К.т.н. Курманбекова Э.Б.

Международная образовательная корпорация (КазГАСА), Казахстан

Ускорение твердения арболита электропрогревом и тепловлажностной обработкой

Большое значение для арболита, как и для бетона, имеет ускорение его твердения, позволяющее сокращать сроки его выдерживания, увеличивать производительность предприятий по изготовлению изделий из арболита, сокращать сроки оборачиваемости форм. В настоящее время нет данных об эффективных способах электропрогрева арболитов. Быструю обработку арболита ведут переменным электрическим током и постоянным знакопеременным током с изменением направления движения тока через каждые 2 минуты.

Постоянный электрический ток обуславливает электролиз воды, с разложением на кислород и водород. Наряду с электролизом при обработке арболита постоянным током имеет место явление электроосмоса, т.е. передвижение жидкой фазы от анода к катоду.

При прохождении постоянного электрического тока через арболитовую смесь имеет место еще одно явление – электрофорез, т.е. движение дисперсных твердых частиц, пузырьков газа и коллоидных частиц в жидкой или газообразной среде под действием внешнего электрического поля.

Обработку арболита переменным и постоянным знакопеременным током в описываемых опытах проводили в одинаковых условиях. Так, например, при обработке арболита в течение 40 минут, начальная температура арболита в обоих случаях была 20 ⁰С, а конечная – 35 ⁰С. Плотность тока в начале обработки составляла: при постоянном токе – 0,0038 ом/см², а при переменном – 0,0028 ом/см², плотность тока в конце обработки – соответственно – 0,005 ом/см² и 0,0047 ом/см², обработку арболита электрическим током проводили при напряжении 60 вольт.

В процессе обработки переменным током у арболита с добавкой CaCl₂ температура поднималась быстрее, чем у арболита с добавкой жидкого стекла. Так, при обработке переменным током различие в температурах через 40 минут после начала обработки составляло 9 ⁰С (арболита с CaCl₂ – 34 ⁰С, а с жидким стеклом – 23 ⁰С).

Сравнивая нарастание прочности арболита во времени, обработанного постоянным и переменным током при температуре 35⁰С в течение 40 минут, в соответствии с рисунком 1, обработка постоянным током не дает никаких преимуществ по сравнению с обработкой переменным.

Рисунок 1 – Изменение прочности арболита с добавками при обработке электропрогревом в течение 40 мин при температуре 35 ⁰С

Напротив, арболит, обработанный переменным током, приобретает большую прочность. Так, арболит с добавлением жидкого стекла достиг прочности в 28 суточном возрасте после обработки постоянным током 2,12 МПа, а после обработки переменным током – 2,31 МПа. В этом же возрасте арболит с добавкой хлористого кальция, обработанный постоянным током, приобрел прочность, равную 2,02 МПа, а обработанный переменным током – 2,15 МПа.

При обработке арболита постоянным электрическим током у электродов наблюдается выделение газа в виде пузырьков, что свидетельствует о разложении воды на составляющие вследствие электролиза.

Как видно из приведенных данных, арболит, обработанный постоянным током, не имеет преимуществ в нарастании прочности по сравнению с арболитом, обработанным переменным током. Следовательно, утверждение о существенном положительном влиянии на прочность арболита электрофоретических и электроосмотических явлений – не подтверждается.

Арболит, обработанный в течение 2-х часов, как переменным, так и постоянным током при температуре 35 ⁰С, существенного различия в прочности на сжатие не имел (рисунок 2). Например, в 7 суточном возрасте образцы с добавками жидкого стекла, обработанные переменным и постоянным током, приобрели прочность соответственно 0,83 МПа и 0,8 МПа, а с добавками хлористого кальция – соответственно 0,9 МПа и 0,82 МПа.

Рисунок 2 - Изменение прочности арболита с добавками при обработке электропрогревом в течение 2 часов при температуре 35 ⁰С

На рисунке 3 представлен график нарастания прочности бетона с добавками жидкого стекла и хлористого кальция, прогретого при температуре 60 ⁰С сразу после изготовления и выдержанного перед прогревом в естественных условиях в течение 2 часов.

Рисунок 3 - Изменение прочности арболита с добавками при обработке электропрогревом при температуре 60 ⁰С

Как видно из графика, большую прочность почти во все сроки твердения приобрел арболит, выдержанный перед прогревом в течение 2-х часов.

