Авторефераты по всем темам >>
Авторефераты по техническим специальностям
Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова На правах рукописи
ШАХОВА ЛЮБОВЬ ДМИТРИЕВНА
ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРОИЗВОДСТВА НЕАВТОКЛАВНЫХ ПЕНОБЕТОНОВ С ЗАДАННЫМИ СВОЙСТВАМИ
05.23.05 - Строительные материалы и изделия А В Т О Р Е Ф Е Р А Т диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук
Белгород - 2007
Работа выполнена на кафедре строительного материаловедения, изделий и конструкций в Белгородском государственном технологическом университете им. В.Г. Шухова Научный консультант - чл.-корр. РААСН, д-р техн. наук, профессор Лесовик В.С.
Официальные оппоненты: заслуженный деятель науки РФ, д-р техн. наук, профессор Сахаров Г.П.;
чл.-корр. РААСН, заслуженный деятель науки РФ, д-р техн. наук, профессор Рахимов Р. З.;
д-р техн. наук, профессор Сватовская Л.Б.
Ведущая организация - Воронежский государственный архитектурно- строительный университет
Защита состоится л______________2007 г. в ____час. в __ _ аудитории главного корпуса на заседании диссертационного совета Д 212.014.01 в Белгородском государственном технологическом университете им. В.Г. Шухова по адресу: 308012, г. Белгород, ул. Костюкова,
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Белгородского государственного технологического университета им. В.Г.Шухова
Автореферат разослан л________________2007 г.
Ученый секретарь диссертационного совета _____________________ Г.А. Смоляго
Актуальность. Разработка вопросов, связанных с созданием комфортных условий в системе человек - материал - среда обитания, становится в последнее время одним из важнейших направлений науки. Расчетами Росстроя РФ, выполненными для реализации федеральной целевой программы Жилище в рамках Национального проекта Доступное и комфортное жилье - гражданам России, определена потребность в эффективных теплоизоляционных материалах для строительства. При объеме нового строительства 56 млн. м2 жилой площади в год и объеме реконструкции - 20 млн. м2 понадобится около 18 млн. м эффективных утеплителей. Проблема энергосбережения в строительстве, обозначенная требованиями изменений № 3 к СНиП II-3-79 Строительная теплотехника, определила интенсивное направление по созданию и производству эффективных дешевых материалов с высокими теплофизическими свойствами.
Одним из наиболее перспективных материалов такого класса является экологически чистый негорючий ячеистый бетон неавтоклавного твердения -пенобетон. Производство эффективного по теплофизическим параметрам пенобетона является проблемным в виду сложности обеспечения стабильности ячеистой структуры и высокой пористости, так как увеличение прочности при постоянной плотности может быть обеспечено только за счет повышения прочности матрицы поризованного материала. На сегодняшний день строгий анализ взаимосвязанных факторов, определяющих устойчивость пороминеральных систем на стадии формования, а также свойств готовых изделий, отсутствует. В связи с этим возникает необходимость разработки и обоснования научно-методических основ процессов структурообразования пенобетона, разработки и регулирования технологических параметров производства, обеспечивающих заданные строительно-технические свойства готовых изделий.
Работа выполнялась в соответствии с тематическим планом НИР на 1996-1998гг. по госбюджетному финансированию Термодинамические и кристаллохимические основы регулирования скорости гидратации вяжущих веществ, в рамках гранта Т-02-12.2-1582 Теоретические разработки эффективных пенобетонов с комплексными добавками с использованием синтетических пенообразователей и научно-технической программы Минвуза РФ № 02.01.128 Разработка новых видов пенообразователей и малоэнергоемкой технологии многокомпонентных пенобетонных смесей и изделий на их основе на 2003-2005 гг.
Цель работы. Повышение эффективности производства неавтоклавных пенобетонов с заданными свойствами путем формирования оптимальной структуры.
В соответствии с поставленной цель необходимо решить следующие задачи:
- сформулировать методологические подходы научных исследований сложных технических и технологических систем, основанные на концепции современного естествознания - синергетики и неравновесной термодинамики, установить между выделенными системами взаимосвязи, обеспечивающие получение оптимальных структур с заданными свойствами;
-установить закономерности структурообразования поризованных систем на основе минеральных вяжущих;
- разработать принципы создания новых эффективных видов пенообразователей; сформулировать требования к исходным сырьевым компонентам и параметрам технологических переделов изготовления пенобетонов для получения изделий с заданными свойствами;
- на основе выявленных закономерностей установить принципы проектирования новых эффективных поризованных материалов и разработать технологию производства высокопоризованных композитов многофункционального назначения.
Научная новизна. Разработаны методологические принципы научных исследований применительно к композиционным поризованным материалам, основанные на концепциях современного естествознания - синергетике и неравновесной термодинамики, которые заключаются в функциональной, структурной декомпозиции и декомпозиции по жизненному циклу, в выделении технической и технологической систем и установлении взаимосвязи между ними, системно-структурном анализе систем с формулированием требований к создаваемым системам, нахождении свойств систем, процедуры их оценки с целью определения управляющих воздействий и границ управления.
Выявлены особенности, разработаны теоретические основы структурообразования поризованного цементного камня на основе минеральных вяжущих и пенообразователей с учетом состава и свойств исходных компонентов и закономерностей лиофобных дисперсных систем в трехфазных грубодисперсных высококонцентрированных пеноминеральных смесях, заключающиеся в последовательном образовании простых структур и структур с обратной связью: пены, припленочного слоя, цементного камня в межпоровом пространстве с учетом процессов, происходящих на границе раздела фаз и локального равновесия.
Показано, что образование простых структур и скорость их образования выстраиваются в следующей последовательности: пенная пленка, припленочный слой, цементный камень.
Установлено, что при самоорганизации простых структур большую роль играют поверхностное натяжение пенной пленки и заряд поверхности воздушного пузырька. Отмечено влияние дзета-потенциала на структуру и механизм образования припленочного слоя из минеральных частиц, а также влияние хемосорбции молекул ПАВ на твердых частицах на механизм и скорость процессов гидратации вяжущего и морфологию гидратных новообразований. Показано, что при изменении последовательности смешивания компонентов с разными кристаллической структурой и минералогическим составом изменяется концентрация пенообразующих ПАВ на различных поверхностях раздела, что приводит к изменению как количественных, так и качественных показателей поризованной структуры, повышению устойчивости пеноцементной системы до момента затвердевания.
Обобщены и развиты представления о структурно-реологических свойствах поризованных цементных систем с учетом природы пенообразующих ПАВ в широком диапазоне водотвердого отношения. Показано, что эффективная вязкость пеномассы с введением в нее высокодисперсной твердой фазы увеличивается за счет увеличения вязкости раствора, находящегося в пузырьковых пленках, а кинетическими единицами вязкого течения являются пузырьки пены, которые стремятся к шарообразной форме. Установлены пределы градиента скорости сдвига, при котором наблюдается течение в структурном режиме с широким ядром течения и с полностью разрушенной структурой.
На основании комплексных исследований установлено, что в зависимости от природы пенообразующего ПАВ идет селективная адсорбция ПАВ на минеральных частицах и на продуктах их гидратации с изменением скорости гидратации и морфологии образующихся гидратных новообразований. Показано, что в присутствии синтетических пенообразующих ПАВ отвердевание вяжущего осуществляется по ионнодиффузионному сквозьрастворному механизму массопереноса, при этом образуются мелкокристаллические продукты гидратации. В присутствии пептидных пенообразователей отвердевание идет по топохимическому механизму с образованием крупных кристаллогидратов правильной формы.
На основании результатов исследований формирования структуры поризованного цементного камня развиты представления и решены практические задачи: разработка рецептур пенообразователей и составов пенобетонных смесей, оптимизация и управление процессами получения пенобетонов неавтоклавного твердения широкого спектра назначения. Доказана основополагающая роль природы и структуры пенообразователей, процессов воздухововлечения и усреднения, дисперсности минеральных фаз на процессы формирования, устойчивости трехфазных систем, и, в конечном итоге, на свойства поризованных бетонов.
Практическое значение. Разработаны и определены технологические параметры получения эффективных по теплофизическим параметрам экологически чистых поризованных композитов многофункционального действия.
Разработана малоэнергоемкая технологическая схема получения теплоизоляционного ячеистого бетона неавтоклавного твердения с применением пенообразователей различной природы.
На основе теоретических представлений, анализа и экспериментальных данных сформулированы принципы подбора рецептуры пенообразователей для пенобетонов, которые были применены при разработке новых композиционных синтетических пенообразователей. Разработанные пенообразователи отличаются высокой пенообразующей способностью в сильноминерализованных средах. Применение их в технологии пенобетона позволяет снизить на 50Е80 % расход дорогостоящих импортных белковых пенообразователей. На разработанные рецептуры композиционных пенообразователей получены два патента.
Разработаны рецептуры для получения теплоизоляционных пенобетонов марки по средней плотности D500 и ниже на основе различных минеральных композиций. Полученные пенобетоны по физикомеханическим показателям превосходят показатели для теплоизоляционных пенобетонов различных производителей.
Установленные принципы выбора вяжущих и минеральных добавок для производства пенобетонов разного назначения в зависимости от типа пенообразователей и применяемого оборудования позволили минимизировать расходы пенообразователей и энергетические затраты, повысить стабильность качества пенобетонных изделий, организовать производство теплоизоляционных пенобетонов со средней плотностью ниже 500 кг/м3. На разработанный способ получения пенобетона получен патент.
На основе выявленного механизма установления равновесия в трехфазных системах разработаны принципы выбора смесителей и сособа воздухововлечения в зависимости от исходных материалов и требуемых характеристик изделий, что позволяет повысить качество пенобетона, снизить энергоемкость, существенно упростить технологию, а в ряде случаев отказаться от пеногенераторов.
Разработана техническая и технологическая документация на теплоизоляционные пенобетоны со средней плотностью ниже 500 кг/м3 на основе различных минеральных композиций (СТО, ТУ, технологические регламенты на производство пенобетонов марки по средней плотности D500 и ниже).
Разработаны методики: экспресс-анализа состава композиционных пенообразователей и определения реологических показателей пеноцементных смесей, рекомендованные для применения в промышленных условиях и позволяющие проводить оперативный технологический контроль качества даже в построечных условиях.
Определены физико-механические свойства теплоизоляционных неавтоклавных пенобетонов со средней плотностью ниже 500 кг/м3 на основе новых видов пенообразователей, полученных по различным технологиям смешивания и воздухововлечения.
Внедрение результатов исследований. Разработанные рецептуры теплоизоляционных пенобетонов неавтоклавного твердения и технологические рекомендации использованы при организации производства пенобетонов на фирмах ООО СПО ЩИТ (г. Шебекино), ООО Экономстрой (г. Белгород), ОАО СОТИМ (г. Старый Оскол), ООО Романовская промышленная компания (г. Тутаев), ООО Нефтегазстрой (г. Москва). На основании разработанной рецептуры синтетического пенообразователя налажен выпуск пенообразователя под фирменным названием Пеностром на ООО СПО ЩИТ (г. Шебекино).
Пенообразователь Пеностром широко используется для производства пенобетонов по различным технологиям в ряде регионов РФ и СНГ.
Разработана нормативно-техническая документация на выпуск теплоизоляционных пенобетонов со средней плотностью 500 кг/м3 и ниже:
ТУ 5741-004-45810966-02 на блоки пенобетонные стеновые (ООО СПО Синтез); ТУ 5741-001-5777320-2005 на блоки из ячеистых бетонов (ООО Романовская промышленная компания; СТО 94484286-0012006 на смеси пенобетонные неавтоклавные НГС РД-1 (ООО Группа компаний НЕФТЕГАЗСТРОЙ; технологический регламент на производство неавтоклавного ячеистого бетона (ООО СПО Синтез); технологический регламент по приготовлению и твердению пенобетона (ООО СОТИМ плюс).
Разработанные технологические рекомендации учтены при проектировании и строительстве завода по производству изделий из неавтоклавного ячеистого бетона по резательной технологии в городе Волоколамске Московской области. Завод строится по технологии СОТИМ.
Производительность линии составит 100-120 м3 пенобетонных блоков со средней плотностью 400кг/м3 и 350кг/м3.
Теоретические положения диссертационной работы, результаты экспериментальных исследований и промышленного внедрения используются в учебном процессе при подготовке инженеров по специальности 270106 Производство строительных материалов, изделий и конструкций и 240304 Технология цемента, что отражено в учебных программах дисциплин Применение вяжущих материалов в производстве строительных изделий, Технология бетона, строительных материалов и изделий, а также при выполнении студенческих НИР и выпускных квалификационных работ.
Апробация работы. Результаты исследований и основные положения диссертации вошли в научные труды, докладывались и обсуждались на Международных научно-практических конференциях: УПоверхностноактивные вещества в строительствеФ, г. Санкт-Петербург, 1997; УАктуальные проблемы химии и химической технологииФ, Иваново, 1997;
Композиционные строительные материалы. Теория и практика, г.
