книги / Силикатные и полимерсиликатные композиты каркасной структуры роликового формирования

Повышение температуры среды прежде всего оказывает влияние иа процессы, происходящие в вяжущей части силикатных композиций. Из­ вестно, что при повышении температуры ускоряется растворимость компо­ нентов. Таким образом, рост температуры сам по себе способствует интен­ сивному прохождению реакций между щелочными силикатами и инициа­ торами твердения, т.е. более быстрому отверждению кислотоупорных рас­ творов и бетонов.

Очевидно, что прочность составов на основе жидкого стекла, подверг­ нутых сушке при различных температурах, будет зависеть от того, как она проводится и до какой степени высушивается материал. В процессе высу­ шивания первостепенное значение приобретает не температура сушки, а ее интенсивность, т. е. скорость удаления влаги из материала. Очень интен­ сивная сушка может вызвать нарушение структуры материала и, следова­ тельно, снижение его механической прочности и химической стойкости в результате образования микротрещин.

Учитывая эти обстоятельства, нужно стремиться к более «мягкому» режиму теплообработки с плавным подъемом температуры и медленным охлаждением, чтобы в различных слоях материала не образовывались зна­ чительные внутренние напряжения (это особенно опасно для крупногаба­ ритных изделий).

Изготовление покрытий по каркасной технологии включает несколько этапов: первый — подготовка компонентов каркаса, приготовление каркас­ ной смеси, формование каркаса с помощью роликового уплотнения и от­ верждение; второй — подготовка компонентов пропиточной матрицы, при­ готовление смеси и заполнение пустот каркаса с помощью роликового уп­ лотнения; третий — отверждение изделий. После подготовки компонентов для каркасных композитов производится их загрузка в смесители и расход­ ные бункеры. Составляющие дозируются по массе или по объему. С этой целью используются дозаторы, применяемые в бетонных узлах, а при ма­ лых объемах — мерники и весы. Каркасная смесь готовится в бетономе­ шалке принудительного действия при температуре окружающего воздуха не ниже 15 °С. При применении легких заполнителей предпочтительнее использование смесителей принудительного действия. В смеситель посте­ пенно вводятся жидкое стекло, полимерная добавка, отвердитель и запол­ нитель. Клей каркаса может быть изготовлен отдельно в скоростном смеси­ теле с последующей подачей в бетономешалку, содержащую заполнитель. Длительность перемешивания каркасной смеси с учетом выгрузки состав­ ляет 5— 10 мин. Смесь должна иметь однородный состав с равномерным обволакиванием зерен заполнителя связующим.

При изготовлении монолитных полимерсиликатных каркасных полов особое внимание следует уделять подготовке основания [78]. При прием­ ке строительных конструкций под каркасные полы подлежат проверке соответствие их проекту, марка и влажность основания. Поверхность, предназначенная для устройства каркасных покрытий, должна быть ров­ ной, без раковин, трещин, выбоин, выступов арматуры, жировых пятен,

132

налипов краски, цементного молока и пыли. Обнаруженные в подсти­ лающем слое дефекты следует устранять. Трещины, выбоины необходимо заполнить полимерсиликатным раствором. При незначительных объемах зачистку производят металлическими щетками, а при больших — пескод­ робеструйными аппаратами. Обеспыливание осуществляется пылесосами или обдувом сжатым воздухом. Масляные пятна очищаются ацетоном, бутанолом или другим растворителем. Поверхности, которые ранее под­ вергались воздействию агрессивных сред, тщательно осматривают, уда­ ляют участки с существенными повреждениями, промывают водой и су­ шат. Влажность подготовки к моменту устройства каркасных покрытий должна быть не более 3 %. Влажность стяжки определяется весовым методом по трем образцам, взятым из каждых 200 м2 поверхности. Предел прочности при сжатии подготовки ко времени устройства каркасных по­

по 3 контрольным образцам, изготовленным одновременно со стяжкой, или же по трем образцам, вырубленным из стяжки, с размером ребер не менее 25 мм.