На рисунке 4 приведен график изменения прочности арболита, пропаренного при температуре 35 ⁰С в течение 40 минут и 2 часов. Арболит с содержанием добавки жидкого стекла, пропаренный в течение 40 минут и 2 часов, в 28 суточном возрасте имел прочность соответственно 1,2 МПа и 1,3 МПа, а с добавкой хлористого кальция – 1,5 МПа и 1,4 МПа.

Изменение прочности арболита, пропаренного при температуре 60 ⁰С в течение 2 часов, показано на графике рисунка 5. Арболит, выдержанный перед пропариванием в течение 2 часов, имел прочность выше, чем арболит, пропаренный без предварительной выдержки.

Арболит с добавкой хлористого кальция, пропаренный без предварительной выдержки, в 28 суточном возрасте имел прочность равную 0,5 МПа, в то время как арболит с этой же добавкой, но пропаренный через 2 часа после изготовления, имел прочность – 0,9 МПа. С возрастанием срока твердения образцов разница в прочности увеличивается.

Рисунок 4 – Характер изменения прочности арболита, пропаренного при температуре 35 ⁰С

Рисунок 5 – Влияние времени выдержки на прочность арболита, пропаренного при температуре 60 ⁰С

Из графиков, приведенных на рисунках 4 и 5, видно, что прочность арболита, пропаренного при температуре 35 ⁰С, выше, чем пропаренного при температуре 60 ⁰С. Время пропаривания при температуре 35 ⁰С не оказывает существенного влияния на прочность арболита. Образцы, пропаренные при температуре 60 ⁰С с предварительной выдержкой в течение 2 часов, имеют большую прочность по сравнению с образцами, пропаренными сразу же после формования.

Как следует из полученных результатов, на динамику набора прочности арболита существенное влияние оказывают добавки. Наиболее эффективным способом обработки арболита с содержанием хлористого кальция при температуре 35 ⁰С является пропаривание, а для арболита с содержанием жидкого стекла – обработка переменным электрическим током.

Для арболита с содержанием хлористого кальция, прогретого при температуре 60 ⁰С, лучшие результаты прочности наблюдались после обработки переменным током, а для арболита с содержанием жидкого стекла и выдержанного предварительно перед прогревом в течение 2 часов лучшие показатели по прочности достигнуты после тепловлажностной обработки. У арболита с содержанием жидкого стекла, прогретого при температуре 60 ⁰С, но без предварительной выдержки лучшие результаты были получены после обработки переменным током.

В таблице 1 приведены результаты исследований влияния комплексной обработки арболита на его скорость твердения и прочностные показатели.

Таблица 1 – Влияние комплексной обработки арболита на его ускорение твердения и прочность при сжатии

Вид обработки и условия твердения	Прочность арболита при сжатии, МПа, через:
	сутки	3 суток	14 суток	28 суток
контрольные образцы при t = 18 ^0C, φ = 60 %	0,31	0,9	1,49	2,4
электропрогрев при t = 45 ^0С	1,15	1,7	2,3	3,3
тепловая обработка при t = 45 ^0С, φ = 60 %	1,24	1,85	2,56	3,83

По проведенным исследованиям можно сделать следующие выводы:

- применение при производстве арболита комплексных мероприятий дает весьма ощутимы эффект по повышению его прочности как в ранние сроки твердения, так и в возрасте 28 суток. Термическая обработка рисовой лузги, а также комплексной добавкой, состоящей из жидкого натриевого стекла и хлористого кальция с последующей тепловой обработкой, повышается прочность в сравнении с контрольными образцами в 4 раза в суточном возрасте и, примерно, в 2 раза в 28 суточном ваозрасте;

- наиболее эффективной тепловой обработкой арболита является прогрев изделий при температуре 45 ⁰С и относительной влажности воздуха 60 %;

- оптимальным режимом тепловой обработки при электропрогреве переменным током следует считать: предварительное выдерживание изделий – 2 часа, прогрев – 2 часа.

Комплексное воздействие на процессы ускорения твердения арболита является наиболее эффективной и открывает возможность существенного повышения производительности предприятий, а также снижения расхода цемента при одновременном улучшении качества арболита.