Пенза, 2000 и 2001гг.; Ячеистые бетоны в современном строительстве, г. Санкт-Петербург, 2004г.; Бетон и железобетон в третьем тысячелетии, г. Ростов-на-Дону, 2004г.; Пенобетон-2000, 2001, 2002, 2003, 2005гг., г. Белгород; Ячеистые бетоны и силикатный кирпич в современном строительстве: технология производства, опыт использования, Украина, г. Киев, 2007г.; Пенобетон-2007, г. СанктПетербург, 2007г.; на 1-м и 2-м Международных научно-практических семинарах Теория и практика производства и применения ячеистого бетона", Украина, г. Днепропетровск, 2003, 2005гг.; Научных чтениях Технология бетонов XXI века, г. Воронеж, 2004г.; IV, V, VII акад.
чтения РААСН, г. Пенза, 1998г.; г. Воронеж, 2002г.; г. Белгород, 2005г.; II Международном совещании по химии и технологии цемента, г. Москва, 2000г.; Всероссийской научно-практической конференции Современные тенденции развития строительного комплекса Поволжья г. Тольятти, 2005г.; Международных научно-практических конференциях, проводимых в БеГТАСМ, БГТУ им. Шухова, г. Белгород, 1997-2007гг..
Под руководством автора защищены 3 диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.23.05.
В представленной диссертационной работе использованы результаты многолетних собственных теоретических и экспериментальных исследований, а также экспериментальные материалы, полученные в соавторстве и опубликованные в открытой печати.
На защиту выносятся. Методологические принципы научных исследований применительно к композиционным поризованным материалам, базирующиеся на концепции современного естествознания - синергетике и неравновесной термодинамике.
Теоретические принципы процесса структурообразования поризованного цементного камня на основе пенообразователей различной природы с учетом структурных и минералогических особенностей исходных минеральных компонентов системы.
Теоретические принципы создания эффективных пенообразователей для ячеистых бетонов и механизм формирования пенных пленок из различных по своей природе пенообразующих ПАВ в высококонцентрированных системах с учетом минералогических особенностей цементирующих компонентов и добавок-наполнителей.
Основные закономерности структурно-реологических свойств трехфазных пеноцементноминеральных дисперсных систем.
Основные закономерности синтеза новообразований пеноцементноминеральных композиций и принципиальная разница в механизмах и морфологии образующихся кристаллогидратов в зависимости от природы применяемого пенообразователя.
Результаты исследования физико-механических свойств пенобетонов на пенообразователях различной природы, получаемых по различным технологиям смешивания и воздухововлечения.
Основы технологии производства эффективных теплоизоляционных пенобетонов. Результаты полупромышленных, промышленных испытаний и внедрения технологических рекомендаций на различных предприятиях строительной индустрии.
Публикации. Основное содержание работы
опубликовано в 53 печатных работах, в том числе одной монографии, 3-х нормативных документах, 10 статьях в научных журналах по списку ВАК России, новизна технических решений подтверждена 3 патентами РФ.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из 7 глав, общих выводов, библиографического списка и приложений. Работа изложена на 404 страницах машинописного текста, содержит 100 рисунков, 44 таблицы, список литературы из 402 наименований, 14 приложений.
Основное содержание работы Аналитический обзор литературы выявил возможность получения оптимальных поризованных структур цементного камня с учетом свойств и минералогического состава исходных компонентов и технологии его получения.
Первые исследования технологии и свойств ячеистого пенобетона в нашей стране относятся к тридцатым годам. Значительный вклад в разработку научных и технологических основ формирования оптимальной пористой структуры композиционных материалов на основе цементных и шлакоцементных вяжущих разработаны в работах А.А. Ахундова, А.Т. Баранова, Ю.М. Баженова, П.И. Боженова, А.А. Брюшкова, М.С.
Гаркави, Б.Н. Кауфмана, И.Т. Кудряшева, А.П. Меркина, В.А. Пинскера, Р.З. Рахимова, П.А. Ребиндера, Л.М. Розенфельда, Г.П. Сахарова, Л.Б. Сватовской, И.Б. Удачкина и др. В начале 70-х годов прошлого столетия немецкая фирма Неопор внедрила свою технологию пенобетона во многих странах мира, что послужило отсчетом возрождения пенобетона как теплоизоляционного материала. Разработками принципиально новых технологических схем и устройств по производству пенобетона занимаются фирмы в Швеции, Германии, Голландии, Дании, Японии и России.
Пенобетоны можно отнести к твердым пенам, газонаполненность которых доходит до 85-90%, а дисперсионной средой выступает цементный камень. Это связано с некоторым геометрическим подобием структуры жидких пен и твердых поризованных структур. Промышленный опыт и научные исследования показывают, что закономерности создания оптимальных поризованных структур на основе минеральных вяжущих резко отличаются от закономерностей технологии тяжелых бетонов. Научные и технологические положения в производстве пенобетонов не систематизированы и далеки от совершенства. Недостаточная изученность в области управления свойствами пенобетонов препятствует широкому применению их в строительстве.
Для повышения эффективности производства неавтоклавных пенобетонов возникает необходимость разработки и обоснования научно- методологических основ процессов структурообразования поризованного цементного камня, основных способов регулирования технологических параметров производства, обеспечивающих заданные строительнотехнические свойства готовых изделий.
II. Системно-структурный методологический подход к исследованию композиционных материалов Методологической и теоретической основами исследования сложных композиционных поризованных систем послужили концепции и гипотезы, представленные в трудах ведущих отечественных и зарубежных ученых в области современного естествознания, применяемые при исследовании сложных систем в различных отраслях науки. Суть системно-структурного методологического подхода применительно к поризованным композиционным материалам, сформулированного в данной работе и основанного на концепции самоорганизации (синергетики) и нелинейной термодинамики, заключается в идентификации композиционного материала (в нашем случае - пенобетона) как динамической системы, обладающей целостностью, выделения ее из окружающей среды, построении иерархии системно-структурных уровней изучаемой системы, начиная от исходных сырьевых компонентов (вяжущего, заполнителей, добавок), пены и пенобетонной смеси до пенобетона в конструкции и их взаимосвязей, трансформирующихся и развивающихся по принципу система в системе, а также адаптации пенобетона в процессе эксплуатации.
Пенобетон и технология его изготовления могут быть разбиты на две самостоятельные искусственные системы: техническую, как некоторой конструкции, определенным образом размещенной в пространстве; технологическую, как определенный перечень и последовательность технологических процессов получения поризованного композиционного материала с вещественными, энергетическими и информационными связями в процессе создания. К техническим системам в исследовании отнесены пенобетон и пенобетонная смесь, как промежуточный материал при изготовлении конечного поризованного материала. К технологической системе отнесена технология получения пенобетонной смеси, как наиболее сложная система.
На этапе декомпозиции были определены основные функции системы пенобетон как композиционного материала и общие цели исследования. В качестве стратегии декомпозиции системы пенобетон были выбраны структурная декомпозиция, функциональная декомпозиция и декомпозиция по жизненному циклу. Функциональная декомпозиция системы пенобетон базировалась на анализе функции системы и позволила соединить две системы пенобетон (техническая система) и технологию его изготовления (технологическая система). В декомпозиции по жизненному циклу в качестве признаков выделения подсистем в системе пенобетон принимали изменение закона функционирования подсистем на разных этапах цикла существования системы лот рождения до гибели. При этом целью данной декомпозиции является оптимизация процессов при определении последовательности стадий преобразования входов и выходов. Модель декомпозиции системы пенобетон по жизненному циклу представлена на рис. 1.
Исходная подсистема Промежуточная (подсистемы) Конечная подсистема a Сырьевые Пенобетонная смесь (пенная Пенобетон пленка вокруг воздушных (воздушные пузырьки, в материалы пузырьков, припленочный слой, заключенные в цементцементный раствор в межпоро- ный камень) вом пространстве) Самоорганизация в сильнонеравновесных системах Парадигма Пригожина порядок через флуктуацию Математическое описание модели S= < >.
а,b, P0(a, b ) Рис. 1. Модель декомпозиции системы по жизненному циклу Для исследования сложной системы применили структурную декомпозицию по подсистемам. Признаком выделения подсистем служила сильная связь между элементами по одному из типов отношений (связей), существующих в системе (логических, иерархических, энергетических и т.п.). Для описания всей системы была построена составная модель, объединяющая все отдельные модели (рис. 2).
При рассмотрении модели системы пенобетон были выделены три иерархических уровня структуры по аналогии с полиструктурной теорией Соломатова, которые относятся друг к другу как система в системе, добавив новый иерархический уровень - наноуровень, к которому отнесены структура пограничных слоев и гелевая пористость. Такое разделение позволило детально структурировать связи, придать им ориентированность и функциональную классификацию, выраженность взаимодействий - энергетических или субстанционных (вещественных).
В процессе декомпозиции в технологической системе пенобетонная смесь выделены подсистемы (простые структуры): пенная пленка вокруг воздушных пузырьков, припленочный слой, хемосорбционными Модели системы:
Структурные Временные Декомпозиция по подсистемам Определение класса элементов, из которых строится система, реализующая алгоритм функционирования Макроуровень Микроуровень цементная концентрация гидратных фаз матрица морфология кристаллогидратов минеральный капиллярная пористость контракционная пористость заполнитель форма контактов кристаллов газовый наполнитель наноуровень структура пограничных слоев гелевая пористость Рис.2. Декомпозиция композиционного материала по подсистемам (иерархические уровни) или механическими процессами между молекулами ПАВ и минеральными частицами, гидратные новообразования в первые моменты взаимодействия цементных частиц с водой. Каждый из выделенных уровней иерархии систем несет в себе определенную долю информации самостоятельного или взаимопроникающего значения, при этом линформация микроуровня в большей степени способствует раскрытию механизмов явлений и процессов формирования более высоких уровней.
При анализе системы в ходе исследований формулировались требования к создаваемой системе: уточнялся состав и законы функционирования элементов, устанавливалось взаимовлияние подсистем, были выделены управляемые и неуправляемые характеристики, устанавливались параметры пространства состояний и параметрического пространства, формулировались требования к системам.
При исследовании и моделировании пенобетона в работе методически рассматривали формирование всех трех уровней. Все подсистемы настолько сложны, что, как правило, не удается сразу дать их относительно строгое описание, поэтому каждая из подсистем (элементов, уровней) представлена совокупностью исследований во взаимосвязи с системой пенобетон.
В отличие от тяжелых бетонов, в которых структуру бетона на макроуровне можно задавать на стадии выбора компонентов, в пенобетонах структура (количество газовой фазы, размер и дисперсность воздушных пузырьков) зависит не только от вида выбранных исходных компонентов, но и от способа воздухововлечения и поведения компонентов на границе раздела фаз, т.е. поверхностных явлений. До момента перехода в поризованный цементный камень пенобетонная смесь (техническая система) идентифицирована как лиофобная, дисперсная термодинамически неравновесная система, в которой определяющую материала Воздействия внешней среды Свойства композиционного роль играют процессы, протекающие на границе раздела трех фаз.
Взаимосвязь между макро-, микро- и наноуровнем однозначно определяется через физико-механические показатели пенобетона как композиционного поризованного материала.
Методологическую основу системного анализа составляет концепция неравновесной термодинамики - первоначального хаоса замкнутой системы, заключающегося в ее неоднородности (гомогенности), аморфности, устойчивости, с последующей его трансформацией, а информационные оценки состояния системы соответствуют максимуму энтропии (рис.3).
Схема анализа системы приведена на рис.3.
Анализ Нахождение свойств системы, процедура их оценки с целью определения управляющих воздействий и границ управления Свойства системы Процедура оценки в виде уравнений физико-химические; физико- механические; ( реологические, термодинамические ; химические) Подмодель, определяющая структуры системы Условия для запуска процесса самоорганизации 1) нелинейная зависимость между параa,b метрами системы;
2) наличие внешних воздействий на систему, которые нужно рассматривать как управляющие воздействия;
Предиката целостности, определяющая семан3) фактор множественности элементов, тику преобразования исходно находящихся в состоянии хаоса, когда движение каждого описывается стоP0(a,b) хастически 4) скорость установления равновесия является лимитирующей в процессе самоорганизации системы Подмодель, определяющая поведение системы a =< x, y, z, f, g > Где Х- входной сигнал; У- выходной сигнал;
Z - переменная состояния модели; f g - функционалы, задающие текущие значения выходного сигнала y(t) и внутреннее состояние z(t) y(t)= g(z(t), x(t)); z(t)=f(z(t0), x());
[t0, t] Рис. 3. Модель анализа технологической подсистемы пенобетон При анализе в ходе исследований сформулированы требования к создаваемой системе: композиционный поризованный камень должен иметь оптимальную структуру, определяющую его функциональное назначение, а структура подсистемы пенобетонная смесь, которая определяет в дальнейшем структуру и свойства подсистемы пенобетон, должна быть устойчива до момента затвердевания минерального вяжущего и сформирована из исходных сырьевых компонентов, обладающих заданными свойствами. В качестве управляющих воздействий, определяющих уровень выходных свойств системы, выделили термодинамические параметры, такие как, температура, концентрация веществ и их химическая активность, влажность, давление и продолжительность процесса. К неуправляемым характеристикам отнесен процесс самоорганизации пористой структуры при выбранных исходных материалах.
