24.08.2019
Площадочный вибратор является приспособлением, аналогичным электродвигателю, применяемое в роли источника эффективных колебаний....


24.08.2019
На сегодняшний день во всём мире наблюдается максимально экономное использование энергоресурсов, а владельцы недвижимого...


24.08.2019
В процессе обустройства ванной комнаты приходится выбирать большое количество важнейших компонентов, начиная от ванных и унитаза,...


23.08.2019
На сегодняшний день циркониевые коронки считаются уникальной разработкой в сфере протезирования зубов, её пользуются стоматологи...


23.08.2019
Эксплуатационный период любого строения, сохранность всего имущества и создание в нём оптимального микроклимат определяется, в...


23.08.2019
Дабы постройка выглядела массивной и напоминала строения минувших веков, нередко мастера выполняют отделку с помощью руст. Это...


Изменение прочности бетона в процессе автоклавной обработки

19.07.2019

Установлено, что при твердении бетона в автоклаве в условиях воздействия высоких температур и давления пара 9—13 ат происходит интенсивный рост его прочности. Отсутствие специальных приборов для определения прочности бетона в условиях среды автоклава вынуждало исследователей пользоваться в основном косвенными методами, т. е. судить об изменении прочности по результатам испытания запаренных образцов на прессе, т. е. когда они находятся не в среде автоклава, а при нормальном давлении и температуре.

Недостатком этого способа является невозможность получения данных о кинетике роста прочности бетона в начальной стадии твердения, когда структура бетона еще только складывается. Следует также учитывать, что в процессе извлечения образцов из автоклава при снижении давления пара до 1 ат и остывании до 20° С возможны нарушения структуры бетона, которые могут привести к значительному снижению прочности, а следовательно, и искажению полученных результатов. Таким образом, величина прочности бетона, полученная путем испытания образцов, находящихся вне условий автоклавной обработки, не позволяет судить о действительном изменении прочности и деструктивных процессах, происходящих в бетоне на разных стадиях твердения.

Для оценки процессов структурообразования при тепловой обработке в последнее время ряд исследователей применяет неразрушающие методы определения упругих характеристик бетона. К ним следует отнести определение динамического модуля упругости резонансным методом на приборах, например ИЧМК-3 и подобных им, а также определение модуля упругости по скорости распространения в бетоне ультразвуковых волн.

Г.Я. Куннос и Б.Я. Линденберг определяли в процессе автоклавной обработки газобетона изменение его динамического модуля упругости и декремента затухания. На основании проведенных опытов по определению указанных характеристик, а также данных петрографического анализа процесс структурообразования в газобетоне целесообразно разделить на три этапа (рис. 51).
Изменение прочности бетона в процессе автоклавной обработки

На первом этапе (t1) до достижения температуры 175°С в зависимости от скорости подъема температуры и начальной прочности может произойти некоторое снижение прочности (при наличии структурных нарушений) или незначительное ее повышение при скорости подъема температуры <1,5°С/мин.

Второй этап (t2) характеризуется максимальной скоростью кристаллизации и уплотнением новообразований и соответствует изотермической выдержке в течение 2 ч. В это время бетон приобретает 30—40% конечного значения модуля упругости и прочности.

Третий этап (t3) характеризуется замедленной скоростью нарастания динамического модуля упругости и заканчивается через 11 ч с начала запаривания. В это время модуль упругости газобетона достигает максимальных значений. Следует, однако, отметить, что в процессе твердения бетона, когда упругие и неупругие свойства его непрерывно меняются, не существует однозначного соответствия между динамическим модулем упругости и величиной прочности. Так, например, по данным С.А. Миронова и Л.А. Малининой, за период тепловой обработки прочность бетона может возрастать с 6 до 196 кГ/см2, т. е. в 32,5 раза, в то время как динамический модуль увеличивается всего с 180*10в3 до 293*10в3 кГ/см2, т. е. в 1,6 раза. Кроме того, водонасыщение образцов в процессе тепловлажностной обработки может приводить к увеличению динамического модуля упругости, а высушивание уменьшает его. Поэтому увеличение динамического модуля упругости в период подъема температуры может быть связано также не только сростом прочности, но и с водонасыщением образцов. Влияние указанных факторов на изменение динамического модуля упругости, однако, не учитывается. Таким образом, в условиях высоких температур и давлений пара определение динамического модуля упругости и декремента затухания позволяет лишь косвенно судить о кинетике структурообразования.

