Увеличение прочности ячеистого бетона

Обновлено: 27.03.2024

В производстве изделий из ячеистого бетона самой длительной технологической операцией пока остается автоклавная обработка; к тому же она во многом определяет получение доброкачественной продукции. Естественно, что поискам оптимальных режимов запаривания изделий в последние годы уделялось большое внимание (исследования П. И. Боженова, А. В. Волженского, К. Э. Горяйнова, С. А. Миронова, их сотрудников и др.).

В результате совместной работы сотрудников Горьковского инженерно-строительного института и завода ЖБК № 1 был разработан ускоренный режим автоклавной обработки стеновых панелей из пенобетона . Отказ от принудительного удаления воздуха нз автоклава в сочетании с интенсивным подъемом избыточного давления в течение первого часа до 7, а второго часа до 8 ати обеспечивает твердение изделий на первой стадии запаривания в условиях полезного всестороннего обжатия их паровоздушной смесью. Избыточное (по отношению к внутриавтоклавному) давление в ячеистобетонных изделиях появляется при этом позднее, при большей прочности бетона, а величина этого давления при естественном плавном переходе к стадии изотермической выдержки оказывается уже небольшой. Запаривание изделий при 8 атм производится в течение 5 ч. после чего давление плавно снижается до нуля за -1 ч. Еще 2 ч изделия выдерживаются при открытых крышках.

Трехлетняя работа по новому режиму запаривания показала его несомненные достоинства. Однако полностью исключить появление трещин оказалось невозможным. поскольку причины их возникновения обусловливаются самой технологией производства ячеистобетонных изделий.

Обычно при анализе причин трешннообразования напряженное состояние в изделиях принято оценивать с момента загрузки в автоклав. Между тем возникает оно значительно раньше, почти с момента формования. Дело в том, что со время предварительной выдержки в изделиях не только растет прочность, но и происходит испарение влаги с открытых поверхностей изделий, вследствие чего в них возникает градиент влагосодержания. Если в самом начале твердения бетона имеет значительную способность к пластическим деформациям, благодаря чему напряженное состояние в изделиях практически отсутствует, то в дальнейшем оно возникает и растет 1 вместе с ростом прочности и модуля упругости.

На рисунке приведены результаты нескольких опытов по определению влажности в поверхностном слое толщиной 5—6 мм и в центре панели из пенобетона. Можно видеть, что к началу автоклавной обработки влажность поверхностного слоя оказывается на 6—9% ниже влажности центральной зоны панели.

Известно, что с понижением влажности процесс твердения ячеистого бетона ускоряется; поэтому кроме градиента по влажности в изделиях появляется и градиент по прочности. Таким образом, разная скорость изменения влажности, а также прочности н модуля упругости бетона в поверхностном слое и в центре изделия приводит к тому, что в определенный момент деформации усадки в поверхностном слое могут превзойти предельную растяжимость бетона. В таких случаях на панели появляются трещины, ширина раскрытия которых достигает подчас 0,2 мм. Помимо этого, трещины на изделиях возникают в результате механических воздействий при транспортировании, штабелировании на вагонетки и загрузке в автоклав.

Визуальные наблюдения через смотровые окна в промышленном автоклаве позволили установить, что все доавтоклавные трещины в процессе запаривания не закрываются, а наоборот, как правило, увеличиваются. Раскрытие этих трещин наблюдается во второй половине подъема давления в автоклаве и в начале изотермической выдержки, чему Способствуют явления неравномерной контракции и подсушки поверхностного слоя ненасыщенной паровоздушной смесью , а также тепловое расширение центральных зон изделий.

Систематические наблюдения за развитием трещин на панелях показали, что чем выше начальная (предзапарочная) влажность бетона и ниже его начальная прочность, а также чем интенсивнее поднимается давление в автоклаве, тем большими бывают ширина раскрытия трещин и глубина их распространения. Иногда они прорезают все изделие от открытой поверхности до поддона.

Следует заметить, что при современной тенденции к повышению уровня избыточного давления в автоклаве и мак- енма.лшюму сокращению продолжительности первой стадии запаривания степень перегрева пара будет увеличиваться н. следовательно, возрастает опасность появления усадочных трещин на открытых поверхностях изделий. Кроме того, при интенсивном напуске пара тепловое расширение форм будет в большей степени опережать расширение бетона, что также может приводить к появлению трещин, но уже со стороны поддона.

Все это привело нас к выводу о том, что кардинальное решение проблемы борьбы с трещинами можно найти лишь в переходе от горизонтальных форм к вертикальным. На заводе ЖБК № 1 треста Железобетон в Горьком была принята кассетная технология формования изделий с двухстадийной тепловой обработкой .

По этой технологии панели из ячеистого бетона с объемным весом 700 кг/м3. размерами 6X1,2X0,2 и 6X1,8x0,2 м формуются вертикально в кассетах.

Возможность вертикального формования панелей высотой 1,2 и 1,8 м зависела от однородности бетона по высоте панели. Все попытки формовать изделия из пенобетоннон смеси окончились неудачей; применение же газобетона позволило успешно решить эту задачу. При этом выяснилось, что рост объемной массы газобетона внизу панели происходит из-за оседания крупных частиц песка. С повышением тонкости его помола однородность газобетона повышается. Опытным путем было установлено, что песок следует размалывать до получения удельной поверхности порядка 3000— 3200 см2/г (остаток на сите 918 отв/см2 около 1%).





Известно, что с увеличением тонкости помола песка повышается не только однородность, но и прочность газобетона. Однако при изготовлении изделий в горизонтальных формах этот фактор не может быть использован, поскольку повышение тонкости помола увеличивает усадку газобетона и усиливает трещннообразование. При кассетном же способе производства, при котором усадочные трещины в доавтоклавнын период твердения не образуются, это преимущество применения песка высокой дисперсности становится реализованным.

Важным преимуществом кассетной технологии является вспучивание газобетонной смеси, а затем и начальное твердение газобетона в условиях всестороннего обжатия, в результате чего повышаются дисперсность и однородность газобетона и прочность материала в межпоровых перегородках.