Предложенный методологический подход к исследованию сложного композиционного материала позволил на основании выявленных физико-химических закономерностей формирования сложной системы из простых структур прогнозировать свойства промежуточных систем на всех этапах развития структуры, а также конечной системы пенобетон с учетом адаптации его в эксплуатационной среде.
III. Процессы при формировании поризованных структур в неравновесных условиях с учетом состава и свойств исходных компонентов Научные подходы, базирующиеся на концепции синергетики и нелинейной термодинамики, позволили выявить механизм последовательного образования во времени сложного композиционного поризованного материала - пенобетона - из простых структур. К простым структурам в пенобетонной смеси, образующимся в порядке очередности, следует отнести гидратную пенную пленку, образованную молекулами ПАВ вокруг воздушных пузырьков, припленочный слой из минеральных частиц с определенным знаком заряда поверхности, цементный раствор в межпоровом пространстве до момента затвердевания и продукты гидратации цемента в конечном поризованном бетоне.
Полученные результаты, практические сведения о свойствах ПАВ, а также теоретические сведения, установленные в разных областях знаний о свойствах ПАВ, применяемых в качестве пенообразователей, позволили выявить некоторые зависимости и закономерности образования простой структуры пенного пузырька с разными свойствами поверхностного слоя. Это позволило предложить модели пенных пленок, образованные различными пенообразователями: низкомомолекулярными ПАВ (НПАВ) и высокомолекулярными ПАВ (ВПАВ) (рис. 4).
В соответствии с предложенными моделями, поверхность воздушного пузырька, стабилизированная синтетическими НПАВ, обращенная во внутрь, приобретает гидрофобные свойства, а поверхность, обращенная в межпленочное пространство - отрицательный потенциал за счет гидратации активных радикалов (ЦSO3Ц, ЦCOOЦ, ЦOSO3Ц).
МОДЕЛИ ПЕННЫХ ПЛЁНОК Название Условное изображение Описание плёнки модели плёнки расположения молекул в плёнках УчастокоФ Такие плёнки образуют Ленгмюра однокомпонентные синтетические пенообразователи Переплетённый Такие плёнки образуют УчастокоФ композиционные пенообразователи с разветвлённой цепью.
В плёнках площадь на молекулу значительно выше площади сечения углеводородной цепи Плёнки из ПАВ Эти плёнки образуются из жидко-растянутых при определённых условиях ПАВ Плёнки Эти плёнки образуются композиционных из жидкорастянутых ПО из ПАВ и НПАВ ВПАВ в присутствии НПАВ Рис. 4. Модели пенных пленок Пенная пленка, образованная молекулами низкомолекулярных анионактивных синтетических ПАВ, имеет высокий отрицательный заряд поверхности воздушного пузырька и низкую вязкость пленки.
Такие пленки представляют собой структуру наподобие частокола Ленгмюра или спутанных структур за счет гидрофобного взаимодействия молекул. Для стабилизации пенной пленки в межпоровом растворе находятся молекулы низкомолекулярных ПАВ. Вследствие теплового движения в пенном слое идет активный взаимообмен молекул поверхности и объема. Переплетенный частокол образуется из низкомолекулярных ПАВ, имеющих разное строение гидрофобных радикалов.
Пенная пленка, стабилизированная высокомолекулярными пептидными пенообразователями, состоит из длинных молекул гидролизованного белка с молекулярной массой более 7Е10 тыс., располагающихся на поверхности горизонтально в виде петель (ВПАВ). Гидрофильные карбоксильные группы (ЦСОО) в щелочной среде направлены в раствор, тогда как аминогруппы (ЦNH2+), как менее гидрофильные, должны быть направлены во внутреннюю сторону пузырька. При необратимой адсорбции на границе фаз молекулы высокомолекулярных ПАВ находятся только в пенной пленке. Высокомолекулярные амфотерные пептидные белки дают пленку с низким потенциалом поверхности и высокой структурно-механической прочностью пленочного слоя. Для повышения потенциала поверхности в пенообразователи на пептидной основе добавляют низкомолекулярные ПАВ.
Предложенные модели позволяют объяснить значительные различия в свойствах пен (стойкость, кратность, синерезис), а также поверхностного натяжения растворов пенообразователей: на высокомолекулярных ПАВ поверхностное натяжение воды понижается всего на 10Е15%, тогда как на синтетических пенообразователях - почти в два раза, а также различия в механизме формирования припленочного слоя, т.е.
структуры на втором уровне в пеноцементной системе.
Теоретически обоснованы и реализованы на практике два принципа повышения устойчивости пенных систем на синтетических пенообразователях, первый из которых основан на способности НПАВ образовывать в адсорбционном слое сложные ассоциативные комплексы за счет сил электростатического, донорно-акцепторного (межмолекулярного) и стерического взаимодействия функциональных групп. Второй - на создании плотных высокоэластичных пленочных адсорбционных слоев с высоким структурно-механическим барьером в присутствии незначительных количеств высокомолекулярных природных или искусственных полимеров. На основании экспериментальных данных по значению поверхностного натяжения и кратности пены по0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,казано, что композиционные концентрация ПО, мас% пенообразователи дают пленАОС ТЭАС Пеностром ки, обладающие аддитивными свойствами (рис. 5).
Рис.5. Кратность пены Установленный механизм образования пенных пленок из разных видов ПАВ позволил разработать составы синтетических пенообразователей, в том числе синтетический пенообразователь Пеностром, широко применяемый в технологии пенобетонов в различных регионах страны. На разработанные составы пенообразователей получены 2 патента. Обоснована и идентифицирована модель процессов формирования и явлений второго микроуровня структуры пенобетонной смеси - припленочного слоя. Припленочный слой образуется в процессе конкурирующей адсорбции молекул ПАВ на границе раздела фаз и самоорганизации структуры контактной зоны минеральных частиц с пенной пленкой, которая определяется строением и потенциалом поверхности пенной пленки, обращенной в водную часть межпузырькового пространства и возможным взаимодей- кратность пены ствием между активными радикалами ПАВ и поверхностными зарядами минеральных частиц с образованием хемосорбционных связей или же электростатическим отталкиванием частиц. Полученные количественные значения адсорбции моТаблица Адсорбция пенообразователей на границе газ- жидкость лекул пенообразователей на Адсорбция Работа Тип Поверхноразных границах раздела поКон- адсорбции Кмоль пенооб- стное казали, что молекулы пеноцентра- в водной разова- натяжение, (м210Ц4) г/м2 фазе, ция, % образователей активно адсортеля мН/м кДж/моль бируются на поверхности Пеност- 0,06 39,04 0,21 0,73 14,0газ-жидкость (табл.1) и в ром 0,5 47,11 6,81 19,6 11,меньшей степени (на два по0,06 72,18 - - Неопор рядка) на поверхности твер0,5 59,39 - - дое -жидкость (табл.2). Причем значение адсорбции ВПАВ на поверхности цементных частиц меньше в 2Е3 раза, чем адсорбция НПАВ.
Исследования, проведен Таблица ные на модельных системах, Адсорбция пенообразователей на поверхности показали, что устойчивость цементных частиц Поверхностное трехфазных пен определяется Время, Адсорбция, Вид ПО натяжение раствора, г/м210-мН/м теорией ДЛФО, которая рас0 72,78 сматривает процесс коагуля10 68,65 8,Неопор ции гидрофобных коллоидов 15 68,65 8,30 68,65 8,как результат совместного 0 32,2 действия вандерваальсовских 1 52,47 32,сил притяжения и электро5 49,96 28,Пеностром 10 48,06 28,статических сил отталкива15 48,06 28,ния между частицами.
30 48,06 28,Наличие в системе минеральных частиц с отрицательно заряженной поверхностью, что и на поверхности пенных пузырьков, стабилизированных анионактивными ПАВ, приводит к взаимному отталкиванию (расклинивающему давлению) пузырьков и минеральных частиц, которое поддерживается в равновесии давлением воздушного пузырька Рw, направленное в противоположную сторону (рис.6).
Значение Рw существенно влияет на прочность закрепления частиц минералов на пузырьке, а также на жесткость поверхности пузырька при изменении его размера. Минеральные частицы с положительным потенциалом поверхности, находящихся в межпленочном пространстве, способствуют снижению дзета-потенциала поверхности воздушных пузырьков и их коагуляции (коалесценции), что ведет к разрушению пенной структуры и снижению воздухосодержания в трехфазной системе. Анализ пеноцементной системы показал, что локальное равновесное состояние цементной смеси до момента затвердевания зависит от поверхностного натяжения пенной пленки , а также от предельного напряжения сдвига цементного раствора, находящегося в межпоровом пространстве.
В балансе внутренних сил при самоорганизации пеноцементной смеси преобладают поверхностные явления, на которые оказывают влияние химическая активность всех компонентов (пенообразователя и минеральных частиц), а также дисперсность твердых минеральных частиц, находящихся в межпоровом проРис.6. Модель поризованной странстве.
дисперсионной системы как периодической коллоидной Образование припленочного слоя из минеструктуры ральных частиц, так называемый процесс минерализации пен связан с механическим упрочнением или бронированием пленок пены частицами твердой фазы и хемосорбционными процессами между молекулами ПАВ и заряженными минеральными частицами. Модельные эксперименты с мономинеральными добавками с зарядом поверхности ( реактив МgO (х.ч.) +3,804 мВ, песок кварцевый молотый Ц19,337 мВ, карбонат кальция Ц2,779 мВ) показали, что эффективность действия минеральных добавок на пенную пленку определяется их зарядом поверхности, дисперсностью и формой частиц, наибольшим допустимым расстоянием между ними. Наблюдается сильное хемосорбционное взаимодействие между заряженными воздушными пузырьками и минеральными частицами, которое подтверждается данными по кратности пены, поверхностного натяжения растворов пенообразователей в присутствии минеральных добавок (рис.7).
На основании теоретических представлений и экспериментальных данных реализован принцип подбора минеральных добавок - стабилизаторов пенных систем. Его следует осуществлять с учетом донорноакцепторных свойств функциональных групп ПАВ и потенциала поверхности минеральной добавки. При этом проявляется синергизм действия органических и минеральных добавок.
СаСОМgО Кварц о 10 0 10 20 30 0 10 20 30 40 0 5 10 15 Концентрация добавки, мас.% Концентрация добавки, мас.% Концентрация добавки, мас.% Неопор Неопор Пенозолин Неопор АОС Пенозолин Пенозолин АОС АОС Рис. 7. Влияние вида модельных добавок и пенообразователя на кратность пен Предпочтительно использовать добавки со слабовыраженным зарядом поверхности, т.к. при этом расширяется область их совместимости с пенообразователями различного состава. К таким добавкам следует Кратность пены Кратность пены Кратность пены отнести карбонатные породы. При использовании синтетических низкомолекулярных анионактивных ПАВ следует формировать припленочный слой из минеральных частиц со слабовыраженным зарядом поверхности. В этом случае припленочный слой будет формироваться только за счет механического бронирования заряженной поверхности пенной пленки нейтральными тонкодисперсными частицами.
Применительно к пенобетонным смесям следует учитывать устойчивость системы лцементные частицы:пена, определяемую процессами хемосорбции между пенными пленками и минеральными частицами.
Хемосорбционные процессы значительно изменяют структуру, устойчивость, время жизни и другие показатели пен. Установлен механизм действия синтетических пенообразователей на процесс структурообразования в пеноцементных системах на ранних стадиях, который обусловлен снижением абсолютного значения -потенциала или даже изменения его знака за счет адсорбционных процессов молекул ПАВ пенообразователей на цементных частицах и продуктах их гидратации.
Комплексными исследованиями показано, что молекулы анионактивного синтетического пенообразователя в большей степени адсорбируются на положительно заряженных алюмосодержащих фазах портландцементного клинкера. Адсорбция молекул ПАВ приводит к пептизации и ускорению гидратации исходных алюмосодержащих минералов, но замедлению Таблица коагуляционноИзменение электрокинетического потенциала в цементных мономинеральных суспензиях кристаллизационного структурообразования Дзета - потенциал, мВ, в суспензии с Вид вяжущего благодаря блокироваПО Пено- ПО Водой стром Неопор нию активных центров С3S - 34,14 - 25,17 - 17,01 фазовых контактов.
Дано объяснение приС3A + 9,58 - 2,12 - 1,С4AF + 10,5 - 6,7 - 7,7 чин плохой стабилиС3A+CaSO42H2O + 31,0 +18,47 +24 зации пеноцементной П - 500 Д0 свежий - 29,0 - 13,9 - 17,смеси на лежалых цементах (табл.3).