Технологически процесс устройства каркасных покрытий включает следующие операции: грунтовку основания, укладку, формирование и от­ верждение каркаса, заполнение его пустот связующим (матрицей) с одно­ временным устройством лицевого слоя и с последующим отверждением. Лицевой слой может наноситься и отдельно. В животноводческих зданиях каркас допускается укладывать непосредственно на песчаную или щебе­ ночную подготовку.

Грунтовочный слой при небольших поверхностях следует наносить кистями или валиками, а при существенных объемах работ — пневморас­ пылителями. В качестве грунтовки применяется полимерный состав на ос­ нове эпоксидных смол или их компаундов, а также полимерсиликатный раствор. Смесь готовится в растворомешалке скоростного действия, при малых объемах — вручную. В работающий смеситель постепенно подается связующее, затем растворитель, пластификатор и отвердитель. Длитель­ ность перемешивания с учетом выгрузки составляет 3 мин.

Для лучшей адгезии к основанию каркасную смесь укладывают на не полностью затвердевшую грунтовку при температуре не ниже 15 °С поло­ сами размером 1 м, разделенными с помощью металлических маячных реек. В качестве смазки используют парафин или покрытие из полиэтиле­ на с обработкой его поверхности отработанным машинным маслом. До­ пускается смазка отработанным машинным маслом, раствором битума, силиконовой смазкой, автомаслами. Каркасная смесь укладывается на участках, ограниченных маячными рейками, через одну полосу. Смесь разравнивается правилом и уплотняется асфальтобетонным катком (роли­ ковое формование). Через 8— 10 ч. маячные рейки нужно снять, смазку с боковых поверхностей удалить механическим способом с последующей обработкой растворителем. На промежуточные полосы каркасная смесь

133

укладывается на следующие сутки. Маячными рейками при этом не поль­ зуются, после отверждения каркаса его пустоты заполняются матричной композицией. На поверхность каркаса наносится матричная композиция, которая далее укатывается асфальтобетонным катком.

По данной технологии в 2002 г. уложены покрытия полов на площади 350 м2 на строительном объекте ОАО «Стройпрогресс». Укладка полов по каркасной технологии с применением роликового уплотнения позволила сократить расход связующего, повысить трещиностойкость покрытий и уменьшить трудоемкость производства работ по сравнению с технологией укладки пола с применением кислотоупорной плитки.

Технологический процесс производства изделий на основе каркасного бетона состоит из ряда самостоятельных операций, объединяемых в от­ дельные процессы. Операции разделены на основные, и вспомогательные и транспортные.

К основным операциям относят: приготовление каркасной и матрич­ ной смесей, включая подготовку составляющих материалов, изготовление арматурных элементов и готовых каркасов, формование изделий, тепловую обработку отформованных изделий, освобождение готовых изделий из форм и подготовку форм к очередному циклу.

Кроме основных технологических операций на каждом этапе произво­ дят вспомогательные операции: подача электроэнергии, складирование сырьевых материалов, полуфабрикатов и готовой продукции, пооперацион­ ный контроль и контроль качества готовой продукции, необходимые для выполнения основных операций.

К транспортным относятся операции по перемещению материалов, по­ луфабрикатов и изделий.

Технологический процесс изготовления изделий на заводах сборного железобетона организуется агрегатно-поточным способом в перемещаемых формах, которые отличаются большой гибкостью и маневренностью в ис­ пользовании технологического и транспортного оборудования. При такой организации технологический процесс изготовления ограждающих конст­ рукций на основе каркасного бетона роликового формования состоит из отдельных операций, выполняемых на определенных рабочих местах: очи­ стка формы и оснастки от растворной пленки; сборка разъемной формы; укладка в форму арматурных каркасов и закладных деталей; подача формы на формовочный пост; укладка в форму расслаиваемой бетонной смеси, ее виброуплотнение и укатка с помощью ролика; укладка растворной смеси и ее уплотнение; подача изделия в форме в камеру тепловой обработки; теп­ ловая обработка изделия; извлечение формы с изделием из камеры и пере­ дача ее на пост распалубки; распалубка и остывание изделия; приемка из­ делия отделом технического контроля; транспортирование изделия на склад готовой продукции. При этом часть операций технологического процесса выполняется одновременно с другими. Принципиальная технологическая схема изготовления ограждающих конструкций на основе каркасного бето­ на приведена на рис. 5.18.