Исследования кассетной технологии проводились в производственных условиях. Для этих целей была сделана специальная форма-кассета, в которой можно изготовлять изделие размером 2,2X1,2X0,2 м. Как и в производственных кассетах, пар подается в паровые отсеки снизу в торцах, ковденсат отводится с противоположной стороны.

Для определения физтко-механических свойств газобетона из панелей выпиливались кубы с ребром 10 см и призмы 10x10x30 см. которые испытывались после пропаривания в кассете (влажные) и после автоклавной обработки (влажные п сухие). Образцы выпиливались по всей высоте панели, в 11 ярусах, в количестве 6 шт. в каждом ярусе.

Исследования показали, что отклонения по объемной массе в различных сечениях по высоте панели не превышают 4,5% среднего значения. Коэффициент однородности по объемной массе получен 0,8 и по прочности 0,683.

В то же время кассетная технология формования с двухстадийной тепловой обработкой позволяет получать газобетон с прочностью при сжатии до 70 к Г/см2 при объемной массе около 700 кг/м3. Следовательно, открывается возможность снижения объемной массы газобетона до 550—600 кг/м3 при прочности порядка 50 кГ/см2.

Производство изделий из теплоизоляционного ячеистого бето­на включает следующие основные технологические операции: под­готовку сырьевых материалов, приготовление ячепстобетонной смеси, формование изделий и их тепловлажностную обработку.

Подготовка сырьевых компонентов. Для того чтобы обеспечить повышенную устойчивость поризованной массы на стадиях формо­вания изделий и набора структурной прочности, а также для соз­дания большего объема цементирующих новообразований при твердении, в технологии теплоизоляционных ячеистых бетонов ис­пользуют тонкодисперсные композиции. Тонкому измельчению подвергаются кремнеземистый компонент и известь. Цемент и алюминиевая пудра, как правило, помолу не подвергаются, так как они уже имеют достаточно высокую удельную поверхность. Однако дополнительное измельчение этих компонентов в составе смеси обеспечивает акгпвнвзацпю вяжущего и газообразователя, а также существенно повышает однородность смеси, что положи­тельно отражается па всех свойствах ячеистого бетона н позво­ляет получать материалы с низкой средней плотностью (подроб­нее см. гл. 5).

На практике применяют два способа подготовки сырьевых ма­териалов:

Мокрый помол основной массы кремнеземистого компонента (песка) и сухой помол известково-песчаного вяжущего (при со­отношении п. шестт.'песок, равном 1 '?) Содержание ионы в пес­чаном шламе поддерживают на уровне, обеспечивающем хорошую его текучесть (плотность шлама около 1,6 г/см3);

Совместный сухой помол компонентов сырьевой шихты — изве­сти, цемента и песка при влажности последнего не выше 2% по массе.

После помола основные компоненты сырьевой смеси должны характеризоваться следующей дисперсностью Sya, см2/г: кремне­земистый компонент (песок)—не менее 1500. 2000; известь — 4500 . 5000; цемент — 3000 . 4000.

Как мокрый, так и сухой помол должен проводиться в присут­ствии ПАВ, что интенсифицирует измельчение, частично предот­вращает агрегирование (слипание) частиц, уменьшает намол ме­талла. Дозировка ПАВ — 0,1. 0,25% от массы сухих компонен - тов.

Приготовление ячеистобетонной смеси. Способы приготовления формовочных масс зависят от принятой на данном производстве технологии (литьевой или вибрационной) и вида применяемого иорообразователя. Эта технологическая операция при газо - и пе- нобегоппом производствах имеет различные конечные задачи При газобетонной технологии приготовление формовочной смеси вклю­чает дозирование и смешивание всех компонентов до получения однородного раствора с заданными технологическими свойствами. Поризация раствора в этом случае происходит на стадии формо­вания изделий. Наиболе важным фактором, влияющим на яче­истую структуру ячеистобетонной смеси и готового ячеистого бе­тона, является равномерность распределения небольшого количе­ства (0,6. 0,7 кг/м3) газообразователя (алюминиевой пудры) во всем объеме смеси.

При пенобетонной технологии конечной целью данной техно­логической операции является получение готовой поризованной массы с заданными характеристиками.

Газобетонную смесь приготовляют следующим образом. От - дозированные компоненты смеси загружают в вертикальный са­моходный газобетоносмеситель емкостью 5 м3 при включенном перемешивающем механизме. Загрузку производят в такой после­довательности: песчаный или зольный шлам, недостающее коли­чество воды, вяжущее, газообразователь. Добавки — гипс, жидкое стекло, ПАВ и др. —вводят в смеситель совместно с вяжущим. Алюминиевую пудру обезжиривают путем активного перемеши­вания в растворе ПАВ и вводят в приготовляемую газобетонную смесь в виде суспензии.

Перемешивание составляющих до загрузки газообразователя производят 3. 5 мин, после загрузки газообразователя—1 . . 3 мин во время перемещения газобетоносмесителя к формовоч­ному посту.

При вибрационной технологии перемешивание осуществляется при вибрации корпуса смесителя.

При нрш отоплении смеси для пенобетона в смеси гель с гото­вым раствором, содержащим кремнеземистый компонент, вяжу­щее и добавки, вводят техническую пену, которую получают в специальном пеновзбивателе. Газобетонную смесь приготовляют в одном смесительном аппарате, а пенобетонную ячеистую мас­су— в трехбарабанном, реже в двухбарабанном смесителе (пено - бетоносмеснтеле).

Приготовление формовочных масс для газобетона предусмат­ривает подогрев шлама и воды до 40. 50°С для достижения тем­пературы смеси не ниже 35°С. Это обеспечивает интенсификацию взаимодействия алюминиевой пудры с Са(ОН)2 раствора.

Проектирование составов ячеистобетонных смесей осущест­вляют, исходя из заданной средней плотности ячеистого бетона, применяемых видов вяжущего и кремнеземистого компонента, ви­да тепловлажностной обработки. При этом стремятся получить максимальную прочность при минимально возможном расходе вя­жущего и порообразователя.

Подробно проектирование составов теплоизоляционных ячеис­тых бетонов изложено в лабораторном практикуме по технологии теплоизоляционных материалов.