Для получения фактических данных нами был разработан прибор, позволяющий непосредственно в автоклаве определять изменение предела прочности при сжатии бетона в широком интервале температур в процессе запаривания.

Прибор позволяет определять предел прочности при сжатии на 12 образцах размером 7х7х7 см с прочностью до 100 кГ/см2, на образцах 5x5x5 см с прочностью до 200 кГ/см2 и на образцах 3x3x3 см до 500 кГ/см2, а также модуль упругости на образце 7х7х26 см. Прибор снабжен двухрычажной системой с роликом, перемещением которого изменяется соотношение плеч при одновременном изменении усилия в обоих рычагах.

Прибор (рис. 52) состоит из основания 1 с катками, предназначенными для перемещения его в автоклаве. На основании расположен диск 2 с гнездами для установки образцов, предназначенных для определения предела прочности при сжатии. Внутри диска имеется стакан, в который помещают образец для замера модуля упругости. Диск поворачивается на заданный угол рукояткой 3 через червяк 4. Образцы 6 нагружают грузом 5 через систему рычагов 7 и ролик 8.

Уравновешивание всей рычажной системы достигается перемещением грузов 9. Рычажная система позволяет менять соотношение плеч от 0 до 170, что при грузе в 30 кг обеспечивает возможность создания нагрузки на образец до 5000 кГ. Перемещая ролик рукояткой 10 через шестерню 11 и рейку 12, можно достигнуть любой загрузки образцов в заданных пределах. Отсчет деформаций в процессе нагружения, а также момент разрушения образцов определяют с помощью линейки 13 через выводную герметическую стеклянную трубку 14 и микроскоп 15.

Нагружение образца размером 7x7x7 см, установленного для определения предела прочности при сжатии, производится следующим образом. Вращением вала с рукояткой 10, установленной вне автоклава, достигается перемещение рейки 12, связанной с передвижным роликом. При этом передвижной ролик, находящийся в начале испытания в нулевом положении, смещается вправо вдоль нижнего плеча рычага (см. рис. 52).

Таким образом, с перемещением ролика изменяется соотношение рабочих плеч рычагов. Нагрузка Q, передаваемая на образец, находится в зависимости от величины груза Р, подвешенного к верхнему рычагу, и величины смещения ролика n относительно передней опоры.

Нагрузка Q определяется по формуле

где P — вес груза в кг;

L1 — длина верхнего рычага, равная 80 см;

L2 — расстояние между опорами рычагов, равное 40 см;

l — расстояние от передней опоры до образца, равное 3 см;

n — расстояние от передней опоры до ролика в см.

Для оценки точности работы прибора было изготовлено несколько серий образцов с разной прочностью, которые подвергались испытанию на приборе и прессе. Отклонения прочности при испытании на приборе и прессе оказались незначительными и не превышали 5—10 %.

К настоящему времени завершены исследования по изменению прочности в процессе автоклавной обработки образцов из газобетона на цементе и смешанном вяжущем, газосиликата, газошлакобетона и газозолосиликата. Образцы изготавливали из смесей оптимальных составов по методике, принятой в лаборатории ячеистых бетонов НИИЖБ. Перед запариванием определяли прочность контрольных образцов, а в процессе автоклавной обработки на приборе (см. рис. 52) испытывалось 12 образцов-близнецов размером 7x7x7 см. Испытания проводились в автоклаве при 100 и 174° С, затем через каждые 2 ч изотермической выдержки, а в некоторых случаях через 4 ч. В каждой заданной точке испытывали по два образца-близнеца. После окончания запаривания и снижения температуры до 25—30° С открывали крышку автоклава и определяли конечную прочность образцов. На приборе и прессе испытывали по три образца-близнеца.