134

Рис. 5.18. Принципиальная технологическая схема изготовления ограждающих конструкций на основе каркасного бетона

сприменением роликового формования:

1— эстакада для подачи бетона; 2 — многоточечная сварочная машина; 3 — тельфер для подачи армированных каркасов; 4— тележка;

5 — мостовой кран; 6 — камера тепловой обработки;

7 — складирование готовых изделий; 8 — складирование форм;

9 — складирование пространственных каркасов; 10 — бак с эмульсолом и пакля; 11 — складирование монтажных петель и закладных деталей;

I - открывание бортов и распалубка изделий;

II— чистка и смазка форм;

III — установка пространственных каркасов;

IV, V — укладка каркасной смеси, роликовое уплотнение;

VI — укладка растворных смесей

Трехслойные стеновые панели на основе каркасного бетона армируют­ ся сварными пространственными каркасами, которые включают стержне­ вую арматуру стали классов А — III или А — ШС и арматурную проволоку, класса Вр — 1. В качестве конструктивной арматуры, а также арматурных выпусков для крепления панелей к вертикальным несущим конструкциям зданий допускается использование стержневой арматуры класса А — I и арматурной проволоки класса Вр — I. Монтажные петли должны быть из­ готовлены из арматурной стали периодического профиля класса А — I, марки СтЗсп диаметром не менее 12 мм. Стальные закладные детали изго­ тавливаются из уголков с приваренными к ним анкерами из стержневой арматуры периодического профиля класса А — III диаметром 12 мм с пла­ стинами по концам (рис. 5.19).

135

б

012 А-Ш

Рис. 5.19. Конструкция опытной панели:

а — общий вид; б — арматурный каркас; ККБ— каркасный керамзитобетон; ККП. — крупнопористый бетон;

3 — закладная деталь; П— монтажная петля.

По вышеприведенной технологии в ОАО «Завод ЖБК-1» (г. Саранск) была изготовлена партия стеновых панелей (в количестве 40 штук) с при­ менением комплексных связующих: один плотный слой панели и каркас (средний слой) изготовлены на цементном связующем, а второй плотный слой получен путем заполнения пустот в верхней части каркаса силикатной матрицей. Изготовленные панели использованы при возведении производ­ ственного здания с агрессивными средами.

При производстве каркасных теплоизоляционных керамических плит необходимо выполнить следующие операции:

—подготовка и смазка форм отработанным машинным маслом;

—заполнение форм заполнителем, смешанным со связующим (клеем), уплотнение заполнителя в форме;

—термообработка для сушки и твердения клея каркаса;

—пропитка высушенного каркаса предварительно приготовленным матричным составом, сушка пропитанного каркаса;

—распалубливание и досушка пропитанного каркаса;

136

—обжиг высушенного изделия на металлических листах из жаростой­ кой стали или на керамических лещадках с последующим отжигом;

—дополнительная отделка изделий, требующих такой операции;

—осмотр и приемка изделий ОТК предприятия;

—передача изделий на склад готовой продукции.

Схема технологического процесса изготовления теплоизоляционных каркасных керамических плит показана на рис. 5.20.

Рис. 5.20. Схема технологического процесса изготовления теплоизоляционных каркасных керамических плит