Формование изделий из газо - и пенобетонной смеси. Газобе­тонная технология предусматривает вспучивание (поризацию) ячеистобетоннон смеси до заданных значений средней плотности непосредственно в форме. При пенобетонной технологии пенобе - тонная масса с заданными значениями пористости или средней плотности, достигнутыми в пенобетоносмесителе, заливается в формы на полный объем, причем в дальнейшем значительного из­менения пористости не происходит.

В технологии газобетонных изделий стадия формования — од­на из важнейших технологических операций, так как именно на этой стадии происходит формирование пористой структуры мате­риала. Основное условие в этом процессе, которое должно не­укоснительно соблюдаться, — соответствие кинетики газовыделе­ния изменению реологических свойств массы.

Регулирование интенсивности этих двух процессов осущест­вляют путем изменения температуры поризуемой массы, а также изменением се водосодержання в совокупности г введением ПАВ или путем приложения к ней внешних динамических воздейст­вии— вибрации. В соответствии с этим на практике применяют литьевую или вибрационную технологию формования глзобстон - ных изделий.

При литьевой технологии вспучивание яченстобетопной массы происходит в неподвижных формах в течение 25 . 50 мин, при вибровспучивании форму со смесью, установленную на впбро - площадке, вибрируют в течение всего процесса газовыделення (3. 6 мин) с частотой 15. 150 ГЦ и амплитудой 0,6. 0,2 мм.

Средняя плотность газобетона при постоянной дозировке га­зообразователя зависит от газоудержпвающеп способности смеси, которая, п свою очередь, определяется іимеиепнсм во времени ее структурно механических хараки риешк. Гс. ін смесь после газо­выделення но будет обладать определенной устойчивостью (струк­турной прочностью), произойдет ее осадка, сопровождающаяся «ложным кипением» — прорывом газа из массы. В этом случае структура ячеистого бетона будет характеризоваться наличием большого количества сообщающихся пор, неоднородностью рас­пределения пористости, неправильной формой пор. Если же схва­тывание будет опережать газовыделение, то смесь затвердеет до того, как завершится газовыделение и заданная средняя плотность ячеистого бетона не будет достигнута. В этом случае межпоровые перегородки будут пронизаны трещинами, не исключено наличие крупных трещин в массиве изделия. В результате эксплуатацион­ные показатели материала будут существенно снижены.

Для исключения этих негативных явлений в процессе вспучи­вания и структурообразования газобетонных смесей необходимы условия, при которых скорости обоих процессов (газовыделения и изменения реологических свойств смеси) окажутся строго сба­лансированными. Причем наилучшие условия для формирования структуры газобетона создаются тогда, когда показатели реоло­гических свойств смеси возрастают медленно в начале процесса газообразования, а в конце его — быстро.

При литьевой технологии достижение необходимых условий для поризации газобетонной смеси осуществляют, изменяя ее тем­пературу и водосодержание, вводя пластифицирующие добавки.

Наиболее эффективным приемом является вибровспучивание. Вибрационная технология, разработанная в СССР, базируется на использовании высоковязких газобетонных смесей с низким водо - твердым отношением — около 0,35. 0,4 против 0,55 . 0,65, опти­мального для литьевой технологии. Под воздействием вибрации происходит тиксотропное разжижение газобетонной массы за счет высвобождения иммобилизованной воды. Кроме того, частицы массы при вибрации находятся в движении, т. е. система течет. В этих условиях предельное напряжение сдвига системы, оказы­вающее сопротивление образованию газовых пузырьков, снижает­ся до минимума, что существенно облегчает начало порообразо­вания в массе. Вязкость же массы может легко регулироваться изменением исходного водосодержания и интенсивности вибрации, которая предопределяет степень разрушения структуры пластич­но-вязкой системы (смеси) и, следовательно, изменение ее вяз­кости.

Прн вибровспучиванпи весьма полезно введение в смесь пла­стифицирующих добавок, что позволяет дополнительно снизить водосодержание смеси. При изготовлении теплоизоляционных га­зобетонных изделий, как показывает практика, наилучшие техни­ко-экономические показатели достигаются при формовании круп­ных массивов с последующей их резкой на плиты заданных раз­меров. Прн формованім) таких массивов по вибрационной техпо- лої пи решающее влияние на условия поризации оказывают пара­метры ппГфнцпопиой обработки, которые должны изменяться в процессе вибровспучнвания: в начале процесса (до начала актнв - ного газовыделения) должна применяться низкочастотная вибра­ция с большой амплитудой («=10. 25 Гц, /4=1. 1,25 мм), а при активном газовыделенни — высокочастотная вибрация (п = = 100.. 150 Гц, Л = 0,15. 0,2 мм). Она может передаваться на массу с помощью плавающего виброщнта. Предпочтительнее при­менять горизонтально направленную вибрацию, воздействие кото­рой уменьшает вероятность вскипания массы при вспучивании, т. е. прорыва массы выделяющимися газами.

После прекращения вибрационных воздействий быстро восста­навливаются разрушенные вибрацией структурные связи, в ре­зультате резко возрастают пластическая прочность и несущая способность порнзованной массы, исключается ее осадка.

Таким образом, применение комплексной вибрационной техно­логии позволяет значительно снизить водотвердое отношение, ин­тенсифицировать технологический процесс изготовления ячеисто­го бетона, повысить качество изделий.

Снижение водотвердого отношения (водосодержанпя) обеспе­чивает повышение плотности и прочности цементного камня, ин­тенсификацию твердения вяжущего, уменьшение затрат теплоты на прогрев изделий в процессе их тепловлажностной обработки, уменьшение послеавтоклавной влажности, улучшение микропори­стой структуры межпоровых перегородок (уменьшение доли ка­пиллярных пор) и повышение физико-технических свойств мате­риала (снижение влажностной усадки, уменьшение водопоглоще - ния, повышение морозостойкости).

Интенсификация технологического процесса при применении вибрации выражается в ускорении процессов: гомогенизации на стадии приготовления ячеистобетонных масс за счет оптимизации реологических свойств и вибрационного перемещения частиц; га­зовыделения вследствие увеличения рН смеси, обнажения новых реакционных поверхностей на частицах алюминиевой пудры за счет «сдирания» продуктов реакции между А1 и Са(ОН)2; схва­тывания массы и приобретения массивами прочности, достаточ­ной для их разрезки; тепловлажностного твердения массы из-за повышенной температуры массивов в момент начала тепловлаж­ностной обработки.