П - 500 Д0 лежалый - 22,23 -35,4 -33,Реологические исП - 500 Д0 + 5% тонкомо- 45,5 - - лотого песка следования пенной, П - 400 - Д20 свежий -12,34 - - пеноцементной и пеноцементноминеральной систем на различных видах пенообразователей показали, что пеноминеральные системы являются реологически сложными упруго-вязко-пластическими телами с пределом текучести 2Е1Па. Течение таких систем наблюдается в структурном режиме с широким ядром течения, в пределах которого скорость постоянна, а градиент скорости сдвига сосредоточен в узком пристенном слое.
При напряжении сдвига, которое меньше предела текучести, пеноцементные растворы испытывают упругую деформацию при практическом отсутствии вязкого течения. При увеличении водоцементного отношения и дозировки пенообразователя область чисто упругих деформаций сокращается. На белковых пенообразователях необходимо прикладывать большие усилия при перемещении пеноцементных смесей.
С повышением В/ - на реограммах отмечаются выпуклые петли гистерезиса, что свидетельствует о тиксотропном восстановлении структуры смесей. Выявлены зависимости подвижности пеноцементноминеральных систем от В/ - и содержания минеральной добавки (рис.8,9).
Пеноцементная смесь с АОС (В/Ц=0,4) Пеноцементная смесь с АОС (В\Ц=0,5) Пеноцементная смесь с Неопор (В/Ц=0,5) 60 60 40 40 20 20 0 0 0 50 100 150 0 50 100 150 0 50 100 1градиент скорост сдвига, с-1 градиент скорости сдвига, с-1 градиент скорости сдвига, с-Рис. 8. Реограммы пеноцементных смесей на разных пенообразователях и разным значением В/ - а ) б ) в ) В / Т = 0, 4 1 4 1 4 1 1 2 1 2 1 В / Т = 0, 4 1 0 1 0 1 0 В / Т = 0, 8 8 В / Т = 0, 4 6 В / Т = 0, 4 2 В / Т = 0, 5 0 0 5 0 1 0 0 1 5 0 5 0 1 0 0 1 5 0 5 0 1 0 0 1 5 Г р а д и е н т с к о р о с т и с д в и г а, с - Г р а д и е н т с к о р о с т и с д в и г а, с - Рис. 9. Реологические свойства пеноминеральных систем: концентрация минеральной добавки (мел) в системе, масс.%: а) -10; б)- 15 и в) -20.
С повышением В\ - подвижность пеноцементноминеральных систем повышается. Исследования структурно-реологических характеристик пеноцементных систем в процессе схватывания цемента от момента смешивания компонентов до 2Е3 часов выдержки, показали, что минеральные добавки позволят повысить структурную прочность, и тем самым сократить сроки распалубки.
Результаты экспериментов по определению реологических характеристик двух- и трехфазных пен показали, что эффективная вязкость пеномассы с введением в нее высокодисперсной фазы увеличивается за счет увеличения вязкости раствора, находящегося в пузырьковых пленках, а кинетической единицей вязкого течения являются пузырьки пены, которые стремятся к сферической форме. Установлены пределы градиента скорости сдвига, при котором наблюдается течение в структурном Таблица режиме с широким ядром течения Энергия активации вязкого течения пеноцементных суспензий и с полностью разрушенной Вид пенообразова- Энергия активации, кДж/моль, структурой.
теля при концентрации пенообраПолучены результаты по зназователя, % чению энергии активации вязкого 0,5 0,75 течения пеноцементных и пеноНеопор 1,615 1,641 1,9цементноминеральных систем Пеностром 1,260 1,432 1,5(табл.4). Установлено, что эти АОС 1,034 1,076 1,1значения близки к энергии дисНапряжение сдвига, Па Напряжение сдвига, Па Напряжение сдвига, Па Напряжение сдвига, Па персионных связей, что характерно для гидрофобных взаимодействий.
Таким образом, в процессе вязкого течения пеноцементных суспензий внутреннее трение генерируется благодаря скольжению углеводородных радикалов пенообразователя с разрывом гидрофобных связей между ними. Благодаря флуктуационным явлениям функциональные группы и частицы твердой фазы принимают ограниченное участие в генерировании вязкого трения (на 10-30%). Это явление позволяет управлять свойствами трехфазных пеноминеральных систем за счет введения минеральных добавок.
Анализ структурных особенностей цементного камня в межпоровом пространстве показал, что механизм образования оптимальной структуры поризованного цементного камня как основы неавтоклавных пенобетонов с экстремальными значениями физико-механических свойств заключается в образовании плотных кристаллических структур гидратных новообразований, которые определяются химическим взаимодействием между молекулами ПАВ и цементными частицами.
Плотность поризованного композиционного материала определяется суммарной плотностью составляющих - воздушных пор и межпоровых перегородок и равна:
Vпб пб - порVпор, кг/м3.
пер = 1-Vпор При плотности воздуха, заключенного в макропоры 1,29 кг/м3, расчетная плотность материала в межпоровых перегородках при различной макропористости материала представлены в табл.5.
Таблица При исходной истинной Взаимосвязь макропористости и плотности материаплотности цемента ла в межпоровом пространстве 3000-3100 кг/м3 и плотМакропористость, % ности цементного рас, кг/м3 78 79 80 85 90 95 твора 1900 кг/м3 получить плотность материа500 2268,2 2376,1 2494,8 3326,0 4987,1 9975,ла в межпоровом про450 2040,9 2138,0 2244,8 2992,7 4487,1 8975,странстве свыше этих 400 1813,6 1899,9 1994,8 2659,4 3987,1 7975,значений не представля350 1586,3 1661,8 1744,8 2326,0 3487,1 6975,ется возможным. Дан300 1359,1 1423,7 1494,8 1992,7 2987,1 5975,5 ные результатов показывают, чтобы получить 250 1131,8 1185,6 1244,8 1659,4 2487,1 4975,определенную плот200 904,5 947,5 994,8 1326,0 1987,1 3975,ность поризованного 150 677,2 709,4 744,8 992,7 1487,1 2975,композиционного мате100 450,0 471,3 494,8 659,4 987,1 1975,риала необходимо иметь различную плотность материала в межпоровом пространстве. Чем выше макропористость материала при одном и том же значении средней плотности, тем плотнее должна быть межпоровая перегородка. В свою очередь высокая макропористость материала определяет низкие значения теплопроводности. Поэтому для получения оптимальных пористых структур следует стремиться к созданию плотного цементного камня в межпоровом пространстве.
Различными методами исследований (РФА, ДТА, рН, тепловыделение, микроскопический анализ) установлено, что ПАВ, входящие в состав пенообразователей, оказывают существенное влияние на скорость и последовательность процессов гидратации клинкерных минералов и цемента, а также на морфологию образовавшихся кристаллогидратов.
Для процесса гидратации клинкерных минералов, затворенных синтетическим пенообразователем, характерен увеличенный индукционный период, ускоренный процесс диспергации как исходной фазы, так и образующихся кристаллогидратов вследствие адсорбции молекул ПАВ на поверхности частиц. В присутствии белковых пенообразователей на исходных клинкерных минералах вначале образуется пленки гидратных фаз микроскопической толщины, которые утолщаются во времени. Кроме физической адсорбции, в растворе синтетического пенообразователя идет хемосорбционный процесс взаимодействия молекул ПАВ с ионами кальция с образованием химических соединений ЦSi-O-Ca-SO3-R, вследствие чего в контактной зоне образуются волокнистые кристаллы, сходные по форме с фенолятом кальция.
В продуктах гидратации С3S присутствуют рыхлые шарообразные кристаллы портландита (рис.10, а). В препаратах с белковыми пенообразователями образуется портландит с идеальными кристаллографическими гранями (рис.10, б).
Установлен механизм образования портландита и гидросиликатов кальция на ранних стадиях гидратации:
б) а) в зависимости от вида пенообразователя портландит Рис.10. Кристаллы портландита: а) в растворе синтетического пенообразователя; б) в растворе белкового пенообразова- образуется по сквозьрастеля творному механизму, тогда как гидросиликаты кальция - по топохимическому механизму. По результатам микроскопических исследований составлены схемы процесса гидратации всех клинкерных минералов (рис.11-13).
Для минерала С3А в растворе белкового пенообразователя на исходной фазе характерно образование послойных оболочек - субмик рокристаллической и игольчатой, а диспергация образующихся кристаллогидратов происходит выборочно.
В системе пенообразователь - С3А - полуводный гипс наблюдается повторная диспергация образовавшихся кристаллогидратов через 10-12 суток, в том числе и эттрингита. Этим фактом можно объяснить периодичность появления аналитических линий эт Пеностром Неопор Пеностром Неопор 1 - исходная фаза; 2 - дробление исходной фазы;
3 - игольчатые новообразования; 4 - субмикроскопические продукты гидратации; 5 - гексагональные гидрокристаллы; 6 - реликты С3А; 7 - точечные (кубические) гидрокристаллы.
Рис. 11. Сравнительная схема взаимодействия С3S c Рис.12. Сравнительная схема взаимодействия С3А с растворами пенообразователей растворами пенообразователей Пеностром Неопор Этапы формирования пористой структуры Этап формирования пенной плёнки Низкомолекулярные ПАВ Высокомолекулярные ПАВ - - - - - - - - - - - - - - + - - - + + - - - - - - - - - - - - - - - ВИД СТРУКТУРЫ - - - - - - - - - - - - + - - - + - - - - - - - - Формирование приплёночного слоя Низкомолекулярные ПАВ Высокомолекулярные ПАВ + + + + + - + + + + + + + - + + + + + + - + + + + - + + + + + + ВИД СТРУКТУРЫ + + - + + + + + - + + + + + Формирование цементного камня в межпоровом пространстве 1 - исходная фаза; 2 - гидратная пленка; 3 - игольчатые новообразования; 4 - пластинчато-игольчатые новообразования; 5 - дробление исходной фазы;6 - гексагональные новообразования из раствора; 7 - кубические новообразования; 8 - гексагональные кристаллы из зерна; 9 - переход кубических кристаллов в гексагональные Рис.13. Сравнительная схема взаимодействия С4АF с Рис. 14. Этапы формирования пористой структуры растворами пенообразователей + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + трингита на рентгенограммах продуктов гидратации пенобетона в зависимости от возраста образца. Таким образом, модельные исследования простых структур показали, что скорость их образования зависит от скорости адсорбционных процессов и донорно-акцепторных взаимодействий. Последовательность и скорость образования простых структур распределяется в ряду: пенная пленка, припленочный слой, гидратные новообразования (рис.14).
Из результатов проведенных исследований следует, что последовательность, скорость образования и форма пористой структуры пенобетонной смеси зависит от вида молекул ПАВ, поверхностного заряда частиц, донорно-акцепторных взаимодействий между ними. Последовательно образуемые простые пористые структуры пенобетонной смеси определяют форму и строение последующих пористых структур в затвердевшем поризованном цементном камне.
На основе результатов экспериментов были разработаны три модели образования пеноцементных структур в различных технологиях получения пеноцементной смеси (в классической технологии смешивания пены с цементным раствором, по барокавитационной технологии и в технологии лобжатие-релаксация), включающие механизм и последовательность процессов.
IV. Основные факторы, влияющие на формирование оптимальной поризованной структуры цементного раствора В этой главе рассматриваются результаты последовательных исследований влияния некоторых технологических параметров на физикомеханические характеристики поризованного цементного камня с целью определения оптимальных значений.
При организации производства пенобетонов выбор вяжущего, в качестве которого обычно применяют портландцементы различных типов и классов по прочности, зависит от места расположения предприятия и, как правило, ограничен. До настоящего времени в технической литературе по пенобетону нет четких требований к портландцементам для производства теплоизоляционных пенобетонов.
Влияние алюминатов и алюмоферритов кальция на процесс поризации и прочностные характеристики пенобетона было установлено на бездобавочном портландцементе типа П - 500-Д0 с удельной поверхностью 300 м2/кг. Повышение содержания алюминатной и алюмоферритной фаз в составе цемента осуществлялось введением мономинералов С3А и С4АF марки (ч) в интервале 6,2-8,96 % с шагом 0,93 %; подобным образом вводили С4АF в интервале 13,9-16,42 % с шагом 0,83 % (табл. 6).
При увеличении содержания С3А в цементе плотность цементного камня резко увеличивается.
Таблица При этом поровая Влияние минералогического состава вяжущего на физико-механические характеристики пенобетона структура пенобетона становится неоднород№ п/п Содержа- Содержание Средняя Прочность в возрасте ной; трудно добиться ние С3А в С4АF в плотность, 28 сут., МПа получения пенобетона цементе, цементе, % кг/м3 изгиб сжатие % низкой плотности.
1 6,2 13,9 500 0,71 1,Влияние минерало2 14,75 520 0,91 1,гического состава порт3 6,2 15,59 500 0,85 1,ландцементов на свой4 16,42 468 0,60 1,ства поризованного 5 7,13 520 0,6 0,цементного камня вы6 8,05 13,9 716 0,71 1,7 8,86 800 0,7 1,являли на цементах различных производителей, характеристика которых представлена в табл.7.
