зол является актуальной, имеет научное и практическое значение.

В МИСИ им. В. В. Куйбышева под руководством профессора, доктора технических наук А. В. Волженского ведутся работы по эффективному использованию зол при приготовлении бетонов и изделий путем сочетания их с традиционными материалами в оптимальных соотношениях.

Диссертационная работа выполнена на кафедре технологии теплоизоляционных материалов Московского инженерно-строительного института им. В. В. Куйбышева.

Целью диссертационной работы явилась разработка неавтоклавного конструкционно-теплоизоляционного строительного материала микропористой структуры пониженной средней плотности (800−1200 кг/м®) на основе известковогипсоцементных вяжущих и отвальных зол с физико-механическими и теплозащитными свойствами, удовлетворяющими требованиям строительства.

Научная новизна работы. Сформулирована и экспериментально подтверждена гипотеза о возможности получения неавтоклавного конструкционно-теплоизоляционного материала на основе отвальных зол от сжигания каменных и бурых углей на ТЭС с учетом пониженной истинной плотности гидратных новообразований, возникающих при взаимодействии извести, гипсового вяжущего, золы в смеси с водой, и пониженной истинной плотности золы. Комплексными исследованиями методами сканирующей электронной микроскопии, ртутной порометрии, рентгенострукгурного и дифференциально-термического анализа изучено влияние микроструктуры и состава новообразований на долговечность неавтоклавного микропорита. Установлена связь между микроструктурой и составом новообразований полученного материала с его прочностью, водои морозостойкостью теплопроводностью и другими строительными свойствами. Это обеспечило возможность обоснованно управлять свойствами неавгоклавного микропорита.

Практическое значение. Разработаны оптимальные составы неавтоклавного микропорита. Микропорит получен в результате термообработки смесей известковогипсоцементных вяжущих с отвальной золой горячими газами, отходящими от различных тепловых установок. Новизна оптимальных составов неавгоклавного микропорита защищена авторским свидетельством на изобретение № 1 033 474 от 29.04.82 г. Разработанный материал характеризуется пониженной теплопроводностью по сравнению с карамзитобетоном и ячеистым бетоном при одинаковой средней плотности. Энергосберегающая технология за счет использования отходов — отвальных зол, вторичного тепла, отказа от предварительной сушки золы и тепловлажносгной обработки материала, а также пониженная теплопроводность микропорита обеспечивают повышенную технико-экономическую эффективность его использования в качестве материала для ограждающих конструкций жилых зданий. Работа координируется с заданиями целевой программы 0.Ц.031 Госстроя СССР, Госкомитета СССР по науке и технике и Госплана СССР «Развитие прогрессивных технических и индустриальных методов строительства на основе создания и широкого применения эффективных строительных материалов, обеспечивающих снижение при их применении в строительстве трудоемкости на 2Ъ% и материалоемкости на 10%» .

Внедрение результатов. Результаты исследований использованы при разработке временных технических указаний по изготовлению известковогипсозольных (ИГЗ), известковогипсоцементно-зольных (ИГЦЗ) и гипсоцементнозольных (ГЦЗ) вяжущих веществ и изделий на их основе. Опытное опробование результатов работы проводилось в 1982;1983 года на трех московских предприятиях. Изготовлены опытные партии микропоритовых камней и определены их строительные свойства. Расчетный экономический эффект от использования микропоритовых камней по сравнению с керамзи-тобетонными составит 5,32 рубля на I м3.

Публикации. Основше положения диссертации отражены в четырех печатных работах.

Автор защищает:

— теоретические предпосылки получения неавгоклавного ми-кропорита оптимальной микроструктуры и состава со средней плоо тностыо 800−1200 кг/м на основе извести, гипса, цемента и отвальных зол ТЭС от сжигания бурых и каменных углей;

— оптимальные составы микропорита М35-М200 со средней плотностью 800−1600 кг/м® и энергосберегающую технологию с применением термической обработки горячими газами;

— результаты изучения состава новообразований и микроструктуры неавтоклавного микропорита методами сканирующей электронной микроскопии, ртутной порометрии, рентгеноструктурного и дифференциально-термического анализа;

— результаты изучения основных строительных свойств неавтоклавного микропорита;

— технико-экономическое обоснование эффективности производства и применения стеновых камней на основе известковогип-соцементных вяжущих и отвальных зол для малоэтажного строительства.

Объем работы. Диссертация изложена на 122 страницах машинописного текста, состоит из введения, пяти глав, основных выводов, библиографического списка из 123 наименований, содержит 30 рисунков, 26 таблиц и 4 приложения.