Для получения теплоизоляционного бетона низкой средней плотности эффективно применять предварительную порнзацшо смеси, так называемую газопенную технологию Этот технологи­ческий прием осуществляют, аэрируя песчаный шлам на стадии мокрого помола песка в присутствии ПАВ или формовочную смесь на стадии приготовления ячеистобетонной массы в смеси­тельном аппарате.

Формование газобетонных массивов осуществляют в металли­ческих формах пысотой до 600 мм Перед заливкой массы формы должны быть тщательно очищены, смазаны, стыки уплотнены. Формы заполняют формовочной массой за один прием на высоту, обеспечивающую полное заполнение формы после вспучивания

•лы (высота заполнения составляет примерно 1/3). Высоту заполнения форм в зависимости от заданной средней плотности изделий оп­ределяют по формуле

Где ho — высота формы; рм — заданная (расчетная) средняя плот­ность вспученной массы; рр — средняя плотность раствора.

Для обеспечения нормального вспучивания формовочной мас­сы температура окружающей среды должна быть не ниже 18°С.

При литьевой технологии применяют стендовый метод. В этом случае формы устанавливают вдоль пути передвижения газобето­носмесителя, формы после их заполнения смесью не должны пере­мещаться или подвергаться сотрясениям вплоть до окончания про­цесса вспучивания и схватывания массы.

Формование изделий при вибрационной технологии осущест­вляется по агрегатно-поточной или конвейерной схеме. Подготов­ленные формы подаются на виброплощадку, жестко крепятся на ней, заполняются смесью и подвергаются вибрационной обработ­ке, которая начинается одновременно с началом заливки массы. После окончания вибровспучивания форма передается на пост вызревания для набора прочности, обеспечивающей снятие гор­бушки и разрезку массива (его примерные размеры 6X1.5X0,6 м) на изделия. Горбушка образуется только при газообразовании, в пенобетоне она отсутствует. Операции по удалению горбушки и разрезке массивов производят на специальной машине с помощью металлических струн, совершающих возвратно-поступательное и вращательное движения.

Тепловлажностная обработка. Этот технологический процесс при получении эффективных теплоизоляционных ячеистых бето­нов осуществляется автоклавированием при давлении 0,8. . 1,3 МПа и температуре водяного пара 175. 191°С (в автокла­вах диаметром 2; 2,6 или 3,6 м). Автоклавную обработку приме­няют для увеличения прочности изделий за счет связывания из­вести, которая вводится в сырьевую смесь для активизации газо­образования или в качестве основного компонента вяжущего, с кремнеземистым компонентом.

По А. В. Волженскому, автоклавная обработка проходит в три стадии. Первая стадия начинается с момента пуска пара в авто­клав и заканчивается при достижении равенства температур теп­лоносителя и изделий по всей их толщине. Изделие нагревается двумя путями: за счет теплопроводности и теплотой, выделяю­щейся при конденсации пара, который проникает в материал че­рез его поры. При этом влажность изделий увеличивается. На­чало второй стадии соответствует моменту выравнивания темпе­ратуры изделия по его сочетанию. Решающие факторы, опреде­ляющие скорость прогрева изделий, — интенсивность подъема дав­ления пара на первой стадии, значения исходной температуры и влажности ячеистобетонной массы. Быстрый подъем давления в автоклаве, повышение температуры массива во время поризации массы и снижение его влажности позволяют существенно сокра­тить продолжительность первой стадии и всего цикла автоклав - нон обработки (табл. 10.2).

Таблица 10.2. Продолжительность прогрева газобетонных изделий со средней плотностью 350 кг/м3 при автоклавной обработке

Длительность подъема темпе­ратуры в авто­клаве до 175°С, ч

Исходная тем­пература мас­сива, °С

Длительность прогрева, ч, середины изделия до максимальной температуры при толщине изделия, мм

Рассматривается технологияпроизводства ячеистого бетона с повышенной прочностью и трещиностойкостью.

Структура ячеистых или особолегкихбетонов характеризуется наличием в сплошной среде пор в виде распределенных повсему объему отдельных замкнутых (или условно замкнутых) ячеек. Мелкие исредние воздушные ячейки диаметром до 1–1,5 ммзанимают 85 % общего объема. Поэтому такие материалы мало проницаемы и болеепрочны.

Они могут быть автоклавного ибезавтоклавного твердения. Для автоклавных характерно химическое взаимодействиегидроксида кальция с кремнеземом заполнителя. И здесь желателен заполнительбогатый кварцем, особенно при получении бесцементного пено- или газосиликата.Используются в них мелкие природные или молотые пески, поскольку тяжелыекрупные зерна песка могут вызвать осадку пенобетонной массы и даже помешатьнормальному процессу ее вспучивания. Чем меньше заданная плотность ячеистогобетона, тем мельче должен быть заполнитель.

Однако в целом применение вопределенном количестве не слишком мелкого заполнителя улучшает структуруматериала между порами и уменьшает усадочные деформации в ячеистом бетоне.Поэтому в каждом случае требуется подбирать оптимальный зерновой состав песка.Природный песок, как правило, должен проходить полностью через сито сотверстиями 0,63 мм.

Объем производства ячеистогопенобетона в России уже не уступает газобетону и продолжает неуклонно расти. Становлениюпроизводства способствует относительная простота изготовления и наличие большогоколичества различных весьма эффективных пенообразователей. Благодаря последним производствопенобетона уже весьма популярно в странах общего рынка. А за счет исключения изтехнологии газообразователя — алюминиевой пудры — оно стало совершенно безопасным.

объемпроизводства ячеистого пенобетона в России уже не уступает газобетону ипродолжает неуклонно расти

Положительным качествомпенобетонной смеси является реологическая особенность, позволяющая осуществлятьтехнологию подачи или перекачивания по трубопроводам на довольно значительныерасстояния. При наличии мини-заводов строителями эффективно возводятся ограждающиемонолитные конструкции.

Однако, несмотря наположительные особенности, технология пенобетона по сравнению с газобетономимеет недостатки, которые следует учитывать при его изготовлении.