Таблица Индекс Кол-во Вид Содержа- Расчетный минералогический состав вяжущего Завод минер.
клинкеров, мас.% и марка ние SO3, изготовитель добавки, цемента мас.% C3S C2S C3A C4AF масс.% Б-500Д0 П - 500Д0 ОАО Белгородский 0 2,65,4 18,1 4,1 12,Б-400Д20 П - 400Д20 цемент 18,4 2,У-500Д0 П - 500Д0 0 1,ОАО Уралцемент 61,3 13,9 12,1 12,У-400Д20 П - 400Д20 18,1 1,С-42,5R СЕМ-42,5 R 0 1,ОАО Осколцемент 64,6 16,1 5,6 13,C-52,5N СЕM-52,5 N 0 1,К-500Д0 П - 500Д0 0 2,К-500Д20 П - 500-Д20 ОАО Кавказцемент 17,6 2,69 63,2 20,1 4,2 12,К-400Д20 П - 400ДТ-500Д0 П - 500Д0 ОАО Топкинский 0 2,55,2 22,9 8,0 13,Т-400Д20 П - 400Д20 цемент 16,8 2,П-500Д0 П - 500Д0 ОАО Пикалевский 0 2,П-400Д20 П - 400Д20 цемент 10,4 2,47 59,8 17,8 8,4 14,П-400Д5 П - 400Д5 3,8 2,ОАО МагнитогорМ-500Д0 П - 500Д0 ский цементно- 0 2,56 60,6 17,1 8,5 13,огнеупорный завод Полученные результаты выявили зависимость между минералогическим и вещественным составом цементов и плотностью и прочностью полученных пенобетонов (рис.13).
Проведенные эксперименты позволили сформулировать требования к основным материалам для производства теплоизоляционных пенобетонов. Основными требования к цементу для производства теплоизоляционного пенобетона являются: отсутствие минеральных добавок в его составе, содержание трехкальциевого алюмината до 6 мас.%, высокая дисперсность (содержание частиц до 45 мкм не менее 75 мас.%, в том числе содержание частиц размером до 10 мкм не менее 10%). Потери при прокаливании не должны превышать 0,5 %.
М-500Д0 М-500ДТ-400ДТ-400ДК-400ДК-400ДС-42,5R С-42,5R Б-400ДБ-400ДП-500ДП-500ДП-400ДП-400ДУ-500Д0 100 200 300 400 500 600 7У-500ДПлотность, кг/мПО "Пеностром" ПО "Унипор" 0 0,25 0,5 0,75 1 1,25 1,Прочность, МПа ПО "Пеностром" ПО "Унипор" Рис. 13. Влияние типа цемента на плотность и прочность поризованного цементного камня Наилучшие результаты по физико-механическим показателям получены для пенобетонов на пептидных пенообразователях. Независимо от водотвердого отношения с увеличением тонкости помола вяжущего средняя плотность ячеистого бетона уменьшается, что влечет за собой снижение прочности образцов. Снижение плотности и, соответственно, прочности пенобетона носит линейный характер до значения В/ - =0,5.
При В/Ц=0,5 и 0,6 снижение плотности незначительное, что свидетельствует о том, что в данном интервале В/ - вероятность получения пенобетона разной плотности, но с практически одинаковой прочностью, очень высока (рис.14).
14141212б) 1000 10800 86644220,35 0,4 0,45 0,5 0,55 0,0,35 0,4 0,45 0,5 0,55 0,в/ - 300 350 400 4В\ - 300 350 400 40,35 0,4 0,45 0,5 0,55 0,0,35 0,4 0,45 0,5 0,55 0,300 350 400 450 В\ - В\ - 300 350 400 4 Рис.14. Влияние В/ - на прочность, плотность и ККК: а) на цементе ОАО Осколцемент; б) на цементе ОАО Белгородский цемент Это свидетельствует о сложности получения оптимальных пористых структур в данном интервале плотностей. Зависимости прочности и плотности получаемых пенобетонов от концентрации пенообразоватеМаркировка образцов маркировка образцов Плотность, кг/ куб.м Плотность, кг/куб.м Прочность, МПа Прочность, МПа лей показывают, что плотности и прочности при использовании пептидных пенообразователей снижаются с повышением концентрации пенообразователя по экспоненциальной зависимости, тогда как при использовании синтетических пенообразователей зависимость полиномиальная, то есть имеется оптимум концентрации, при которой определенной плотности соответствует оптимальная прочность (рис.15).
1112 9,1000 10900 y = 5782,7x2 - 4729,3x + 1219,2 9,800 88 y = 0,1034x-1,50700 y = 3E-05x2 - 0,0264x + 5,63600 6 3,53,4 3,4400 300 31 0,0,0,0,200 0,4 0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35 0,4 0,45 0,5 0,55 250 350 450 550 650 750 850 950 10 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,Концентрация ПАВ, % Плотность, кг/м Концентрация ПАВ % а) высокомолекулярный пептидный пенообразователь Унипор 9y = 43312x2 - 4032,1x + 701,58 850 y = 497,2x2 - 58,236x + 3,403,y = 3E-06x2 + 0,002x - 0,6214 3,800 3,3,800 800 80 3,3 2,750 3 2,700 2,700 700 700 700 2,2,2,2 2,650 650 2,1 1,1,9 600 600 1,600 600 1,5 1,1,5 1,1,550 550 1,1,1,2 0,1 1 0,500 500 0,6 0,0,0,0,4400 0 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06 0,07 0,08 0,09 0,1 0,11 0,12 450 550 650 750 80 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06 0,07 0,08 0,09 0,1 0,11 0,12 0,Концентрация ПАВ, % Концентрация ПАВ, % Плотность, кг/мб) низкомолекулярный синтетический пенообразователь Пеностром Рис.15. Зависимость плотности и прочности пенобетонов от концентрации пенообразователей Исследование свойств пенобетонов с использованием технологических добавок (ускорителей и пластификаторов), вводимых в пеноцементную систему на основе синтетических пенообразователей, показали, что в системе синтетический пенообразователь - цементный раствор действие ускорителей и пластификаторов меняется коренным образом. Это обусловлено тем, что в системе в присутствии неорганических солей в качестве добавок ускорителей схватывания и твердения протекают процессы донорно-акцепторных взаимодействий на границе раздела фаз с образованием двойных электрических слоев, что ведет к резкому пеногашению.
При добавлении в систему суперпластификаторов пеноцементная смесь приобретает высокую подвижность, что способствует удалению из системы воздушных пузырьков и повышению конечной плотности пенобетонов. Кроме того, между молекулами ПАВ пенообразователей и суперпластификаторов идут процессы взаимного отталкивания гидрофильных радикалов двух типов ПАВ и гидрофобного взаимодействия углеводородных радикалов, что ведет к понижению устойчивости пеноцементной системы. В связи с этим снижение водоцементного отношения с добавлением суперпластификаторов является проблематичным.
Плотность, кг/м Прочность, МПа Прочность изделий МПа Прочность, МПа Плотность, кг/мП р очность, МПа Минеральные добавки с отрицательно заряженной поверхностью или со слабовыраженным зарядом повышают стабильность пеноцементной смеси за счет увеличения расклинивающего давления и механического упрочнения пенной пленки, способствуют формированию более мелкопористой структуры и увеличению прочностных характеристик материала. Однако, использование минеральных добавок требует корректировки технологических приемов приготовления смеси. Наилучшие результаты при вводе минеральных добавок получены при первичном контакте минеральной добавки с пенной пленкой. Изменение реологических свойств смеси при вводе минеральной добавки обусловливает необходимость увеличения В/ - для сохранения требуемой подвижности смеси. Таким образом, способ и последовательность ввода добавки существенно влияет на характеристики получаемого пенобетона.
Для поризованных бетонов наилучшим режимом тепловлажностного твердения является режим, при котором образцы находятся в термостатированной камере, а повышение температуры идет за счет активно протекающих экзотермических реакций гидратации цемента, что позволяет материалу набрать структурную прочность без изменения объема и появления деформаций в структуре поризованного камня, при этом происходит сохранение и рациональное использование теплоты гидратации цемента.
Выявленные закономерности показали, что создание сложных систем, к которым относится композиционный поризованный материал, возможно только с учетом особенностей свойств и структуры сырьевых компонентов, а также способов воздухововлечения и последовательности смешивания компонентов. Использование знаний о свойствах исходных компонентов позволяет совершенствовать технологические процессы, модернизировать процесс синтеза, снизить энергозатраты, оптимизировать свойства конечного материала с учетом его функционального назначения.
V. Физико-механические и деформационные свойства пенобетона оптимальных составов и структур Исследования физико-механических характеристик пенобетонов показали, что прочность пенобетонов зависит в первую очередь от плотности цементного камня в межпоровом пространстве и оптимальности структуры, сформированной на стадии получения пенобетонной смеси. К оптимальным структурам относятся структуры с мелкими порами, с формой близкой к сотовой без наличия сквозных дырок между порами, с плотным цементным камнем, образующим тонкий каркас.
Очень важной характеристикой макроуровня структуры пенобетонов является соотношение в ней открытых и закрытых ячеек (рис. 16). В зависимости от этого отношения меняются физико-механические, звуко- и теплоизоляционные свойства, водопоглощение и другие характеристики пенобетонов.
Как показали электронно-микроскопические исследования и физикомеханические испытания, структура с плотными межпоровыми перегородками имеет, как правило, показатели прочности в 1,5Е2 раза выше, а теплопроводность на Увел.50 Увел.5Рис.16.Вид пористых перегородок 10Е15% ниже, чем структура со сквозными дырами между порами. Вид пористой структуры пенобетона зависит от природы применяемого пенообразователя и технологических приемов приготовления смеси. В большинстве случаев регулирование соотношения открытых и замкнутых пор достигается подбором пенообразователя (природы пенообразователя и его концентрации) или вводом минеральной добавки в пеноцементную смесь. Пенобетон на пептидных пенообразователях характеризуется более равномерным распределением пор по размерам, меньшим средне статистическим размером ячеек. Отмечается, что эти пенобетоны имеют сплошные межпоровые перегородки, замкнутые ячейки, в то время как в пенобетоне на синтетическом пенообразователе чаще встречаются крупные поры и сквозные каналы в межпоровых перегородках.
Оптимальные структуры пенобетона создаются из мелкокристаллических гидратов цементного камня в межпоровом пространстве, способных к микропластическим деформациям. Это возможно при добавлении дисперсных минеральных добавок, которые способствуют созданию плотного припленочного слоя с равномерной структурой. Этот слой предотвращает адгезию активных радикалов ПАВ Увел.5Рис.17. Вид пористой структуры с минеральной добавкой на поверхности цементных карбоната кальция частиц, что способствует в свою очередь активной гидратации клинкерных минералов (рис.17).
Выявлен характер разрушения оптимальной пористой структуры через складывание арочных структур по типу домино с уменьшением высоты образца на 1/3 (рис.18). Установлено, что пенобетон по характеру разрушения можно отнести к упругопластичным системам, которые имеют особенность механического поведения под нагрузкой.
Рис.18. При сжатии легкие пенобетоны сминаются. При этом высота может Такая особенность определена как зауменьшаться на 20-30% без потери критическая стадия деформирования масвязности блока териала, которая характеризуется снижением уровня напряжений при прогресси0,рующих деформациях. В таких телах воз0,0,4 можно равновесное протекание процесса 0,накопления повреждений, что находит свое отражение на диаграмме деформиро0 50 100 1вания в виде ниспадающей ветви (рис.19).
время нагружения, сек Наличие закритической стадии деформиРис. 19. Изменение напряженного состояния образца пенобетона опти- рования под нагрузкой можно принять в мальной структуры плотностью 3качестве критерия при установлении опкг/мтимальности пористых структур. Неоптимальные структуры разрушаются с 5 до 8% уменьшения высоты образца и, как правило, прочность таких структур в 1,5-2 раза ниже. Оптимально созданные структуры обладают повышенными показателями долговечности: водопоглощения, морозостойкости, сорбционной влажности, с низкими значениями теплопроводности и усадочных деформаций в различных средах (рис.20).
2,1,0,4,5 6,5 8,5 10,10 15 20 потери массы,% Потери массы,% контрольный с СаСОс СаСО3 контрольный Рис.20. Изменение линейных размеров при высыхании пенобетонных образцов без минеральных добавок (контрольные) и с минеральной добавкой в среде с относительной влажностью 35% и углекислого газа и относительной влажностью 90% На рис. 21 показано положение экспериментальных значений коэффициентов теплопроводности лабораторных и промышленных образцов пенобетонов и отношение их к теоретическим для теплоизоляционных пенобетонов с размерами ячеек от 0,1 до 2,0 мм.