Результаты опытов, приведенные в табл. 16, показывают следующее. В период подъема температуры до 100°C прочность возрастает незначительно и для газобетона всех видов не превышает 7 кГ/см2. По сравнению с прочностью до запаривания прочность при 100°C увеличивается в среднем в 1,3—1,6 раза. При дальнейшем повышении температуры прочность возрастает до 7—11 кГ/см2, т. е. увеличивается по сравнению с начальной в 2—3 раза. Увеличение прочности в период подъема температуры до 174° С для газобетона на цементе, смешанном и шлаковом вяжущем происходит в основном за счет гидратации вяжущего. Нарастание прочности в газозолосиликате можно объяснить частичным взаимодействием извести и золы, которое имеет место при этих температурах.

Как видно из табл. 16, резкое возрастание прочности для всех видов газобетона наблюдается в первые часы изотермической выдержки. Для газобетона на цементе через 2 ч изотермической выдержки прочность составляет 80%; конечных значений, через 4 ч — 90%, а через 6 ч достигает максимальных значений и в дальнейшем не возрастает.

В газосиликате прочность нарастает медленнее. Через 2 ч изотермической выдержки она составляет 55%. максимальной, через 6 ч заметного увеличения прочности не наблюдается. Нарастание прочности газозолосиликата мало чем отличается от газосиликата.

Иной характер изменения прочности в процессе автоклавной обработки наблюдается у газошлакобетона. На протяжении 8 ч изотермической выдержки прочность непрерывно возрастает. Через 2 ч образцы имели 50% конечной прочности, через 4 ч — 70%, через 6 ч — 90%, а через 8 ч — 100%.

Непрерывный рост прочности на протяжении 8 ч изотермической выдержки, по данным Л.М. Розенфельда и А.Г. Неймана, объясняется тем, что в течение указанного времени непрерывно увеличивается количество и улучшается кристаллизация низкоосновных гидросиликатов. Так, например, увеличение продолжительности изотермической выдержки с 4 до 8 ч вызывает увеличение содержания образующихся гидросиликатов CSH(B) и тоберморита примерно на 50%.

В табл. 16 приведены данные по изменению прочности газобетона объемным весом 830—850 кг/м3 в процессе автоклавной обработки при подъеме давления пара до 9 ат за 2 и 6 ч.

При подъеме температуры в автоклаве до 174° С за 6 ч прочность газобетона имеет примерно те же значения, что и при двухчасовом подъеме температуры. Таким образом, предположение о том, что при медленном подъеме давления пара прочность газобетона в начальной стадии твердения существенно возрастает, опытом не подтвердилось. Это можно объяснить тем, что как при быстром подъеме температуры до 174° С за 2 ч, так и при медленном подъеме за 6 ч в условиях повышенных температур успевают пройти процессы гидратации и твердения вяжущего в незначительной степени.

Следует иметь в виду, что полученные результаты относятся к газобетону на цементе, твердевшему до запаривания при температуре 20—30° С в течение 18—20 ч. Можно ожидать, однако, что при незначительной предварительной выдержке бетона перед запариванием более длительный подъем температуры приведет к большей прочности в момент достижения максимальной температуры.

Наряду с изучением изменения прочности газобетона в процессе автоклавной обработки определяли фазовый состав новообразований.

Рентгеноструктурный анализ проводился на дифрактометре УРС-50И в лаборатории физико-химических методов исследований ВНИИСтрома. Пробы для анализов брали из образцов газобетона и газосиликата, которые находились в автоклаве при следующих условиях: при 20°, в период подъема температуры, при 100, 160 и 174° С; в период изотермической выдержки при 174° С через 1, 4 и 8 ч. Когда в автоклаве достигалась требуемая температура, быстро снижали давление и после остывания образцы покрывали парафином. Затем отбирали пробы для соответствующих анализов.