Так, из-за обязательногоиспользования значительного количества ПАВ пенобетону присущи: замедленный (на20–30 %) рост пластической прочности; невозможность эффективного ускоренногоподогрева сырца из-за разрушения пеномассы; просадка уровня (на 5–10 %)заливаемого при формовании изделия; образование на поверхности штучных илимассивных изделий легко отслаивающейся пленки, затрудняющей дальнейшую отделку.Кроме того, замедленное схватывания сырца приводит к послойному (по высотеизделия) разбросу плотности (от 100 до 200 кг/м3), что способствует развитиюдеструктивных процессов в массиве пенобетона.

Коалексценция пенообразователя, активнопроисходящая, как правило, при малой плотности пенобетона, образуетзначительное количество каверн. А разрушение пены в процессе технологическойпереработки (механическое или динамическое перемещение) пеномассы способствуетпреобразованию сферической формы ячеек в полиэдрическую (многогранную) споследующими после твердения локальными повышенными внутренними напряжениями.

К сожалению, эти явления редкопринимаются во внимание изготовителями, что приводит к выпуску некачественнойпродукции. Решить проблему можно исключительно повышением стойкости пен.

По существу, стабилизация пены,или усиление ее роли как «заполнителя» для бетона, является главнымтехнологическим требованием при оценке комплексного действия добавок напорообразующий аспект пенобетона, определяющий в целом его основные характеристики.

У зарубежных производителейвысокий показатель пеноустойчивости достигается созданием в оболочке пузырькапрочной минерализованной полимерной пленки.

Практика показывает, что, несмотряна простоту технологии, тщательность отбора твердых минеральных компонентов,качественное изготовление пенобетона возможны при выборе пенообразователей со свойствами,регламентированными ГОСТ 25485.

Например, применение ПАВжелательно сочетать с введением стабилизаторов, повышающих вязкостьпенорастворов и замедляющих тем самым удаление жидкости из пен. В некоторыхслучаях даже происходит физико-химическое связывание молекул стабилизатора ипенообразователя с получением весьма устойчивых соединений и пузырьков впенорастворе.

Вещественный состав самойдобавки (или «комплексность» набора компонентов в ней) следует соотносить стехнологией ее получения и видом или специальной классификацией по требованиям кней как к техническому продукту. Стабилизаторы делятся на органические и неорганические,растворимые и нерастворимые в воде.

По воздействию на механизмпенообразования стабилизаторы разделяют на классы:

— Вещества, направленноувеличивающие вязкость пенообразующего раствора или загустители, вводимые впенообразователи в значительных количествах (с расходом от 2 до 20 % от массы ПАВ),например, метилцеллюлоза, декстрин, этиленгликоль, казеин, глицерин и т. д.

— Соединения, вызывающие в пленкахпены образование коллоидов, резко уменьшающее обезвоживание пленок. Такиестабилизаторы более эффективны, но довольно дефицитны для использования в массовомпроизводстве. Это крахмал, костный или мездровый клей, желатин и др. Расход 0,1–0,3 % от массы ПАВ. Резко (в 150 и более раз) увеличиваютвязкость жидкости в пленках, что приводит к возрастанию устойчивости пены в 5–10раз.

— Вещества, обеспечивающие полимеризациюпеномассы и также резко увеличивающие вязкость пленок, переводя последние дажев твердое состояние. К ним относятся водорастворимые полимерные композиции —карбамидные, латексные и др.

— Эффективны как стабилизаторы,нерастворимые в воде, соли меди, бария, железа, алюминия, капсулирующие пленкипены и тем самым препятствующие их разрушению. К такому типу стабилизаторовследует отнести пену с тонкоизмельченными твердыми веществами (способминерализации), которые адгезионно прикрепляясь к пенным оболочкам и постепенносближаясь, создают комплекс пенно-воздушных минерализованных ячеек, образуяагрегатную пену. Такой способ стабилизации и позволил создать новый одностадийныйспособ получения пенобетона — сухой минерализацией пены [2, 5].

Другим способом улучшениясвойств пенобетона при раздельной технологии приготовления может бытьприменение комплексных добавок, вводимых с водой затворения, например,суперпластификатор С-3 + ТНФ, или другой щелочесодержащий компонент.

Комплексные синтетическиепенообразователи на основе отечественных ПАВ со стабилизаторами указанныхклассов позволяют получить качественный пенобетон, обладающий к тому же невысокойстоимостью [3].

Таким образом, пенобетоны —растворные смеси с большим расходом вяжущего, воды и с добавкой кремнеземистогокомпонента — могут быть получены и без применения традиционных пластификаторов,но только с оптимально подобранным стабилизированным комплексным пенообразователем.

Следует отметить, что минеральныйсостав компонентов должен соответствовать требованиям ГОСТ 25485, а технология изготовления— соответствующим нормативным документам, в частности, СН 277-80. Все это позволитсвести недостатки пенобетона, о которых говорилось выше, к минимуму.

Пенобетон, не уступающий покачеству газобетону, можно получать на любых типах вяжущего (шлакощелочный,щелочноалюмосиликатный, солещелочный, кремнезольный) с использованием природныхрастительных и белковых пенообразователей, имеющих коллоидную структуру, где вяжущаясистема и является необходимой основой, исключающей недостатки пенобетона [4].

Согласно современным данным [3],наиболее целесообразно использовать для пенобетонов широкого спектра примененияследующие виды пенообразователей и стабилизаторов: ТНФ (тринатрийфосфат; ГОСТ201), КМЦ, (МЦ) (карбоксиметилцеллюлоза; ТУ 6-01-1857), Сульфанол (ТУ 6-01-1001-77)(табл. 1).