напряжения деформирования, МПа размеров, мм/м размеров, мм/м Изменение линейных Изменение линейных Следует отметить, что ширина об0,1ласти значений теплопроводности, 0,1ограниченной этими двумя кривы0,0ми, с понижением плотности расши0,075 ряется: чем ниже плотность пенобе0,055 тона, тем сильнее его теплопровод0,035 ность зависит от параметров пористости межпоровых перегородок и от 0,00 100 200 300 400 5размера воздушных пор. Полученплотность, кг/куб.м ные результаты исследования проРис. 21. Теплопроводность образцов пенобетона: цессов формирования и свойств по1 - теоретические значения теплопроводности для ризованных структур определили структур ячеистого бетона с размером пор 2 мм; 2 - теоретические значения теплопроводности для дальнейшие пути оптимизации и структур ячеистого бетона с размером пор 0,1 мм;
- экспериментальные данные управления процессами получения неавтоклавных пенобетонов широкого спектра назначения.
VI. Разработка составов пенообразователей и технологических схем производства пенобетона Научные и экспериментально-производственные исследования, выполненные соискателем, позволили разработать ряд синтетических композиционных пенообразователей. Новые виды пенообразователей защищены патентами №2199508 Пенообразователь для изготовления ячеистых бетонов (варианты) приоритет от 21.11.2000 г. и №21995Пенообразователь для ячеистых бетонов приоритет от 21.11.2000 г.
Патенты занесены в перечень перспективных российских разработок.
На основании теоретических данных и экспериментальных исследований на промышленной площадке ООО СПО Щит была смонтирована экспериментальная установка по одностадийной технологии из двух смесителей емкостью по 0,75 м3 с целью получения пенобетонов на синтетическом пенообразователе Пеностром методом аэрации.
Общая производительность линии составляет 5000 м3 в год.
С учетом теоретического обоснования и экспериментального подтверждения эффективности получения оптимальных пенобетонных структур для реализации разработанных в данной работе технологических решений была выбрана технология лобжатие-релаксация ООО СОТИМ. Для данной технологии необходимо было установить технологические параметры изготовления пенобетона с оптимальными характеристиками. Новизна метода заключается в том, что впервые предложен ряд технологических приемов повышения качества пенобетонных материалов за счет направленного регулирования структурных и пластичновязких характеристик пенобетонной смеси в процессе приготовления и режимов тепловлажностного твердения.
В основе технологических рекомендаций для технологии лобжатие-релаксация для ООО СОТИМ лежат предлагаемые в данной диссертации технические решения. К ним относятся: выбор типа портландкоэффициент теплопроводности, ВТ/(м оС) цемента и требования к нему по содержанию трехкальциевого алюмината, тонины помола и сроков хранения на предприятии; подбор водоцементного отношения путем замера плотности пены, получаемой в поризаторе; выбор природы пенообразователя; вид и количество минеральных и технологических.
В соответствии с предложенными рекомендациями были разработаны технологические регламенты по выпуску пенобетонов различной плотности. Разработанные технологические регламенты были приняты в качестве нормативных документов при постановке продукции на производство на предприятиях фирм СОТИМ (г. Старый Оскол), Романовская промышленТаблица ная компания (г.
Наименование параметра Пенобетон Пенобетон Тутаев), ООО Группа D350 D4Прочность при сжатии в возрасте 28 сут, МПа 0,8-0,9 0,9-1,4 компаний Нефтегазстрой (г. Москва).
Коэффициент паропроницаемости, мг/(мчПа), 0,4 0,Физико-механические Сорбционная влажность бетона, не более, %, 11 при относительной влажности 97% характеристики пеноКоэффициент теплопроводности в 0,07 0,бетонов, выпускаесухом состоянии при температуре мые ООО СОТИМ (255) С, Вт/(мК) по технологии лобжаВодопоглощение, % по массе 40 тие-релаксация, приМарка бетона по морозостойкости F25 Fведены в табл. 8.
Разработанные технологические рекомендации учтены при проектировании технологической линии по производству изделий из неавтоклавного ячеистого бетона по резательной технологии в г. Волоколамске Московской области. Завод строится по технологии СОТИМ.
Производительность линии составит 100-120 м3 пенобетонных блоков в сутки плотностью 350кг/м3 и 400кг/м3.
VII. Технико-экономическая оценка эффективности производства пенобетона и использования изделий из него в строительстве В данной главе приводятся расчеты эффективности получения пенобетона по различным технологиям. Показано, что наиболее эффективным технологическим решением, позволяющим получать пенобетоны с оптимальной структурой и высокими технико-экономическими показателями, является технология лобжатие-релаксация с применением пептидных пенообразователей и минеральных наполнителей.
Себестоимость 1 куб м. пенобетона при применении от 8 до мас.% минеральных добавок снижается на 200 рублей. Рассчитана экономическая эффективность применения пенобетонов низких плотностей в качестве стеновых ограждающих конструкций за счет снижения толщины стеновой конструкции и увеличения общей полезной площади, который составляет до 18 млн. руб при строительстве 4-х этажного здания каркасного типа и при стоимости за 1 м2 100 тыс. рублей, также затраты производства и общества при изготовлении несоответствующей продукции по методу Тагути.
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ 1. Разработаны методологические принципы научных исследований применительно к композиционным поризованным материалам, основанные на концепциях современного естествознания - синергетике и неравновесной термодинамики, которые заключаются в функциональной, структурной декомпозиции и декомпозиции по жизненному циклу, в выделении технической и технологической систем и установлении взаимосвязи между ними, системно-структурном анализе систем с формулированием требований к создаваемым системам, нахождении свойств систем, процедуры их оценки с целью определения управляющих воздействий и границ управления.
2. В результате методологических приемов синергетики, к которым относятся декомпозиция, анализ и синтез, выделены динамические и статические системы: технологическая и техническая, между которыми определена взаимосвязь через целевое назначение композиционного поризованного материала. Пенобетонная смесь как технологическая система идентифицирована как лиофобная, дисперсная термодинамически неравновесная система, в которой определяющую роль играют поверхностные процессы на границах раздела фаз. Выделены управляющие воздействия, к которым следует отнести термодинамические параметры, такие как, температура, концентрация и активность исходных компонентов, влажность, давление и продолжительность процессов формирования структур. Сформулированы требования к создаваемой системе пенобетон через адаптационные параметры и функциональное назначение композиционного поризованного материала.
3. Выявлен механизм формирования композиционного поризованного материала, который заключается в последовательном образовании простых структур: пенной пленки вокруг воздушных пузырьков, припленочного слоя и цементного камня через затвердевание цементного раствора в межпоровом пространстве. Строение простых структур зависит от строения молекул исходных компонентов, их химической активности и донорно-акцепторных взаимодействий между компонентами системы. При образовании простых структур обнаруживается обратная связь между последовательно формирующимися структурами.
Строение первичной структуры определяет строение структур, образующихся за ней. Так, строение пенной пленки определяет строение и свойства припленочного слоя, который в свою очередь оказывает влияние на строение гидратных новообразований, формирующих цементный камень в межпоровом пространстве. Скорость построения простых структур зависит от скорости диффузионных процессов и замедляется в последовательности формирования структур: пенная пленка, припленочный слой, гидратные новообразования, адаптационные процессы в цементном камне в процессе эксплуатации. Свойства системы пеноцементная смесь, состоящей из простых структур (воздушных пор, припленочного слоя и цементного раствора между ними), определяет в дальнейшем свойства конечной технической системы - композиционного поризованного материала пенобетон.
4. Установлены закономерности образования пенной пленки из пенообразующих ПАВ различной природы. Пенная пленка, образованная молекулами низкомолекулярных анионактивных синтетических ПАВ, имеет высокий отрицательный заряд поверхности воздушного пузырька и низкую вязкость пленки. В соответствии с предложенными моделями пенных пленок поверхность воздушного пузырька, стабилизированная синтетическими анионактивными ПАВ и обращенная в жидкую фазу, приобретает отрицательный заряд за счет гидратации активных радикалов (ЦSO3Ц; ЦCOOЦ; ЦOSO3Ц). Поверхностное натяжение в такой пленке понижается за счет замещения поверхности менее полярными молекулами при создании неполярного слоя толщиной более 610Ц10 м. Такие пленки представляют собой структуру типа частокола Ленгмюра или спутанных пленок за счет гидрофобного взаимодействия молекул. Для стабилизации пенной пленки в межпоровом растворе присутствуют молекулы низкомолекулярных ПАВ. Высокомолекулярные амфотерные пептидные белки дают пленку с низким потенциалом поверхности и высокой структурно-механической прочностью пленочного слоя. Пенная пленка состоит из длинных молекул, горизонтально располагающихся на поверхности в виде петель. Гидрофильные карбоксильные группы (ЦCOOЦ) пептидных молекул в щелочной среде цементного раствора направлены в раствор, тогда как аминогруппы ( - NH2+), как менее гидрофильные, направлены во внутреннюю сторону пузырька. При необратимой адсорбции на границе фаз молекулы высокомолекулярных ПАВ находятся только в пенной пленке. Предложенный механизм позволяет объяснить значительные различия в свойствах пен (стойкость, кратность, синерезис), а также поверхностного натяжения растворов пенообразователей: на низкомолекулярных синтетических ПАВ поверхностное натяжение воды снижается почти в два раза, тогда как на высокомолекулярных ПАВ всего на 10-15%.
5. Теоретически обоснованы и реализованы на практике два принципа повышения устойчивости пенных систем на синтетических пенообразователях. Первый из которых основан на способности ПАВ образовывать в адсорбционном слое сложные ассоциативные комплексы за счет сил электростатического и стерического взаимодействия функциональных групп. Второй - на создании плотных высокоэластичных пленочных адсорбционных слоев с высоким структурно-механическим барьером в присутствии незначительных количеств высокомолекулярных природных или искусственных полимеров. Модифицирование синтетических пенообразователей полимерными добавками усиливает пенообразующую способность пенообразователя благодаря связыванию молекул ПАВ различного строения и с различными функциональными группами в ассоциаты со структурой с коагуляционными и кристаллизационно-конденсационными контактами, определяющими в дальнейшем структурообразование в дисперсных системах. Композиционные пенообразователи дают пленки, обладающие аддитивными свойствами.
Установленный механизм образования пенных пленок из разных видов ПАВ позволил разработать составы композиционных пенообразователей, которые широко применяются в технологии пенобетонов в различных регионах РФ и за рубежом.
6. Идентифицирована и обоснована модель явлений и процессов формирования припленочной структуры за счет конкурирующей адсорбции молекул ПАВ на границе раздела фаз и самоорганизации структуры контактной зоны из минеральных частиц с пенной пленкой.
Строение припленочного слоя определяется строением и потенциалом поверхности пенной пленки, обращенной в водную часть межпузырькового пространства, и взаимодействием между активными радикалами ПАВ и поверхностными зарядами минеральных частиц с образованием хемосорбционных связей. Получены количественные значения адсорбции молекул пенообразователей на границах раздела фаз: газ - жидкость и жидкость - твердое тело. Показано, что молекулы пенообразователей активно адсорбируются на поверхности газ-жидкость и в меньшей степени (на два порядка) на поверхности твердое тело - жидкость.
Причем значение адсорбции высокомолекулярных ПАВ на поверхности цементных частиц меньше в 2Е3 раза, чем адсорбция низкомолекулярных ПАВ.
7. Показано, что локальное равновесное состояние поризованной цементной смеси до момента затвердевания зависит от поверхностного натяжения пенной пленки , а также от предельного напряжения сдвига цементного раствора, находящегося в межпоровом пространстве. В балансе внутренних сил при самоорганизации поризованной пеноцементной смеси преобладают поверхностные явления за счет донорноакцепторных взаимодействий, на которые оказывают влияние химическая активность компонентов (пенообразователя, минеральных частиц), а также дисперсность минеральных частиц, находящихся в межпоровом пространстве. Процесс образования припленочного слоя из минеральных частиц, так называемый процесс минерализации пен, связан в случае нейтральной поверхности частиц с механическим упрочнением - бронированием пленок пены, а в случае заряженной поверхности минеральных частиц с хемосорбционными процессами между молекулами ПАВ и частицами. Эффективность действия минеральных добавок на пену определяется их зарядом поверхности, дисперсностью и формой частиц, и суммарной энергией электростатического взаимодействия.
Наблюдается сильное хемосорбционное взаимодействие между заряженными воздушными пузырьками и минеральными частицами, которое подтверждается данными поверхностного натяжения растворов пенообразователей, значением дзета-потенциала и рН в присутствии минеральных добавок с различными поверхностными зарядами. При взаимодействии между заряженными поверхностями воздушных пузырьков и минеральными частицами образуется припленочный слой с двойным электрическим зарядом. Значение заряда припленочного слоя и определяет в дальнейшем скорость формирования гидратных новообразований в межпоровом пространстве и их структуру. Взаимодействие в системе минеральные частицы-пена, обусловленное процессами хемосорбции, определяет устойчивость пенобетонных смесей. Хемосорбционные процессы значительно влияют на формирование структуры, устойчивость, время жизни и кратность пен в системе минеральные частицы-пена.