137

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Установлены основные закономерности структурообразования и тех­ нологии изготовления композитов каркасной структуры на основе жидкого стекла с использованием роликового формования. Разработана модель уп­ лотнения каркаса и заполнения его пустот матрицей безвибрационным ро­ ликовым способом. Приведены аналитические выражения, пригодные для получения оптимальной структуры композитов. Установлено, что техноло­ гия безвибрационного роликового формования является одним из наиболее эффективных способов изготовления покрытий из кислотостойкого бетона на основе жидкого стекла. Выявлено оптимальное содержание кремнефто­ ристого натрия в жидкостекольных клеевых композициях для каркасов и матричных составов. Оно составило 19 мае. ч. в клеях и 18 мае. ч. в матри­ цах на 100 мае. ч. жидкого стекла. Установлено, что высокими физико­ механическими свойствами обладают жидкостекольные матричные компо­ зиты, наполненные диатомитом. Показано улучшение физико­ механических свойств составов, наполненных комбинацией из трех компо­ нентов (кварцевый песок : пиритные огарки : диатомит), взятых в соотно­ шении 0,8:1:0,4. При этом прирост прочности составил 65 % от прочности композита, в котором в качестве наполнителя используется только кварце­ вый песок. Предложена модифицирующая добавка для улучшения свойств силикатных композитов. При введении отработанного машинного масла прочность композитов повышается на 12 % с улучшением технологических свойств. Показаны количественные зависимости изменения прочности жидкостекольных композитов при выдерживании в различных агрессивных средах. Установлено, что стойкость композитов увеличивается при повы­ шении содержания кремнефтористого натрия до уровня 18 мае. ч. на 100 мае. ч. вяжущего при применении в качестве наполнителя диатомита и введении полимерной добавки. Методом математического планирования эксперимента оптимизирован гранулометрический состав заполнителей каркасного бетона. Показано, что наибольшая прочность композитов дости­ гается при содержании в объеме заполнителей фракций 5— 10, 2,5— 5, 1,25— 2,5 мм в соотношении 0,1:1:0,4.

Проведены комплексные исследования биологического сопротивления композитов на основе жидкого стекла. Установлены количественные зави­ симости изменения физико-механических показателей композитов различ­ ного состава в биологических средах. Приведены теоретические предпо­ сылки повышения биостойкосги композитов на основе жидкого стекла. Предложены способы повышения биостойкости композитов за счет регули­ рования содержания в составах кремниевой кислоты, изменяющей их pH. Выявлены биоцидные добавки, придающие композитам на основе жидкого стекла фунгицидность. При оптимальном содержании кремнефтористого натрия показана высокая фунгицидная активность медного купороса и пер­ манганата калия в высоконаполненных композитах, а также глауконитового зеленого пигмента в лакокрасочных материалах. Радиус задержки роста

138

мицелиальных грибов составляет от 4 до 15 мм. Разработаны биоцидные композиты на органических и неорганических наполнителях. Установлено, что получение композитов улучшенной структуры достигается при содер­ жании в их составе на 100 мае. ч. вяжущего: кварцевого песка крупностью 0,14— 0,315 мм — 150 мае. ч., доломита — 150 мае. ч., диатомита — 40 мае. ч., пиритных огарков — 75 мае. ч., мела — 400 мае. ч., опоки — 200 мае. ч. При содержании кремнефтористого натрия 20 мае. ч. на 100 мае.

ч. жидкого стекла достигнуто повышение биостойкости материалов с раз­ личными древесными наполнителями. Установлено повышение прочности биоцидных композитов при введении в них оксида цинка, оксида алюми­ ния, поташа. Оптимизировано содержание в составах кремнефтористого натрия и упрочняющей добавки. Лучшими свойствами обладают составы, содержащие 5 мае. ч. поташа и 20 мае. ч. кремнефтористого натрия на 100 мае. ч. жидкого стекла.

Исследованы основные физико-механические свойства композитов, из­ готовляемых с применением жидкого стекла: прочность при одноосном сжатии, растяжении при трехточечном изгибе, водопоглощение, усадка. Установлено, что наиболее высокой прочностью обладают композиты, на­ полненные кварцевым песком при его содержании в составах 150 мае. ч. на 100 мае. ч. вяжущего. Выявлены закономерности изменения прочностных и деформативпых свойств, долговечности каркасного бетона. Показано улучшение свойств каркасных композитов, составленных на комплексных связующих.