Характеристики (внешний вид)

Расход сухих компонентов на 1 л воды, г

Пастообразный продукт, получаемый обработкой моно- и диалкилфенолов оксидом этилена

Мездровый или костный клей

Пастообразный продукт или жидкость, ?=1,01–1,1 кг/л

Жидкое стекло + ТНФ

СВМ «Астра» + ТНФ + КМЦ

Синтетическое моющее вещество. Белый или светло-желтый порошок, хорошо растворимый в воде

СВМ «Альфин» + КМЦ

СВМ «Прогресс» + ТНФ + КМЦ

Исходный продукт для получения порошка СВМ белого или желтого цвета, растворим в воде

Мездровый клей или КМЦ

Сульфанол + ТНФ + жидкое стекло

ТНФ + жидкое стекло

Сульфанол + ТНФ + КМЦ

Таблица 1. Комплексные добавки для пенобетона

Преимуществом указанных комплексныхдобавок является благоприятное воздействие на реологию пеномассы, доступность компонентов,низкая стоимость и простота применения независимо от технологии изготовлениябетонной смеси.

В связи с тем, что производителиглавным образом ориентированы на производство цементных ячеистых бетонов,следует иметь в виду, что цементный камень при твердении претерпевает объемныедеформации и его усадка достигает 2 мм/м.

Из-за неравномерности усадочныхдеформаций возникают внутренние напряжения и трещины. Мелкие трещины могут бытьнезаметны невооруженным глазом, но они резко снижают прочность и долговечностьцементного камня. Заполнитель создает в бетоне жесткий скелет, воспринимает усадочные напряжения иуменьшает усадку обычного бетона примерно в 10 раз по сравнению с усадкойцементного камня.

Для понижения трещинообразования,повышения прочности при изгибе и растяжении, увеличения морозостойкости ячеистогобетона предложена универсальная технология армирования его минеральнымиволокнами (стекловолокном). Технология армирования проста и может бытьиспользована на практике при изготовлении изделий и конструкций из ячеистогобетона.

для понижения трещинообразования, повышения прочности приизгибе и растяжении, увеличения морозостойкости ячеистого бетона предложенауниверсальная технология армирования его минеральными волокнами(стекловолокном)

Доля материальных затрат вваловой продукции строительного производства составляет около 50 %, и крайневажной задачей является их снижение за счет использования вторичных продуктовпромышленности при изготовлении неавтоклавных ячеистых бетонов. А поскольку втехнологии ячеистого бетона б?льшую часть сырьевой смеси, как правило, составляеткремнеземистый компонент, появляется необходимость использовать дисперсныекварцсодержащие вторичные промпродукты. Применение таких материалов позволяетрезко снизить энергозатраты на помол кремнеземистого компонента и исключить изпотребления специальные природные кремнеземистые компоненты. В частности,зольная часть сырьевой композиции представляет собой сухую золу-унос различныхмодификаций.

Для изготовления изделий избезавтоклавных ячеистых бетонов в настоящее время применяются золы и шлаки,использование которых предопределяет производство материалов с пониженными посравнению с автоклавными ячеистыми бетонами на аналогичной основе прочностнымипоказателями. Большое значение для повышения транспортабельности трещиностойкостиготовых изделий имеет прочность безавтоклавного ячеистого бетона на растяжение.

Увеличение ее длябезавтоклавного газошлакозолосиликата, наряду с другими методами, может бытьдостигнуто путем фиброармирования матрицы материала добавкой минеральной ваты,в частности, стекловаты. Как показывает зарубежный опыт коррозионное действиещелочной среды композиций с добавкой доменного шлака и зол, в которыхпреобладают соединения Al2O3 и SiO2, настекловолокно меньше, чем традиционных, в которых преобладают кальциевыесоединения.

При исследованиях применялисьразличные сочетания как кислых, так и основных зол шлаков, затворенныхщелочными компонентами первой группы по классификации В. Д. Глуховского. Дляснижения усадочных деформаций в сырьевую смесь вводили некоторое количествонегашеной извести и гипса в количестве до 5 % от массы сухих компонентов смеси.Испытания проводились на газобетоне с расчетной плотностью до 700 кг/м3.

Оптимальный состав по прочностина сжатие подбирали на смесях, состоящих из шлакощелочного вяжущего и золы.Отношение добавки извести к шлаку менялось в определенных параметрах — не менее10 % к массе сухих компонентов. При постоянном соотношении количества извести кшлаку в составы вводилось переменное количество золы-уноса и добавка гипса — 5 %от массы сухих компонентов сырьевой смеси.

Наибольшую прочность имелиобразцы, изготовленные на составах с соотношением шлакощелочного вяжущего кзоле 1:0,6. После изготовления изделия пропаривались при температуре 90–95 °Cпо режимам, рекомендованным нормативными документами дляконструктивно-теплоизоляционного ячеистого бетона.

Так как с увеличением содержанияизвести-кипелки и золы растут водопоглощение и усадка готового бетона, всепоследующие работы проводились на составе с 30%-ным содержанием золы припостоянном соотношении шлака к щелочно-щелочноземельным активизаторам.Дисперсность сырьевой смеси находилась в пределах 3000–4000см2/г.

С целью повышения прочности прирастяжении в состав сырьевой смеси вводилась стекловата. Введение осуществлялосьследующим образом. В работающий смеситель заливали воду, загружали стекловату иперемешивали смесь в течение определенного времени. Затем в смеситель загружалисухие компоненты и перемешивали еще не менее 1–2мин. После введения требуемого количества водно-алюминиевой суспензииперемешивание продолжалось до равномерного распределения газообразователя всырьевой массе.

Исследования влияния добавокстекловаты на прочностные характеристики газобетона проводили на оптимальном попрочностным показателям составе плотностью 700 кг/м3.

Увеличение массы добавкипрактически не влияло на прочностные характеристики ячеистого бетона.

Были проведены такжеисследования влияния длины волокон стекловаты на прочностные показателигазобетона оптимального состава. Установлено, что изменение длины волокон от 10до 40 ммпрактически не влияет на физико-механические характеристики бетона. Былаотмечена тенденция к повышению устойчивости газобетонной массы и улучшению еереологических характеристик. Поверхность волокн? видимо образовывала подложки,способствующие росту микрокристаллов, формированию коагуляционных, а затем икристаллизационных структур. В начальный период твердения, все это улучшалореологические свойства ячеистобетонной смеси, что подтверждалось при всех прочихравных условиях формовки контрольных образцов и снижением ее плотности присохранении прочностных показателей.