8. В результате комплексных исследований установлено, что в зависимости от природы пенообразующего ПАВ идет селективная адсорбция ПАВ на минеральных частицах и на продуктах их гидратации с изменением скорости гидратации и морфологии образующихся гидратных новообразований. Установлено, что в присутствии синтетических пенообразующих ПАВ отвердевание вяжущего осуществляется по ионно-диффузионному сквозьрастворному механизму массопереноса, в результате которого образуются мелкодисперсные продукты гидратации. В присутствии пептидных пенообразователей отвердевание идет по топохимическому механизму с образованием крупных кристаллогидратов четкой кристаллизации.
9. Стабильные и наиболее устойчивые пены получены путем их минерализации с применением добавок, имеющих отрицательный (кремнезем) или слабо отрицательный (карбонатные породы) заряд поверхности. При использовании синтетических низкомолекулярных анионактивных ПАВ следует формировать припленочный слой из минеральных частиц со слабовыраженным зарядом поверхности. В этом случае припленочный слой будет формироваться только за счет механического бронирования заряженной поверхности пенной пленки нейтральными тонкодисперсными частицами.
10. Показано, что пеноминеральные системы являются реологически сложными упруговязкопластическими телами с пределом текучести 2- 100 Па. Результаты исследований по определению реологических характеристик двух- и трехфазных пен показали, что эффективная вязкость пеномассы с введением в нее высокодисперсной минеральной фазы увеличивается за счет увеличения вязкости раствора, находящегося в пузырьковых пленках, а кинетической единицей вязкого течения являются пузырьки пены, которые стремятся к энергетически стойкой сферической форме. Течение таких систем наблюдается в структурном режиме с широким ядром течения, в пределах которого скорость постоянна, а градиент скорости сдвига сосредоточен в узком пристенном слое. Установлены пределы градиента скорости сдвига для такого структурного режима течения и для течения, при котором происходит дробление целостного ядра потока на отдельные кластеры, размер которых уменьшается по мере роста скорости сдвига вплоть до полного распада пеноцементной массы на отдельные слабосвязанные пузырьки.
При напряжении сдвига, которое меньше предела текучести, пеноцементные растворы испытывают упругие деформации при практическом отсутствии вязкого течения. При увеличении водоцементного отношения и дозировки пенообразователя область чисто упругих деформаций сокращается. С повышением В/ - на реограммах отмечаются выпуклые петли гистерезиса, что свидетельствует о тиксотропном восстановлении структуры смесей. Такие выводы позволили рекомендовать производителям для обеспечения сохранности реологических свойств пенобетонных смесей на заключительной стадии приготовления и транспортирования пеноцементных растворов подачу смесей на формование производить в структурном режиме. Разработаны реологические тесты, которые являются эффективным инструментом оптимизации и контроля технологических процессов получения пенобетона.
11. Выявлены зависимости подвижности пеноцементных смесей от В/ - и дисперсности цемента. Установлено, что на тонкодисперсных цементах получаются более подвижные смеси, обеспечивающие высокую гомогенизацию пеноцементных смесей. Для повышения устойчивости пеноцементных смесей рекомендуется дополнительно применять тонкодисперсные минеральные добавки с нейтральным зарядом поверхности, которые одновременно закупоривают каналы Плато, способствуют ускорению процесса структурообразования системы, и тем самым сокращают сроки распалубки.
12. Выявлен механизм образования поризованного цементного камня оптимальной структуры как основы неавтоклавных пенобетонов с экстремальными значениями физико-механических свойств, заключающийся в образовании плотных кристаллических структур гидратных новообразований в межпоровом пространстве, которые предопределяются химическим взаимодействием между молекулами ПАВ и цементными частицами.
Установлено, что ПАВ, входящие в состав пенообразователей, влияют на скорость и последовательность процессов гидратации клинкерных минералов и цемента, а также на морфологию образующихся кристаллогидратов. В процессе гидратации цемента в присутствии пептидного пенообразователя наблюдается образование крупных призматических кристаллов эттрингита. При гидратации цемента в присутствии синтетического анионактивного пенообразователя продукты взаимодействия представлены гелеобразными и нитевидными новообразованиями. Отмеченные различия позволяют объяснить пониженную прочность равноплотных пенобетонов на синтетических пенообразователях в сравнении с пенобетонами на основе пептидных пенообразователей. Показано, что при создании композиционных поризованных материалов необходимо знать особенности структуры сырьевых компонентов и состава смесей, которые следует учитывать при разработке технологических процессов, и которые позволяют снижать энергозатраты и оптимизировать свойства конечного материала с учетом его функционального назначения.
13. Сформулированы требования к сырьевым материалам для производства пенобетонов. Основными требованиями к цементу для производства теплоизоляционного пенобетона являются: отсутствие минеральных добавок в его составе, содержание трехкальциевого алюмината до 6 мас.%, высокая дисперсность (содержание частиц до 45 мкм не менее 75 мас.%, в том числе содержание частиц размером до 10 мкм не менее 10% или удельная поверхность 400-450 м2/кг), сроки схватывания: начало не позднее 1-30 ч, конец - не позднее 3 час. Потери при прокаливании не должны превышать 0,5 мас.%. Основными требованиями к пенообразователю для производства теплоизоляционных пенобетонов являются: высокие значения поверхностного натяжения и низкая адсорбционная активность к цементным частицам, что присуще пептидным пенообразователям.
14. Установлено, что эффективность действия минеральных добавок повышается при определенной последовательности ввода этой добавки в состав смеси. Минеральные добавки способствуют повышению устойчивости пеноцементноминеральной смеси, формированию более мелкопористой структуры и увеличению прочностных характеристик поризованного цементного камня.
Применение минеральных добавок в качестве стабилизаторов пенной структуры и модификаторов пористой структуры реализовано при выпуске пенобетонов низких плотностей. Показано, что прочность пенобетона с применением до 15 мас.% карбонатных пород увеличивается на 15-20% без ухудшения всех остальных физико-механических показателей пенобетона.
15. Установлено, что в производственных условиях для каждой конкретной технологии следует правильно выбирать вид пенообразователя. Для технологии с одновременным перемешиванием и воздухововлечением под давлением важна динамическая структурная устойчивость системы. При использовании синтетических пенообразователей давление, создаваемое в воздушных пузырьках Рw, будет дополнительно увеличивать несущую способность пены. Для управления поверхностной энергией системы рекомендуется вводить минеральные добавки со слабовыраженной отрицательно заряженной поверхностью в определенной последовательности.
Для технологий с раздельным приготовлением пены и цементного раствора ответственным процессом является процесс смешивания вязкопластичного цементного раствора и упруговязкой пены. Для обеспечения высокой гомогенности смеси необходимо вначале разрушить пространственную структурную сетку цементного раствора и в ней равномерно распределить упруговязкую пену. При перемешивании становится важным такой показатель пен, как структурно-механическая прочность, т.е. устойчивость пен к механическому воздействию на пенную пленку. Для улучшения процесса перемешивания пену необходимо получать в пеногенераторах под высоким давлением, что понизит ее упруговязкие свойства, и вводить ее в цементный раствор также под давлением по методу лобжатие-релаксация.
Таким образом, разрушение пространственной структурной сетки цементного раствора и распределение его между прослойками пены на стадии перемешивания, и начальный этап структурообразования после снятия механических воздействий, становятся главным принципом физико-химического и физико-механического управлений структурнореологическими свойствами системы и достижений условий квазиравновесного состояния и получения оптимальных пористых структур по форме приближающейся к сотовой.
17. Выявлен характер разрушения оптимальной пористой структуры через складывание арочных структур по типу домино с уменьшением высоты образца на 1/3. Установлено, что пенобетон по характеру разрушения можно отнести к упругопластичным системам, которые имеют особенность механического поведения под нагрузкой. Такая особенность определена как закритическая стадия деформирования материала, которая характеризуется снижением уровня напряжений при прогрессирующих деформациях. Наличие закритической стадии деформирования под нагрузкой можно принять в качестве критерия при установлении оптимальности пористых структур. Неоптимальные структуры разрушаются с 4-10% уменьшением высоты образца и, как правило, прочность таких структур в 1,5-2 раза ниже. Оптимально созданные структуры обладают повышенными показателями долговечности, такими как водопоглощение, морозостойкость, сорбционная влажность, имеют низкие значения теплопроводности и усадочных деформаций.
18. Научно обоснованы и разработаны рецептуры новых видов синтетических пенообразователей. Составы пенообразователей защищены патентами. Научно обоснована и разработана новая оригинальная малоэнергоемкая одностадийная технология, позволяющая получать пенобетоны на синтетических пенообразователях с оптимальными физико-механическими свойствами. Полученные изделия имеют более высокие показатели качества, а себестоимость почти в два раза ниже, в сравнении с традиционной растворной технологией получения пенобетона. Научно обоснованы и внедрены на ряде предприятий технологические рекомендации и нормативные документы при производстве пенобетона и изделий из него по методу лобжатие-релаксация. Внедрение результатов диссертационной работы позволило получить значительный экономический и социальный эффекты.
Основное содержание работы опубликовано в следующих научных трудах:
1. Лугинина, И.Г. Новые пути использования доломитов и магнезиальных известняков в технологии специальных цементов / И.Г. Лугинина, Н.В. Литвишкова, Л.Д. Шахова // Известия вузов. Строительство. - 1998. - №4Ц5. - С. 60Ц65.
2. Смоликов, А.А. Влияние -олефинсульфонатов на реологические характеристики пеноцементных смесей / А.А. Смоликов, Л.Д. Шахова, Л.Х. Загороднюк и др. // Энерго-и ресурсосбережение в производстве цемента и других вяжущих материалов: Сб. науч. тр., Белгород, 1997. - С.137Ц141.
3. Лугинина, И.Г. Магнезиальные высокожелезистые цементы /И.Г. Лугинина, Л.Д Шахова // Цемент. - 1986. - №1. - С. 12Ц13.
4. Шахова, Л.Д. Изучение процессов гидратации клинкерных минералов на ранних стадиях в присутствии ПАВ / Л.Д. Шахова, В.М. Коновалов, А.А. Смоликов и др. // Энерго-и ресурсосбережение в производстве цемента и других вяжущих материалов: Сб. науч. тр., Белгород, 1997.
- С. 184Ц186.
5. Лугинина, И.Г. Применение мессбауэровской спектроскопии для исследования катионных замещений в решетке двухкальциевого феррита /И.Г. Лугинина, И.И. Мирошниченко, С.Ф. Миндолин, Л.Д. Шахова //Междунар. съезд по строительным материалам и силикатам ИБАУЗИЛ: Сб.тр. - ГДР, Веймар, 1988. - С. 177Ц178.
6. Лугинина, И.Г. Особенности получения цемента, пригодного для окомкования железорудных концентратов / И.Г. Лугинина, Л.Д. Шахова // Изв. Ак. наук СССР Неорганические материалы. - 1988. - Т.24. - №6. - С.1035Ц1038.
7. Шахова, Л.Д. Сточные асбестоцементные отходы в производстве цемента / Л.Д. Шахова // Цемент. - 1993. - №2. - С. 26Ц28.
8. Шахова, Л.Д. Свойства пенобетонов на новых видах пенообразователей / Л.Д. Шахова, В.М. Коновалов, А.А. Смоликов и др. // Энерго-и ресурсосбережение в производстве цемента и других вяжущих материалов: Сб. науч. тр., Белгород, 1997. - С. 186Ц189.
9. Шахова, Л.Д. Реологические свойства пластифицированных цементно-песчаных и известково-песчаных смесей / Л.Д. Шахова, А.А.
Смоликов, Н.А. Шаповалов и др // Вопросы проектирования, эксплуатации технических систем в металлургии, машиностроении, строительстве: Сб.тр. Междунар. науч.-техн. конф. - Старый Оскол, МИСиС, 1999.
- Ч.IV. - С. 56Ц57.
10. Шахова, Л.Д. Разработка промышленной технологии производства пенобетона на отечественных товарных синтетических пенообразователях / Л.Д. Шахова, А.А. Смоликов и др. // Вопросы проектирования, эксплуатации технических систем в металлургии, машиностроении, строительстве: Сб. тр. Междунар. науч.-техн. конф. - Старый Оскол, МИСиС,1999. - Ч.IV. - С. 61Ц62.
11. Шахова, Л.Д. Изучение процессов гидратации клинкерных минералов с добавками пенообразователей различной природы / Л.Д. Шахова, В.Н. Тарасенко и др //II Международное совещание по химии и технологии цемента: Сб. тр. - СПб, Изд-во ЦПО Информатизация образования, 2000. - Т.III. - С. 70Ц73.
12. Шахова, Л.Д. Модифицирующие добавки для пенобетонов / Л.Д.
Шахова, В.В. Балясников, А.В. Востриков // Энерго- и ресурсосберегающие технологии в промышленности строительных материалов: Сб.
докл. Междунар. науч.-практич. конф. УКачество, безопасность, энерго- и ресурсосбережение в промышленности строительных материалов и строительстве на пороге ХХI века. - Белгород: Изд-во БеГТАСМ, 2000. - Ч.I. - С. 359Ц365.
13. Шахова, Л.Д. Фазовый состав поризованного цементного камня / Л.Д. Шахова, В.Н. Тарасенко, В.В. Балясников // Энерго- и ресурсосберегающие технологии в промышленности строительных материалов:
Сб. докл. Междунар. науч.-практ. конф. УКачество, безопасность, энерго- и ресурсосбережение в промышленности строительных материалов и строительстве на пороге ХХI века. - Белгород: Изд-во БеГТАСМ, 2000. - Ч.I. - С. 366Ц370.
14. Шахова, Л.Д. Адсорбционные явления в цементных суспензиях / Л.Д. Шахова, В.В. Балясников, О.В. Скоробогатько и др // Энерго- и ресурсосберегающие технологии в промышленности строительных материалов: Сб. докл. Междунар. науч.-прак. конф. УКачество, безопасность, энерго- и ресурсосбережение в промышленности строительных материалов и строительстве на пороге ХХI века. - Белгород: Изд-во БеГТАСМ, 2000. - Ч.I. - С. 371Ц377.
15. Шахова, Л.Д. Исследование влияния природы пенообразователя на процесс гидратации С3А микроскопическим методом / Л.Д. Шахова, Т.И. Черная, Л.Л Нестерова //Современные проблемы строительного материаловедения: Мат. 7-х академ. чтений РААСН. - 2001. - Ч.1.
- С. 612Ц616.
16. Шахова Л.Д. Влияние извести на состав продуктов гидратации и структурообразование поризованного камня /Л.Д. Шахова, Т.И. Черная, В.В. Балясников // Композиционные строительные материалы. Теория и практика: Сб. науч. тр. Междунар. научн.-техн. конф., Пенза, 2001. - Ч.II. - С.141Ц142.
17. Шахова, Л.Д. Исследование микроскопическим методом влияния природы пенообразователя на процесс гидратации С3S / Л.Д. Шахова, Т.И. Черная, Л.Л Нестерова // Современные проблемы строительного материаловедения: Мат. III Междунар. науч.-практ. конф.-шк.- сем.
мол. учен., асп. и докторантов, Белгород: Изд-во БеГТАСМ, 2001.
- Ч.1. - С.304Ц308.
18. Шахова, Л.Д. Влияние извести на состав продуктов гидратации и структурообразование поризованного камня / Л.Д. Шахова, Т.И. Черная // Композиционные строительные материалы. Теория и практика: сб.
науч. тр. Междунар. научно-техн конф., - Пенза, 2001. - Ч II. - С. 46Ц50.
19. Шахова, Л.Д. Физико-химические процессы в аэрированных пеноцементных системах /Л.Д. Шахова, В.В. Балясников, Т.И. Черная // Тр.
НГАСУ. - Новосибирск : НГАСУ, 2002. ЦТ.5. ЦВып. 2(17). - С. 102Ц107.
20. Шахова, Л.Д. Исследование влияния природы пенообразователя на процесс гидратации С3А в присутствии гипса микроскопическим методом /Л.Д. Шахова, Т.И. Черная, Л.Л Нестерова // Тр. НГАСУ. - Новосибирск : НГАСУ. - 2002. - Т.5. - Вып. 2(17). - С. 108Ц112.
21. Шахова, Л.Д. Пенообразователи для ячеистых бетонов /Л.Д. Шахова, В.В Балясников // Белгород: Изд-во СК типография, 2002. Ц147 с.
22. Шахова, Л.Д. Исследование процессов гидратации цемента в присутствии различных затворителей микроскопическим методом /Л.Д.
Шахова, Т.И. Черная, Л.Л Нестерова // Архитектура. Строительство.
Инженерные системы: Сб. научн. тр. - Магнитогорск: МГТУ. - 2002. - Ч.2. - С.24Ц31.
23. Шахова, Л.Д. Ускорители твердения неавтоклавного ячеистого бетона / Л.Д. Шахова, Т.И. Черная, А.Е. Хребтов // Рациональные энергосберегающие конструкции, здания и сооружения в строительстве и коммунальном хозяйстве: Сб. тр. Междунар. научно-практич.конф. - Белгород: Изд-во БеГТАСМ, 2002. - Ч.2. - С.229Ц234.
24. Шахова, Л.Д. Поверхностные явления в трехфазных дисперсных системах / Л.Д. Шахова // Вестник БГТУ Пенобетон-2003. - Белгород:
Изд-во БГТУ. - 2003. - №4. - С.53Ц59.
25. Рахимбаев, Ш.М. Реологические свойства пеноцементных систем с добавкой анионного пенообразователя / Ш.М. Рахимбаев, Л.Д. Шахова, Д.В. Твердохлебов // Вестник БГТУ Пенобетон-2003. - Белгород:
Изд-во БГТУ. - 2003. - №4. - С.6Ц14.
26. Шахова, Л.Д. Особенности структурообразования поризованного камня при гидратации СзS в присутствии пенообразователей различной природы / Л.Д. Шахова, Т.И. Черная, А.Е. Хребтов // Теория и практика производства и применения ячеистого бетона: Сб. тр. 1-го Междунар.
научно-практ. сем. - Днепропетровск, Изд-во ПГСА, 2003. - С.68Ц72.
27. Шахова, Л.Д. Влияние вида пенообразователя на процесс гидратации в пеноцементных системах /Л.Д. Шахова // Современные технологии в промышленности строительных материалов и стройиндустрии:
мат. Междунар. конгресса. - Белгород, Вестник БГТУ №5: Изд-во БГТУ, 2003. - Ч.2. - С.270 - 273.
28. Шахова, Л.Д. Пенобетоны на гидрофобных цементах / Л.Д. Шахова, А.Е. Хребтов, А.Ю. Рубан // Современные технологии в промышленности строительных материалов и стройиндустрии: мат. Междунар. конгресса. - Белгород, Вестник БГТУ №5: Изд-во БГТУ, 2003. - Ч.1. - С.420Ц423.
29. Шахова, Л.Д. Влияние пористой структуры пенобетона на его теплопроводность / Л.Д. Шахова, Е.С. Черноситова, И.Б. Хрулев //Современные технологии в промышленности строительных материалов и стройиндустрии: Мат. Междунар. конгресса. - Белгород, Вестник БГТУ №5: Изд-во БГТУ. - 2003. - Ч.1. - С.195Ц198.
30. Шахова, Л.Д. Некоторые аспекты исследований структурообразования ячеистых бетонов неавтоклавного твердения /Л.Д. Шахова // Строительные материалы. Наука. - 2003. - №2. - С.4Ц7.
31. Шахова, Л.Д.. Теплоизоляционный пенобетон на синтетических пенообразователях / Л.Д. Шахова, С.А. Самборский и др. // Ячеистые бетоны в современном строительстве: Сб. докл. Междунар. научнопракт. конф. - СПб. - 2004. - С.17Ц21.
32. Шахова, Л.Д. Физико-химические особенности технологии пенобетона на синтетических пенообразователях /Л.Д. Шахова // Бетон и железобетон в третьем тысячелетии: Сб. тр. 3-й Междунар. научно-практ.
конф. - Ростов-на Дону: Изд-во РГСУ, Ц2004. - Т.2. - С.701Ц707.
33. Шахова, Л.Д. Получение сверхлегких пенобетонов / Л.Д. Шахова, С.А. Самборский, Е.С. Черноситова // Бетон и железобетон в третьем тысячелетии: Сб. тр. 3-й Междунар. научно-практ. конф. - Ростов-на Дону: Изд-во РГСУ, Ц2004. - Т.2. - С.708Ц710.
34. Шахова, Л.Д. Получение пенобетона на гидрофобных песках /Л.Д.
Шахова, А.Е. Хребтов, Е.С. Черноситова //Бетон и железобетон в третьем тысячелетии: Сб. тр. 3-й Междунар. научно-практ. конф. - Ростов-на Дону: Изд-во РГСУ, Ц2004. - Т.2. - С.711Ц714.
35. Шахова, Л.Д. Роль цемента в технологии пенобетонов / Л.Д. Шахова, Е.С. Черноситова, Ш.М. Рахимбаев и др. // Строительные материалы. Ц2005.Ц№1, - С. 42Ц44.
36. Шахова, Л.Д. Фазовый состав и микроструктура цементного поризованного камня / Л.Д. Шахова, Е.С. Черноситова, Л.Л. Нестерова // Цемент и его применение. - 2005. - №1, с.60Ц62.
37. Шахова, Л.Д. Влияние природы пенообразователя на устойчивость пенобетонных смесей / Л.Д. Шахова, Е.С. Черноситова //Поробетон2005: Сб.тр. Междунар. науч.-практ. конф. - Белгород: Изд-во БГТУ им.
В.Г. Шухова.Ц2005. - С. 119Ц127.
38. Шахова, Л.Д. Ускорение твердения пенобетонов / Л.Д. Шахова, Е.С.
Черноситова // Строительные материалы, 2005. - №5. - С. 3 - 7.
39. Шахова, Л.Д. Применение математического планирования эксперимента при получении теплоизоляционного пенобетона / Л.Д. Шахова, Е.С. Черноситова // Композиционные строительные материалы. Теория и практика. Юбилейная Междунар. научно-практич. конф.: Сб. науч.тр.
- Пенза, 2004, - С. 326 Ц329.
40. Шахова, Л.Д. Схемы гидратации основных клинкерных минералов в присутствии пенообразователей /Л.Д. Шахова, Л.Л. Нестерова, Е.С.
Черноситова // Современные технологии в промышленности строительных материалов и стройиндустрии: Сб. науч. тр. Междунар. научнопрактич. конф. - Белгород, Вестник БГТУ им. В.Г. Шухова. Ц2005. - №9. - С.258Ц261.
41. Шахова, Л.Д. Реологические характеристики пенобетонных смесей / Л.Д. Шахова, Е.С. Черноситова // Теория и практика производства и применения ячеистого бетона в строительстве: Сб. науч. тр. Днепропетровск: ПГАСА, 2005. - Вып.2. - С.89 - 94.
42. Шахова, Л.Д. Структура теплоизоляционных пенобетонов /Л.Д.
Шахова // Будiвельнi матерiалы, вироби та санiтарна технiка: научнотехн.сб. - Киев, 2007. - Вып. 24. - С. 109Ц118.
43. Шахова, Л.Д. Роль пенообразователей в технологии пенобетонов /Л.Д. Шахова // Строительные материалы. - 2007. - № 4. - С. 16Ц19.
44. Шахова, Л.Д. Сопоставление расчетных и экспериментальных значений теплопроводности пенобетонов /Л.Д. Шахова, Е.С. Черноситова, Д.В.Гончаров // Строительные материалы. - 2007. - №8. - С.36Ц37.
45. Самборский, С.А. Некоторые важные аспекты при выборе технологии для производства пенобетона / С.А. Самборский, И.А. Иванов, В.М.
Жмыхов, Л.Д. Шахова // Пенобетон-2007: Сб. докл. Междунар. научнопракт. конф.. - СПб, 2007. - С.107Ц117.
46. Шахова, Л.Д. Создание оптимальных поризованных структур пенобетона / Л.Д. Шахова, С.А. Самборский // Мат. Междунар. научнопракт. конф. Пенобетон-2007. - СПб, 2007. - С.41Ц47.
47. Шахова Л.Д. Сравнительная характеристика пенообразователей для ячеистых бетонов / Л.Д. Шахова, Т.А. Пирогова //Научные исследования, наносистемы и ресурсосберегающие технологии в стройиндустрии (ХVIII науч.чтения): Сб. докл. Междунар. научно-практич. конф. - Белгород: Изд-во БГТУ им. В.Г. Шухова, 2007. - Ч.1. - С.319Ц323.
48. Шахова Л.Д. Теплоизоляционные пенобетоны на активированном цементе/ Л.Д. Шахова, Т.А. Пирогова //Научные исследования, наносистемы и ресурсосберегающие технологии в стройиндустрии (ХVIII науч.чтения): Сб. докл. Междунар. научно-практич. конф. - Белгород:
Изд-во БГТУ им. В.Г. Шухова, 2007. - Ч.1. - С.324Ц328.
По материалам диссертационной работы получены патенты:
49. Пат. РФ 2199508 приоритет от 21.11.2000 Пенообразователь для изготовления ячеистых бетонов / Шахова Л.Д., Балясников В.В., Коновалов В.М., опубл. Б.И., 2003, №50. Пат. РФ 2199509 приоритет от 21.11.2000 Пенообразователь для изготовления ячеистых бетонов (варианты) / Шахова Л.Д., Балясников В.В., Коновалов В.М., опубл. Б.И., 2003, №51. Пат. РФ 2199508 приоритет от 20.04.2004 Способ получения ячеистого бетона / Шахова Л.Д., Хребтов А.С., Черноситова Е.С., опубл.
Б.И., 2004, №6.
Авторефераты по всем темам >>
Авторефераты по техническим специальностям