Результаты проведенных теоретических и экспериментальных иссле­ дований подтвердили возможность получения при термической обработке композиционных материалов по каркасной технологии с использованием комплексного связующего на основе натриевого жидкого и щелочно- известково-силикатного стекла. Жесткий каркас из крупного заполнителя, получаемый после отверждения жидкостекольной клеевой связки, можно использовать как объемный несущий элемент, воспринимающий собствен­ ный вес пропитывающей матрицы, и производить сушку пропитанных мат­ ричным составом каркасов без форм. В свою очередь достигается повы­ шенная прочность изделия-сырца на стадии предобжиговой подготовки, что позволяет решать задачу механизированного перемещения изделий к обжиговому агрегату. Показано, что одним из способов нейтрализации от­ рицательного влияния усадки матрицы при термической обработке на без­ дефектное формирование макроструктуры каркасного материала является использование вспучивающихся при обжиге матричных составов. В качест­ ве таковых в каркасных обжиговых материалах представляется целесооб­ разным использовать порошки щелочно-известково-силикатных стекол, характеризующихся низкой температурой размягчения. Газообразующим фактором при термообработке стекольных порошков в предлагаемом спо­ собе получения какасного материала является удаление воды в виде пара из обводненной исходной структуры частиц стекла. Совпадение температур­ ных интервалов выделения из нее воды в виде пара и образования замкну-

139

тых пор в расплаве, вязкость которого обеспечивает деформативную устой­ чивость каркаса при обжиге, позволяет получить поризованное связующее, обладающее прочной адгезией к поверхности зерен заполнителя. Вспучи­ вание связующего при обжиге компенсирует его усадку, вызванную спека­ нием материала, что предотвращает образование усадочных трещин при взаимодействии связующего с жестким каркасом из крупного заполнителя. Сочетание пористого заполнителя и поризованного связующего дает воз­ можность производить облегченные материалы, обладающие улучшенными теплотехническими характеристиками.

Установлены закономерности струюурообразования вяжущих на осно­ ве боя стекла и строительных материалов на их основе. С помощью физико­ химических методов идентифицирован качественный состав продуктов взаимодействия в тройной системе «стекло — алюмосиликатная добавка — щелочь», получены зависимости изменения прочности и других свойств композитов на уровне микро- и макроструктуры от основных структурооб­ разующих факторов: крупности стеклопорошка и корректирующих добавок, степени наполнения. Разработаны предложения и методы оптимизации структуры и составов композитов на основе боя стекла по показателям прочности и долговечности. Лучшие результаты у вяжущих достигаются при следующем содержании алюмосиликатных добавок: глины — 20— 30 мае. ч.; кирпичной пыли — 20 мае. ч.; керамзитовой пыли — 20— 30 мае. ч. на 85 мае. ч. порошка стекла, у растворов и мелкозернистых бетонов в слу­ чае использования глиносодержащих песков и у бетонов с заполнителями из керамзита, известняка и боя стекла. Исследованы основные физикотехнические свойства вяжущих материалов на бое стекла и композитов на их основе. Показаны зависимости прочности, деформативности и долговеч­ ности композитов от температуры отверждения, природы и свойств компо­ нентов, образующих материал. Получены бетоны плотной структуры с прочностью 35 МПа, ячеистые материалы плотностью 500 кг/мэ и прочно­ стью на сжатие 0,5 МПа. Установлена повышенная по сравнению с цемент­ ными бетонами долговечность стеклощелочных бетонов в кислотосодержа­ щих и биологических средах. Разработаны и оптимизированы химически стойкие составы композитов на основе боя стекла в воде, водных растворах щелочей, кислот и нефтепродуктах. Предложены добавки, способствующие повышению физико-механических свойств и долговечности композитов на основе вяжущего из боя стекла. Выявлено, что добавки шестиводного хло­ ристого алюминия, эпоксидной смолы увеличивают их водостойкость на 20—25 %. Показано повышение стойкости в кислотах при использовании в качестве минеральной добавки керамзитового порошка. Существенное по­ вышение стойкости в щелочах достигается за счет введения бинарной до­ бавки, представленной смесью порошков керамзита и известняка, взятых в соотношении 1:1. Получены количественные зависимости изменения массосодержания и прочности связующих на основе боя стекла в модельной среде метаболитов микроскопических грибов. Показана высокая фунгицидная ак­ тивность добавки ацетона, увеличивающего зону ингибирования роста

140