При введении в состав сырьевойсмеси добавки стекловолокн? оптимальной длины от 15 до 40 мм было отмечено улучшениеструктуры бетона. Применение волокон длиной более 40 мм не позволялокачественно перемешать смесь из-за образования несмешиваемых с остальной массойучастков, состоящих из спутанных волоконных прядей («ежей»), что не позволялополучать качественный газобетонный сырец и бетон на его основе.

Без добавки волокн? плотность у ячеистогобетона составляла 730 кг/м3 при прочности на сжатие 3,7 МПа и прочностина изгиб 1,1 МПа. Введение волокн? оптимальной длины в количестве 5% от массысырьевых компонентов при длине волокн? до 15 мм позволяло получать бетон плотностью 670кг/м3 при прочности на сжатие 4,1 МПа и прочности на изгиб 2,3 МПа. Придлине волокн? от 30 до 40 ммплотность составляла в среднем 625 кг/м3 при прочности 4,8 МПа и прочностина изгиб 3,1 МПа. Следует отметить четкую тенденцию к снижению плотности содновременным повышением прочностных показателей газобетона. Морозостойкостьмодифицированного газобетона достигала 150 циклов замораживания и оттаиваниябез видимых признаков разрушения и снижения прочности по сравнению с традиционным(Кмрз=75; Rсж=2,8МПа).

при введении в состав сырьевой смеси добавкистекловолокн? оптимальной длины от 15 до 40 мм было отмечено улучшение структуры бетона


Рис. 1. Увеличение ?150

Рис. 2. Увеличение ?600

Рис. 3. Увеличение ?1500

На рис. 1–3 представленымикрофотографии структуры дисперсноармированного газобетона. На рис. 1 четко видна армированнаянекоррозированными волокнами межпоровая перегородка, а также ячейки макропор.

При большем увеличении (рис. 2) в отмеченной точке видно, как вол?кна,замоноличенные в основной связующий материал, сшивают матрицу газобетона, подобноарматуре. При еще большем увеличении (рис.3) показано, что вол?кна уже склеены продуктами новообразований и не имеюткоррозионных повреждений. Исследования проведены на образцах (блоках) стеновойкладки, изготовленных из блоков в производственных условиях с дисперснымармированием стекловатой, после эксплуатации в течение 5 лет в суровых климатическихусловиях Урала.

Получение нового материала сувеличенной прочностью на растяжение позволяет повысить прочность итрещиностойкость ячеистого бетона на бесцементном вяжущем. При этом за счетисключения расхода клинкерных вяжущих и автоклавной обработки изделий, а также благодаряутилизации зол и шлаков значительно сокращается энергоемкость производства.

1. Багров Б. О. Производствотеплоизоляционного материала из отходов цветной металлургии. — М.: Металлургия,1985.

2. Горлов Ю. П., Меркин А. П.,Устенко А. А. Технология теплоизоляционных материалов. — М.: Стройиздат, 1980.

3. Касторных Л. И. Добавки вбетоны и строительные растворы. — Ростов-на-Дону: Феникс, 2005.

4. Скороходова Н. Ю. Рынок ячеистыхбетонов // Стройпрофиль. — 2006. — № 5.

5. Тихомиров В. К. Пены. Теория ипрактика их получения и разрушения. — М.: Химия, 1983.

В настоящее время предприятиямиРеспублики Беларусь выпускается около 2,5 млн м3 ячеистого бетона вгод, при этом к 2015 году существующие мощности по его производству планируетсяувеличить примерно в 2,1 раза [4]. Такая тенденция обусловлена, в первую очередь,энерго- и ресурсосберегающим направлением современной технической политики в областистроительства. На сегодняшний день ячеистый бетон особенно востребован, так какон является практически единственным строительным материалом, позволяющимизготавливать однослойную стену, не требующую дополнительного утепления. Приэтом ячеистый бетон, как показывает практика, обладает рядом преимуществ посравнению с другими стеновыми материалами.

Одной из актуальных проблем впроизводстве ячеистого бетона является необходимость снижения его плотности.Так, например, на ОАО «Гродненский комбинат строительных материалов» освоенвыпуск плит марки по плотности D150–250.Снижение средней плотности на 50 кг/м3позволяет сократить потеритеплоты в окружающую среду через стену и снизить расход топлива на обогревзданий до 1 кгусл. топлива на 1 м2стены в год [5]. Кроме того, возникает возможность сокращения расхода такихдорогостоящих сырьевых материалов, как известь и цемент, а также затрат напомол песка и известково-песчаного вяжущего. Основной проблемой в данном случаеявляется невысокая прочность ячеистого бетона. Решение этой проблемы позволит обеспечитьсохранность готовых изделий при транспортировке и укладке в процессе ихпроизводства и применения. Большое значение при этом имеет возможность уменьшениятолщины стеновых блоков и снижения нагрузки на фундамент.

Таким образом, создание новых исовершенствование применяемых составов ячеистого бетона является важнойзадачей, решение которой обеспечит снижение затрат на производство данного видаматериала. В связи с этим в производстве ячеистого бетона стали широко применятьсяразличные модифицирующие добавки неорганического и органического происхождения,способствующие изменению свойств, структуры и фазового состава материала взаданном направлении. В качестве таких добавок используются: двуводный гипс,сульфанол, сульфат магния, ангидрит и др. [1–3]. Тем не менее, проблемасохранения прочности при снижении средней плотности до конца так и не решена.

Разработканаучно-технологических основ повышения прочности ячеистого бетона за счетизменения структуры и фазового состава продуктов гидросиликатного твердения,интенсификации гидратационных и кристаллизационных процессов приавтоклавировании является перспективным направлением, так как потенциалувеличения прочностных характеристик данного материала за счет его химизацииявляется достаточно высоким.

Данная работа посвященаразработке и использованию минеральных добавок, которые вводятся в составячеистобетонной смеси и приводят к повышению прочностных характеристик готовыхизделий.