I, Mapiai неавтоклавного гшкропорита изменяются в пределах М50 ;

МЮО из 11ГЗ смеси, MI50 — М200 из 1'1ЩЗ смеси, М50' - МЮО из.

Таблица 4.13 Теплофизические показатели разных материалов Наименование ! Средняя плотность ! Теплопроводность материалов ! в высушенном состо*-! в сухом состоянии, ! янии, кг/м^ ! Вт/ (м" К) Keparvi3HTo6e- 1400 0,47 тон 1200 0,35 Ячеистый бетон 1000 0,28 (авт оклавный 800 0,21 газобетон, пе- 600 0,14.

нобетон).

Автоклавный 900 0,183 строительньп! 850 0,175 юшропорит 600 0,125 Неавтоклавный 1400 0,37 м^кропорит 1200 0,25.

Таблица 4.14 Влияние влажности на теплопроводность неавтоклавного кшкропорита Средняя плот Теплопроводность, Вт/(м" К), ность в высупри влалшости по объему, % шенном состо о ЯНИИ, KV/lf 800 0,14 0,1? 0,2 0,27 1000 0,19 0,23 0,27 0,34 1200 0,25 0,3 0,33 0,41 1400 0,37 0,42 0,46 0,55 Примечание. Испытания на теплопроводность проведены в институтах «Союзтехэнерго» и НИИСФ.

ГЦЗ смеси с комплексной добавкой в зависимости от соотношения комлонентов и средней плотности. Прочность при изгибе составляет.

0,2 — 0,18 от прочности при сжатии. Среднее значение отношения составляет 0,73 — 0,78 (в воздз’шносухом состоя-/? ПРИЗМ.

2, Модуль упругости при осевом сл^ атии находится в пределах 2000 — 3000 Ша при у?^= 800 — 900 кг/м^ - 4000 — 6000 Ша при у ^ = 1000 — 1200 KT/NP — 7000- 10 000 Ша при/^ 1300 — 1600 кгАл .3, Неавтоклавнш! микропорит по водостойкости занимает промежуточ ное положение между гипсовым вяжущим и цементом. Коэффициент раз мягчения для ИГЗ, ИГЦЗ и ГЦЗ смесей равен соответственно 0,"^- •.

0,8 и 0,81.4, На рентгенограглмах, дериватограглмах и электронных фотографиях среди новообразований обнаружены низкоосновные гидросиликаты кальция типа С -5*- И по Тейлору /С5Н (В) по Боггу7 и эттрингит, На дериватогршмах видно, что основа ИГЦЗ камня эттрингитовая, ГЦЗ камняГйдросиликатная, ИГЗ кагшясмешанная. Изменяя в сме си соотношение компонентов по массе (гипса, извести, цемента) можно менять тип твердешш и свойства камня. Деструктивный про цесс при этом не наблюдается. Прочность образцов из ИГЗ, 1'1ГЦЗ и ГЦЗ смесей увеличивается при длительном нахождении в воздуш, но — сухой и водной среде-.5, Методом ртутной порометрии установлена г^шкропористая структу ра материала, обусловливающая его повышенную прочность, водои морозостойкость, пониженную теплопроводность.6, Водопоглощение и сорбция по массе при относительной влалшос ти воздуха 75^ образцов из ИГЗ, 1П? ЦЗ и ГЦЗ смесей составляют соответственно 29- 25- 37 и 12,2- 10,7- 14,3^.7, Скорость капиллярного подсоса неавтоклавного ьшкропорита зна чительна. Целесообразно проводить нанесение гидрофобных пленок на нар-7}кные поверхности стеновых изделий. Значения рН }кидкой фазы РГГЦЗ, W3 и ГЦЗ образцов соответст венно равны 11,7- 11,3- 10,55. При производстве арглированных ИГЗ и ГЦЗ неавтоклавных гжкропоритов сталь в них необходимо защищать.8. Относительные усадочные деформации при относительной влажнос ти воздуха 60 — 70^ и полные усадочные деформации образцов из.

1'П'З, ЙГЦЗ и ГЦЗ смесей соответственно равны 0,78- 0,6- 1,08 и.

