Диссертация (1141449), страница 37
Текст из файла (страница 37)
Подъем давления в автоклаве составлял 1,5 час, сброс225давления 1,5 час. Средняя плотность испытанных образов составляла 700 кг/м3.После обработки экспериментальных данных получено уравнение регрессии:Rсж = 22,23 + 2,43x1 – 0,81(x12 – 0,725) – 1,38(x22 – 0,725)Согласно полученной модели предел прочности при сжатии не зависит отдавления автоклавирования в интервале 0,6–1 МПа.
Существенное влияние напрочность оказывает содержание извести и время изотермической выдержки из-Предел прочности при сжатии, МПаделий в автоклаве (Рисунок 5.9).СодержаниеСаО, мас. %Время изотермической выдержки, минРисунок 5.9 – Предел прочности при сжатии ячеистых бетонов на основе суглинка КМАпробы № 36 в зависимости от времени изотермической выдержки и содержания CaOЯчеистый бетон достигает максимальной прочности в течение 150 мин изотермической выдержки. Это обусловлено, вероятно, тем, что за это время происходит формирование и кристаллизация рациональной микроструктуры цементирующего соединения.В дальнейшем за счет перекристаллизации и изменении микроструктурыпрочность снижается. За 150 мин при содержании CaO 18 и 26 мас.
% прочностьувеличивается, соответственно, с 19,21 до 20,6 МПа (на 7,2 %) и с 24,06 до 25,45МПа (на 5,8 %).226Рациональное содержание извести составляет 22–24 мас. %. При этом времяизотермической выдержки сокращается в 2–3 раза в сравнении с изделиями наоснове традиционного сырья и составляет около 2,5 ч.Установлено, что для всех исследуемых образцов характерно полное связывание гидроксида кальция, что доказывает высокую реакционную способностьсуглинка. Фазовый состав новообразований состоит в основном из низкоосновных гидросиликатов кальция (эндотермический эффект при 130С и экзотермический эффект в интервале температур 850–860С) (Рисунок 5.10).а)б)Рисунок 5.10 – Термограммы (а) и рентгенограммы (б) поризованных образцов:содержание CaO, мас.
%: 1, 2, 3 – 18; 4, 5, 6 – 26; время изотермической выдержки, час:1, 4 – 4; 2, 5 – 2,5; давление пара в автоклаве, атм: 1, 3, 4, 6 – 10; 2, 5 – 8Зафиксировано также образование гидрогранатов (рефлексы 5,00; 2,74; 1,99Å и эндотермический эффект при 360С), состав которых соответствует формулеC3AS1,4H3,2. Гидрогранаты оптимизируют микроструктуру цементирующего соединения.Ячеистый бетон на основе супеси КМА. Учитывая, что на территорииКурской магнитной аномалии широко распространены глинистые породы с низкой пластичностью, относящиеся к супесям, было изучена возможность их использования для производства конструкционно-теплоизоляционных материалов.227Для изготовления газобетона бетона использовали супесь КМА и вяжущее, полученное совместным помолом породы и извести (Sуд = 500 м2/кг). Высокая дисперсность супеси (Sуд = 110–140 м2/г) позволила исключить ее предварительныйпомол при изготовлении сырьевой смеси.
Соотношение супеси и извести С приняли 1,0; 1,5 и 2,0. Активность сырьевых смесей составляла 12–20 мас. Автоклавную обработку проводили при давлении 1,0 МПа по режиму 1,5+4+1,5 ч.Экспериментальные данные (Таблица 5.2 и Рисунок 5.11), показывают, чтос увеличением активности смеси предел прочности при сжатии образцов возрастает, достигая максимального значения при содержании СаОакт 18 мас. % и составляет 4,06 и 3,8 МПа при С равном 1,5 и 2 соответственно.Таблица 5.2 – Физико-механические характеристики ячеистого бетона на основе супеси КМАФизико-механическиехарактеристикиСодержание активного СаО, мас.
%1214161820С = 1,0Предел прочности при сжатии, МПа3,193,583,633,563,48Средняя плотность, кг/м3730715710715720Водопоглощение, %45,246,347,251,754,3Коэффициент размягчения0,870,850,880,880,79С = 1,5Предел прочности при сжатии, МПа3,143,553,874,073,97Средняя плотность, кг/м3720725720725730Водопоглощение, %44,545,343,244,147,3Коэффициент размягчения0,870,890,780,900,88С = 2,0Предел прочности при сжатии, МПа2,883,423,563,803,77Средняя плотность, кг/м3700710730720740Водопоглощение, %47,244,844,343,546,3Коэффициент размягчения0,810,840,880,860,91228Анализ зависимости прочности присжатии ячеистого бетона при С = 1 (см.рисунок 5.11, кривая 1) показывает, чторациональное содержание извести, прикоторой образцы набирают наибольшуюпрочность, составляет 16 мас.
%. Снижение прочности при С = 1 обусловлены, вероятно, тем, что при более высо-Рисунок 5.11 – Предел прочности при сжа-ких значениях В/Т растворных смесейтии образцов ячеистого бетона в зависимо-увеличивается капиллярная пористостьмежпорового материала. В характерести от содержания СаОакт при С равном: 1 –1; 2 – 1,5; 3 – 2изменения значений водопоглощения никакой определенной закономерности непрослеживается. Полученный материал по данным коэффициента размягченияявляется водостойким.Изучение возможности снижения давления и времени автоклавирования газобетона проводили с использованием метода математического планированияэксперимента. Условия планирования представлены в Таблице 5.3. После обработки экспериментальных данных получено уравнение регрессии и построенызависимости, описывающие влияние содержания СаОакт, длительности изотермической выдержки и давления автоклавирования на предел прочности при сжатииячеистых бетонов (Рисунок 5.12).
Эксперименты проводили при С = 1,5.Таблица 5.3 – Условия планирования экспериментаФакторыУровни варьированияИнтервалКод. вид–10+1варьированияСодержание СаОакт, мас. %х11618202Давление автоклавирования, МПах20,61,01,40,4Длительность изотермической выдержки, чх32583Натуральный видRсж = 4,57 – 0,01x1 + 0,73x2 + 0,52 x3 – 0,46x12 + 0,06x22 – 0,48 x32 – 0,02x1x2 – 0,16 x2x3229Максимальную прочность ячеистый бетон набирает при активности смеси18 мас. %.
Дальнейшее повышение содержания извести приводит к снижениюпрочности. Очевидно, содержание СаОакт 18 мас. % достаточно для синтеза рациональной структуры цементирующего соединения (см. рисунок 5.12, а).При повышении давления автоклавирования с 0,6 до 1,4 МПа прочность присжатии изделий возрастает, при этом прирост прочности при увеличении давления тем больше, чем меньше время запаривания (см. рисунок 5.12, б). Рациональная продолжительность изотермической выдержки составляет 5 ч (см. рисунок5.12, в). Дальнейшее увеличение времени запаривания снижает прочностные характеристики материала.а)б)Рисунок 5.12 – Предел прочности при сжатииячеистого бетона на основе супеси КМА в зависимости от содержания СаОакт (а) давленияавтоклавирования (б) и длительности изотермической выдержки (в)в)230Микроструктура цементирующего соединения изменяется в процессе автоклавирования (Рисунок 5.13).а)б)в)г)Рисунок 5.13 – Микроструктура ячеистого бетона на основе супеси КМА,автоклавированного при давлении 1 МПа, РЭМ:а, в 1000; б – 3000; г – 5000;изотермическая выдержка, ч: а, б – 5; в, г – 8При изотермической выдержке 5 ч образуются низкоосновные гидросиликаты кальция в виде тонких пластинок, вероятно, из группы тоберморита (см.
рисунок 5.13, а, б), которые также идентифицируются на рентгенограмме по отражениям 11,38–11,43 Å (Рисунок 5.14). Наблюдаемое аномальное отклонение отструктуры тоберморита 11,3 Å связано, по-видимому, с многокомпонентным составом сырья и, соответственно, формированием нестехиометрических соедине-231ний. Известно также, что часть ионов кремния, входящие в структуру кристаллической решетки тоберморита, могут замещаться ионами алюминия [183].
Изучаемая порода содержит 10,26 мас. % Al2O3, за счет которого в тоберморите происходит частичное замещение ионов Si4+ на Al3+, что уплотняет его структуру.Рисунок 5.14 – Рентгенограммы образцов, ав-Рисунок 5.15 – Термограммы образцов, авто-токлавированных при давлении 1,0 МПа иклавированных при давлении 1 МПа: 1 – кон-времени изотермической выдержки 4 ч: 1 –трольный; 2–6 – на основе супеси КМА; дли-известково-песчаный; 2–5 – на основе супесительность изотермической выдержки, ч: 1–5 –КМА; содержание СаОакт, мас.
%: 1, 2 – 14; 3 –4 ч; 6 – 6 ч; содержание СаОакт, мас. %: 1, 2 –16; 4 – 18; 5 – 2014; 3 – 16; 4, 6 – 18; 5 – 20При увеличении длительности гидротермальной обработки образовавшаясяструктура гидросиликата становится нестабильной и перекристаллизовывается вменее основный гидросиликат. На рисунке 5.13, в, г отмечаются отдельные фрагменты кристаллов, которые связанны гелевидными образованиями.
Структурацементирующего вещества разрыхляется, что приводит к снижению прочности. Вдальнейшем первоначально возникший сросток гидросиликата перекристаллизу-232ется в уже затвердевшем материале, что и приводит к снижению прочности.Можно сделать вывод, что рациональная микроструктура новообразований, обеспечивающая наибольшую прочность, формируется в течение 5 ч изотермическойвыдержки.Эндотермический эффект 120 С связан с дегидратацией слабоокристаллизованных гидросиликатов кальция. Экзотермический эффект в области 790–850С с максимумом при 830 °С принадлежит низкоосновным гидросиликатам кальция (Рисунок 5.15, кривые 2–6).Широкий температурный интервал этого эффекта низкоосновных гидросиликатов кальция и сдвиг максимума в область более высоких температур, в сравнении с ДТА контрольного образца, указывает на увеличение содержания тоберморитовых минералов, в частности «аномальных» разновидностей, структуракоторых близка к CSH(В), но проявляют экзотермический эффект при более высокой температуре.
В связи этим смещение экзотермического эффекта на кривойДТА происходит за счет наложения пиков характерных для тоберморита 11,3 Å иCSH(В). При этом, как указывают Хара и Иноу [435], «аномальные» разновидности тоберморита 11,3 Å имеют тенденцию образовывать меньшие по размерамкристаллы.По рефлексам 3,04; 2,29; 2,13 Å (см. рисунок 5.14) фиксируется карбонаткальция, присутствие которого также подтверждает эндотермический эффект при760–770 С на кривой ДТА (см. рисунок 5.15).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