Результаты исследований показывают, что фазовый состав в процессе автоклавной обработки начинает особенно заметно изменяться, когда температура в автоклаве достигает 174° С. Эндотермические эффекты при 120—180° С в газобетоне и газо-силикате, прогретых до температуры 100°С, связаны с удалением адсорбционной и гигроскопической влаги (рис. 53 и 54). Эндотермические эффекты при 540—560° С характеризуют содержание в образцах свободной извести, а эндотермические эффекты при 800 и 830° С — наличие CaCO3.

Линии на рентгенограмме для газобетона (4,88; 2,62; 1,91 А) и газосиликата (4,92; 2,60; 1,91 А) свидетельствуют о присутствии Ca(OH)2. По данным химического анализа (табл. 17) количество свободной извести составляет 4,6% в газобетоне и 11,6% в газосиликате.

Рассмотрим изменение фазового состава при достижении температуры в автоклаве 160 и 174° С. На термограмме эндотермические эффекты при температуре 510—560° С (рис. 53 и 54) выражены слабее, чем в предыдущих термограммах. Это указывает на то, что часть извести вступила во взаимодействие с кремнеземистым компонентом. По данным химического анализа количество связанной извести (см. табл. 17) в газобетоне и газосиликате составляет соответственно 1 и 7,9%. Наличие свободной извести характеризуется теми же линиями, что и в предыдущих образцах. При этих условиях наблюдается рост прочности образцов (см. табл. 16). Через 1 ч изотермической выдержки при 174° С наблюдается изменение фазового состава. На термограммах (рис. 53, кривая 5) появляются экзотермические эффекты в интервале температур 840—860° С, характеризующие появление низкоосновного гидросиликата типа CSH(B). В то же время уменьшаются эндотермические эффекты, характеризующие присутствие Са(ОН)2. Следует отметить, что CSH(B) на рентгенограмме не обнаруживается. В то же время заметна интенсивность линий, характеризующих присутствие свободной извести. Уменьшение содержания свободной извести и связывание кремнезема подтверждается также данными химического анализа (см. табл. 17). Это сопровождается заметным ростом прочности при указанных температурах.

Следует отметить, что по поводу последовательности образования гидросиликатов кальция существуют различные мнения. Д. Калоусек считает, что в известково-песчаных композициях с C/S = 0,8 вначале через 1—2 ч при 9 ат в образцах возникает а-двухкальциевый гидросиликат C2SH(A). Затем через 2—6 ч образуются гидросиликаты типа CSH(B), которые в свою очередь через 8 ч переходят в тоберморит C4S5H5. По данным Ассорсона и Тейлора, образование гидросиликатов кальция в известково-песчаных композициях в процессе автоклавной обработки протекает по иной схеме. Вначале образуется не а-двухкальциевый гидросиликат, а тоберморитоподобная фаза CSH(II), характеризуемая отношением С/S = 1,5-М,75. При исходном соотношении C:S = 0,8—1 CSH(II) взаимодействует с кремнеземом до образования низкоосновных гидросиликатов CSH(B). В дальнейшем с увеличением продолжительности изотермической выдержки до 12 ч низкоосновные гидросиликаты переходят в тоберморит. Если исходные соотношения С:S достигают значений 1,2-1,3, то образующийся вначале CSH(II) переходит в а-двухкальциевый гидросиликат.

Как следует из приведенных данных, наши опыты показали, что для оптимальных составов газобетона и газосиликата образование низкоосновных гидросиликатов кальция происходит без кристаллизации промежуточных продуктов в виде C2SH(A) в соответствии со схемой, предложенной Ассорсоном и Тейлором. Через 4 ч изотермической выдержки при 174° С происходит еще большее изменение фазового состава. На термограммах (рис. 53 и 54) почти исчезают эндотермические эффекты, характеризующие присутствие свободной извести. В то же время экзотермический эффект при 830° С усиливается, что указывает на увеличение однокальциевого гидросиликата типа CSH(B). Аналогичная картина наблюдается на рентгенограммах. Присутствие CSH(B) обнаруживается линией 3,04 А. Химический анализ показывает значительное увеличение связанного кремнезема. Как это видно из табл. 16, прочность газобетона и газосиликата в это время составляет около 70—80% максимальной.