1,62- 1,26- 2,40 мм" /м, что отвечает требовашшл ГОСТ 25 485–82 «Бетоны ячеистые» .9. Не автоклавный шшропорит выдер-кивает 25 циклов попеременного водонасыщения и высушивания. По морозостойкости он пригоден для изготовления наружных стеновых изделий. Образцы из ГЦЗ, !'П?3 и РПЩЗ смесей выдерлшвают соответственно 30, 25 и 35 циклов попеременного замора>жвания и оттаивашад.10. Теплопроводность неавтоклавного микропорита ниже, чем у ке 3 ра]'1зитобетона и ячеистого бетона на 18 и 32^ при /?= 1000 кг/м,. 26 и 4:3% при р ^ 800 кг/м соответственно. Его следует отнести к числу эффективных неорганических строительных материалов. ГЛАВА 5. РАСЧЕТ ТЕХШЖ0-ЭК0Н0[-^ 1ЧЕСК0И ЭФФЕ1{Т1тИ0СТИ ПРШУШНЕНИЯ ШЖРОПОРИТОВЫХ КА1-ШЕЙ с учетом оптовых цен, введенных в действие с I января 1982 года, расчетная стоимость I м лжЕ^ропоритовых 11ГЗ, I’lmS и ЩЗ смесей для изготовления каглней составляет соответственно 6 — 9 — применения неавтоклавного микропорита в производстве калшей про ведена в сравнении с изделишя! из кератлзитобетона по ГОСТ 6133–75 на Московском КОМ Л'^ 24. Марка бетона в возрасте 28 суток нормального тверденияMIOO. Ка1. ши выдерживают 25 циклов моро зосмен. При заг, 1ене кераь13итобетона в производстве камней неавто клавным микропоритом, например, из Г^ГЗ смеси, значительно сни жается стоимость исходных компонентов. Вместе с тем. технологи ческая схема остается неизменной, но пропаривание изделий saivjeтепловых установок (например, от печей для облатга извести) (табл .5 .3). Это также позволяет снизить себестоимость изделий за счет уменьшения топливно-энергетических затрат в 4 — 6 раз / 4 6 /. Полная себестоимость I м кераГ’Лзитобетонных и ШЗ кшлней соответственно равны 21,74 и 16,42 руб (табл. 5. 2). Расчетный экономический э5х|)е1^ т составляет 5,32 руб на I м .При выпуске на комбинате 65 700 м камней (план на 1983 год) из неавтоклавного микропорита экономическая эффективность со ставит 348 тыс. руб в год. Таблица 5,1 Стоимость материалов для изготовления I м" ^ млкропоритоБЫХ камней глик ропо рита Средняя плотность Б высушен ' ном состо янии, о кг/м" ^ Наименование ' материалов Еди ница изме рения ! Цена, Расход Сумла, ИГЗ 1400 Гипс полуводный Известь негаше т.

8,80 0,06 0,528 ная молотая ft 20,70 0,28 5,80 fT 2,00 1,0 2,00 ИТОГО 8,33 ИГЗ IIOO Гипс полуводный Известь негаше т.

8,80 0,04 0,352 ная молотая «f 20,70 0,2 4,14 It 2,00 0,8 1.60 ИТОГО 6,09 ИГЦЗ 1500 Гипс полуводьш! Известь негаше т.

8,80 0,06 0,528 ная молотая Шлакопортланд tf 20,70 0,19 3,93 цемент 11 17,00 0,13 ^ т^Kf 11 2,00 1,06 2,12 Добавка.

0,026 4,0 0,104 ИТОГО 8,90 гцз 800 Гипс полуводныйт 8,80 0,08 0,704 Шлакопортлакд цемент II 17,00 0,24 4,08 II 2,00 0,43 0,86 Комплексная добав ка: казеиновый клей.

1,29 0,48 0,62 абиетат натрия II 2,00 0,32 0,64 хлористый' кальций кг 0,013 4,0 0,052 ИТОГО 6,96.

Таблица 5.2' Калькулящм себестоимости керамзитобетонных и ИГЗ камней ста тей Нашленование статей расходов Затраты. т6, на кешмзитобетон единицу,! годовой м'-^ ! выпуск единицу,! годовой м^ !выпуск !65 700 м^ I. Сырье и материалы 13,48 885 000 8,33 547 000.

2. Вспомогательные мате риалы.

0,18 II820 0,18 II820.

3. Энергия на технологи ческие цели.

1,24 81 500 1,11 73 000 Основная заработная плата производственных рабочих 1,35 88 710 1,35 88 710 Дополнительная заработ ная плата производствен ных рабочтсх.

0,1 6570 0,1 6570.

6. Расходы по содержанию и эксплуатации оборудова ния.

1,8 II8200 1,8 II8200 Цеховые расходы.

0,79 51 900 0,79 51 900.

8. Общезаводские расходы 1,11 73 000 1,11 73 000 Потери от брака.

1,08 71 000 1,08 71 000.

10. Прочие производствен ные расходы.

0,23 I5I00 0,23 I5I00 Производственная себе стоимость.