В качестве добавки, котораяактивизировала бы физико-химические процессы, лежащие в основеструктурообразования и набора прочности, используется сульфоалюминатныймодификатор (СМ). В настоящее время СМ производится на Петриковскомкерамзитовом заводе ОАО «Гомельский ДСК» и используется для получениябезусадочных и напрягающих растворов и бетонов. СМ получают путем обжига вовращающейся печи при температуре 900–1100 °C смеси фосфогипса, глины и мела. Указанные сырьевые компонентыпри твердофазовом спекании обеспечивают необходимую минералогическую основу,которая по своим физико-химическим характеристикам должна обеспечить интенсификациюпроцессов гидросиликатного твердения. При этом при производстве СМ в результатеспекания глинистые минералы разлагаются, и продукты их разложения вступают вовзаимодействие с другими компонентами сырьевой смеси. Минералогическая основаСМ представлена ангидритом, сульфоалюминатом кальция, сульфосиликатом кальция,кремнеземом, небольшим количеством метакаолинита.

СМ вводился в составячеистобетонной смеси, рассчитанной на получение ячеистого бетона плотностью 200–500кг/м3, в количестве 1–5 % от массы сухих компонентов в молотом видес удельной поверхностью 2500–3000 см2/г. Формование изделийосуществлялось литьевым способом при В/Т=0,6. Запаривание сырца производилось вавтоклавах ОАО «Минский КСИ» при избыточном давлении 1,0 МПа. После запариванияизделия подвергались испытанию на прочность при сжатии.

Результаты испытаний приведены втабл.1 и на рис. 1. Исследования проводились на лабораторных образцах-кубахразмером 10?10?10 см, в связи с чем прочность контрольных (бездобавочных)образцов является несколько завышенной по сравнению с промышленными аналогами. Всвязи с этим интерес представляют не столько сами значения прочности, сколькосоотношение между прочностью контрольных и модифицированных образцов.

Накоплен значительный опыт введения добавок в состав цементных растворов и бетонов с целью улучшения их свойств. Но пока еще не достаточных сведений об их эффективности при введении в автоклавные, в частности, ячеистые бетоны. Немногочисленные данные позволяют утверждать, что ряд физико- механических свойств ячеистых бетонов могут быть улучшены введением в ячеистобетонную смесь небольших количеств таких добавок. Однако при их выборе необходимо учитывать особенности технологии ячеистых бетонов (вспучивание, схватывание, автоклавная обработка) и исходить из экономических соображений.

ВНИИстром совместно с кафедрой химии Московского автомобильно-дорожного института проводит исследования по введению в состав ячеистого бетона добавок на основе смол, в частности ТС-9. Эта смола является отходом сланцевого производства и представляет собой композицию из сланцевых суммарных фенолов, этилового, спирта, едкого натра и пластификатора этилен- и диэтиленгликоля. Огвердителем служил 37%-ный раствор формалина (соотношение ТС-9 : формалин 4).

В работе использовались известь Краснопресненского комбината строительных материалов (содержание активных CaO-f-MgO —75—80%, время гашения 25—28 мин), портландцемент Воскресенского завода марки 400 без добавок и песок Люберецкого месторождения (содержание Si02 92%, глинистых, пылевидных частиц и ила 1,5%).

Исследовался ячеистый бетон, изготовленный на смешанном и известково-песчаном вяжущем методом комплексной вибротехнологии при формовании блоков размером 22 x25X35 см. Смолу ТС-9 вводили в воду затворения. Удельная поверхность вяжущего составляла 5000—6500, молотого песка —2000— 2500 см2/г. Автоклавная обработка производилась в промышленном автоклаве диаметром 3,6 и при 8 кгс/см2 по режиму 3—8—3 ч.

Выявлено влияние добавки ТС-9 на свойства ячеистобетонной смеси в процессе формования и свойства ячеистого бетона.

Из данных рис. 1 и 2 видно, что введение смолы ТС-9 в количестве 0,2% массы сухих материалов замедляет процесс вспучивания и рост температуры во времени в 1.5 паза, в количестве 0,5% —в 2 раза. Добавка способствует также замедлению схватывания смеси (рис. 3). Наибольшая разница в нарастании пластической ПРОЧНОСТИ ячеистобетонной смеси без добавки и с добавкой смолы наблюдается в начальный период процесса, когда в смеси, а в период стабилизации структуры значения пластической прочности сближаются.





Таким образом, введение ТС-9 замедляет структурообразование только в начальный период, ко затем процесс ускоряется. Это свойство смолы может быть с успехом использовано для регулирования сроков схватывания и твердения ячеистобетонной смеси (особенно в случае применения быстрогасящейся извести).

Из данных табл. 1 видя что добавка ТС-9 значительно пластифицирует ячеистобетоиную смесь. При одинаковом водотвердом отношении и прочих равных условиях текучесть смеси с добавкой, измеренная по прибору «Суттарда», в 1,5— 2 раза больше, чем без добавки. Способность смолы ТС-9 пластифицировать смесь позволяет снизить водотвердое отношение с 0,36—0,38 до 0,30—0,32 на смешанном вяжущем и с 0,45 до 0,36 и а известково-песчаном и создает условия для увеличения прочности и снижения послеавтоклавной влажности ячеистого бетона.

Результаты физико-механических испытаний бетона, приведенные в табл. 2, показывают, что введение смолы ТС-9 приводит к улучшению прочностных характеристик бетона. При этом добавка смолы в количестве 0,2 и 0,3% способствует увеличению прочности при сжатии ячеистого бетона, изготовленного на смешанном вяжущем, я а 24 ц 32%, прочности при изгибе — на 76 и 115% по сравнению с контрольными образцами. Прочность при сжатии ячеистого бетона на известково-песчаном вяжущем увеличивается на 24%, при изгибе — на 93%. Такое повышение механических характеристик позволяет получать материал той же марки с пониженной объемной массой, что создает предпосылки к уменьшению расхода сырья и снижению себестоимости продукции.

Увеличение добавки смолы до 0,5% привело к менее заметному повышению прочности при сжатии по сравнению с образцами, содержащими меньшее количество добавки (0,2 и 0.3%), но, как видно из рис. 1, значительно замедлило структурообразование смеси.

Все образцы с добавкой смолы выдержали 25 циклов переменного замораживания и оттаивания при незначительных потерях массы и прочности.

Увеличение отношения с 0,24 (контрольная группа) до 0,45 (с добавкой смолы) свидетельствует об улучшении упругопластичных свойств бетона. Однако такие свойства, как ползучесть, связанная со «старением» добавки, требуют дополнительных исследований.

Читайте также: