Комплексная добавка на основе углеродных нанотрубок и микрокремнезема для модификации газосиликата автоклавного твердения

Исследования, связанные с применением нанотехнологий при производстве ячеистых бетонов автоклавного твердения, не столь многочисленны. Анализ работ в области применения комплексных добавок на основе наносистем для улучшения характеристик газобетона показывает, что положительное их влияние в большой степени зависит не только от количества и соотношения компонентов этих добавок, но и от способа их приготовления и технологической последовательности введения в газобетонную смесь. Приведенные исследования продолжают предыдущие работы в области использования нанотехнологий для производства газобетона и связаны с использованием МУНТ в сочетании с микрокремнеземом МК-85 как комплексной добавки, улучшающей характеристики автоклавного газосиликата.
Для диспергации многослойных углеродных нанотрубок была спроектирована и собрана установка для диспергирования углеродных нанотрубок GraphistrengthTM C-100 в водном растворе суперпластификатора «Реламикс» циркуляционного принципа действия (рис. 1). В качестве генератора кавитации использовался вихревой теплогенератор «ВТГ 2,2 кВт» (рис. 1, b) компании ООО «ВТГ-Сервис» (г. Ижевск). Эффект гидродинамической кавитации возникает в рабочей зоне вихревого теплогенератора при взаимодействии потоков жидкости между собой и вращающейся роторной частью аппарата.

За счет гидродинамической кавитации производилась водная дисперсия УНТ GraphistrengthTM C-100 в растворе ПАВ «Реламикс» и гидроксида алюминия Al(OH)3. Время диспергирования составляло 50 мин.
Как видно из снимков микроструктуры (рис. 2) дисперсии МУНТ, степень диспергации зависит от времени диспергации, при этом увеличение времени диспергации приводит к повторной коагуляции углеродных нанотрубок (рис. 2, с), что снижает эффективность дисперсии.

В процессе диспергации углеродные нанотрубки разделялись на единичные, при этом поверхность нанотрубок покрывалась слоем ПАВ с созданием гидроксилированных отрицательно заряженных слоев.

Результаты физико-механических показателей газосиликата, модифицированного дисперсией МУНТ в сочетании с гидроксидом алюминия Al(OH)3, представлены в табл. 1. Добавка, содержащая Al(OH)3 и УНТ, приготовлена на гидродинамическом кавитаторе. Исходя из показателей, приведенных в табл. 1, модифицирование газосиликата дисперсией МУНТ совместно с гидроксидом алюминия может существенно понизить теплопроводность изделий из газосиликата, но при этом происходит снижение прочности и средней плотности газосиликата, что также отмечалось в работе. В составе комплексной добавки для повышения прочности газосиликата использовался микрокремнезем МК-85.

Микрокремнезем МК-85 является техногенным продуктом металлургического производства при выплавке ферросилиция (ТУ 14-106-709–2004 «Микрокремнезем конденсированный»). Химический состав представлен в табл. 2.

По данным рентгенофазового анализа, диоксид кремния в МК представлен в основном аморфной модификацией, что определяет роль МК в механизме взаимодействия с гидроксидом кальция и продуктами гидратации минералов цемента.

В связи с высокой дисперсностью частиц при хранении микрокремнезем подвергается уплотнению и агрегации частиц. При анализе дисперсности без предварительной диспергации средний размер агрегированных частиц микрокремнезема составляет в среднем 20 мкм (рис. 3, а), поэтому перед применением микрокремнезема в качестве модифицирующей добавки необходима диспергация агрегированных частиц, при этом средний размер частиц составляет 300 нм (рис. 3, b). Такая гранулометрия и значительной удельной поверхности зерен аморфного кремнезема обусловливаются высокие пуццолановые свойства и влияние микрокремнезема на свойства газобетона. Кремнезем в таком виде активно вступает в реакцию с гидроксидом кальция, увеличивая объем гидратированных силикатов кальция типа CSH (рис. 4, b).

Существенным фактором, влияющим на физико-механические свой ства газобетона, является технология введения микрокремнезема. Для совместного использования дисперсий МУНТ с микрокремнеземом МК-85 готовились пасты при двукратном механическом перемешивании. На начальном этапе приготовления паст дисперсия МУНТ перемешивалась в смесителе с низким количеством оборотов для создания промежуточной пасты, которая затем подвергалась интенсивному смешиванию в промышленном высокоскоростном бисерном смесителе.
Однородное распределение частиц микрокремнезема с МУНТ во всем объеме приготовленной смеси газобетона достигалось при предварительном совместном смешивании алюминиевой суспензии и пасты.
Учитывая, что суспезия алюминиевой пудры готовится с использованием ПАВ в виде сульфанола, а дисперсия МУНТ «Реламикс», при перемешивании комплексной добавки, включающей пасту на основе МУНТ и микрокремнезема, достигается получение однородной суспензии, которая вводится в газобетонную смесь при ее перемешивании в смесителе.
При введении микрокремнезема совместно с цементом в приготовлении газобетонной смеси поризация ее идет значительно медленнее, а полученные изделия приобретают повышенную среднюю плотность, что значительно повышает теплопроводность готовых изделий. Такой эффект связан с высокой активностью микрокремнезема, который связывает большое количество гидроксида кальция на начальном этапе формирования структуры газобетона; при этом оставшегося свободного гидроксида кальция недостаточно для реакции с алюминиевой пудрой, обеспечивающей образование водорода и вспучивание силикатного газобетона. Анализ показателей прочности и теплопроводности изделий из газобетона, модифицированного пастой на основе дисперсии МУНТ, и микрокремнезема, показывает возможность улучшения изделий из модифицированного газосиликата.

Комментарии

Комментариев пока нет