21,40 1 405 000 16,08 1 057 000 II. Внепроизводственные расходы.

0,34 22 000 0,34 22 000 Полная, себестоимость 21,74 1 427 000 16,42 1 079 000.

Таблица 5.3 Расшифровка расходов по сырью, материала^'! и другим затратам ' ста ! Статьи расходов Еди- ! ница ! ' изме-! ! рения! Коли чество каглней ! Цена, ! Затраты, руб тей! кешмзитобетон ! едй ! ищу! годовой ,!выпуск 165 700 IJ? Сырье и материалы песок кераглзит ' цемент М 400 ИТОГО по статье I м'^ 13,48 885 000 2 Вспомогательные материалы.

0,01 18 0,18 II820 Энергия на техно логические цели: теплоэнергия (пар) тыс. на пропарку издеккал 0,1256 теплоэнергия на другие технологитыс, ческие цели ккал 0,062.

6,58 0,83 54 500.

6,58 0,41 27 000 ИТОГО по статье 3 тыс.1,24 81 500.

основныЕ вывода.

1. На основании анализа технологии и свойств современных кон струкционно-теплоизоляционных материалов и результатов ис следований истинной плотности гидратных новообразований при создании неавтоклавных микропористых материалов разработана гипотеза для экспершлентального изучения и установления ра циональных составов и технологии неавтоклавных микропорито вых материалов на основе отвальных зол, извести, гипса и це мента.2. Полученные методом математического планирования эксперимен та оптимальные составы микропоритовых смесей для изготовле ния камней содержат (в % по массе): известковогипсозольный ;

ИГЗ = 20:5:75, известковогипсоцементнозольный — ИГЦЗ = = 15:5:10:70, гипсоцементнозольный — ГЦЗ = 10:25:60.Состав комплексной добавки, найденный методом математического планирования эксперимента, включает: казеиновый клей, СНВ, хлористый кальций в количестве 0,55−0,62^ массы сухих ком понентов смеси. Она позволяет получать мжропориты с сред ней плотностью 800−1000 кг/м^ и прочностью при сжатии.

4−9 МПа, что отвечает требованиям ГОСТ 25 485–82 «Бетоны яче истые». Новизна оптимальных составов неавгоклавного микро порита защищена авторским свидетельством № 103 347 на изобре тение .3. Установлено, что перемешивание на бегунах позволяет полу чать микропориты с прочностью в 1,5−2 и более раза выше, чем в мешалке принудительного действия, использовать отваль ную золу с влажностью до 40^ без предварительной сушки её, снижать отрицательное влияние повышенного содержания остат ков несгоревшего топлива в золе на свойства и долговеч ность материала. Доказано, что порционная подача воды (в 3−4 приема) в смесь течение 12−14 ч целесообразно производить газами, отходя щими от различных тепловых установок. Преиг^ществом производства неавтоклавных мшфопоритов явля ется простота технологии с короткигд циклом и отказом от су шки отвалышх зол и тепловлажностной обработки материала.5. Установлено, что иотто получать неавтоклавный микропорит марок Ш0-Ш200 с средней плотностью 800−1600 кг/м. Среднее значение отношения ^Ж^^ составляет 0,73−0,78 (в возду шно-сухом состоянии). Модуль упругости при осевом сжатии находится в пределах 2000;10 000 МПа при у ^ = 800−1600 кг/мЗ.

6. Результаты экспериментов показали, что прочность образцов из изученных смесей увеличивается при длительном нахождении в воздушно-сухой и водной среде. Установлено, что основа ИГЦЗ камдя эттрингитовая, ГЦЗ камня — гидросиликагная, ИГЗ — смешанная. Доказано, что структура неавгоклавного ми кропорита микропористая.7. Микропорит по морозостойкости пригоден для изготовления на ружных стеновых камдей, выдерживающих 25−35 циклов попере менного замораживания и оттаивания.8. Полные усадочные деформации неавгишавного микропорита ра вны 1,26−2,4 мм/м, что отвечает требованиям ГОСТ 25 485–82 «Бетоны ячеистые» .9. Теплопроводность неавтоклавпого микропорита ниже, чем у.

керамзигобегона и ячеистого бетона на 18−43^ при одинако вых значениях средней плотности. Его следует отнести к чи слу эффективных неорганических строительных материалов.10, Стеновые камни, получаемле из микропорита в заводских усло виях, удовлетворяют требованиям к стеновым материалам для возведения одно-двухэтажных зданий. Расчетный экономический эффект от использования мжропорита для изготовления камней составит 5,32 р. на кубометр по сравнению с керамзитобето ном.