После 8-ч изотермической выдержки при 174° С не наблюдается значительного изменения фазового состава по сравнению с 4-ч выдержкой. Прочность образцов несколько увеличивается.

На всех рентгенограммах линии 1,81; 3,34 и 4,22 А характеризуют наличие несвязанного кремнезема. В начальный период запаривания эти линии выражены более интенсивно. По мере уменьшения свободного кремнезема интенсивность их падает. Однако полного связывания кремнезема не происходит.

В последнее время во ВНИИСтроме З.М. Хаимским, Ю.М. Буттом, Я.М. Белкиным и Л.Д. Вайсфельдом проведены исследования по кинетике изменения в процессе запаривания упругих свойств силикатного бетона, связывания извести и фазового состава новообразований.

Для оценки изменения упругих свойств силикатного бетона в процессе автоклавной обработки использовались данные по скорости прохождения ультразвуковых волн, которые определяли на образцах размером 15х15х15 см, заключенных в форму. Кинетика связывания извести в жидкой фазе контролировалась путем измерения электрического сопротивления бетона, а фазовый состав новообразований определяли на дифрактометре УРС-50И, пробы для которого брали с помощью специально сконструированной камеры последовательно на разных стадиях твердения без нарушения герметизации автоклава.

На рис. 55 приведены данные по скорости прохождения ультразвуковых волн в силикатном бетоне с различной добавкой тонкомолотого кварцевого песка. На этом же рисунке приведены кривые относительного изменения содержания CaO в бетоне при запаривании по режиму 1+12+3 при 9—10 ат.

По мнению упомянутых авторов, уменьшение скорости ультразвука в первый период запаривания объясняется частичным разрушением образовавшейся первичной структуры вследствие разъедания контактов между кристаллами Ca(OH)2 при увлажнении образцов в период подъема давления пара. Одновременно на этом этапе, как видно из рис. 56, происходят процессы формирования структуры, обусловленные взаимодействием CaO и SiO2.

После достижения в автоклаве температуры 174° С и давления пара 9 ат скорость ультразвука резко увеличивается, а интенсивность его нарастания зависит от содержания в бетоне тонкомолотого песка. Через 1—2 ч изотермической выдержки скорость ультразвука в бетоне, содержащем добавку тонкомолотого песка, достигает 90—95% своего конечного значения. В бетоне без добавки тонкомолотого песка скорость ультразвука нарастает медленнее, а максимум достигается через 9 ч изотермической выдержки. Следует отметить, что хотя практически максимум скорости ультразвука в бетоне, содержащем 20% тонкомолотого песка, достигается через 2 ч изотермической выдержки, к этому времени общее количество связанной извести составляет лишь 40%, а в качестве новообразований присутствует небольшое количество а-двухкальциевого гидросиликата. Связывание всей извести (кривая 4) наступает через 6 ч изотермической выдержки, однако заметного увеличения скорости ультразвука в бетоне по сравнению с 2-ч изотермической выдержкой не наблюдается.

Фазовый состав новообразований к этому времени характеризуется наличием смешанных фаз в виде а-двухкальциевого гидросиликата, CSH(B) и тоберморита.

По данным С.А. Кржеминского, максимум прочности достигается несколько позже того, как произойдет связывание всей извести. Такие же результаты получены нами для газосиликата.

Таким образом, необходимая продолжительность изотермической выдержки после полного прогрева изделий для получения наибольшей прочности газобетонов должна быть не менее 4—6 ч. Фазовый состав при этом характеризуется отсутствием несвязанной извести и образованием определенного количества низкоосновных гидросиликатов кальция типа CSH(B). При установлении длительности изотермической выдержки крупноразмерных изделий следует также учитывать дополнительное время, необходимое для полного прогрева изделия. В этом случае будет обеспечено получение одинаковой прочности ячеистого бетона по всему сечению изделия.


Имя:*
E-Mail:
Комментарий:
Информационный некоммерческий ресурс fccland.ru © 2019
При цитировании и использовании любых материалов ссылка на сайт обязательна