Навигация:
Главная → Все категории → Строительное материаловедение

Ячеистые бетоны


Ячеистые бетоны

Широко используемая разновидность бетонов и растворов имеет своеобразную — ячеистую — структуру макропор, равномерно распределенных в объеме бетона и отделенных друг от друга тонкими и достаточно прочными перегородками (мембранами). Средняя плотность таких бетонов в высушенном состоянии колеблется в широких пределах: от 1200 и ниже 500 кг/м3. При средней плотности не более 500 кг/м3 их используют как теплоизоляцию, от 500 до 900 кг/м3 — в качестве конструктивно-теплоизоляционного и от 900 до 1200 кг/м3 — конструкционных материалов, обычно армированные металлической арматурой.

Другие свойства характеризуются следующими показателями: прочность — 3—15 МПа, морозостойкость — более 25 циклов, теплопроводность — 0,08-0,25 Вт/(мК), усадка — ОД—0,6 мм/м. Стены из ячеистых блоков являются наиболее экономически эффективными по сравнению с другими ограждающими конструкциями — железобетонными трехслойными панелями с минеральным утеплителем, панелями из керамзитобетона, кирпичными стенами и др. Эти стены — однослойные без дополнительного утеплителя, экологически чистые и достаточно комфортные для проживания, особенно после облицовки их, например, силикатным кирпичом. У ячеистых, как и у поризованных, бетонов цементный камень в результате добавления в свежеприготовляемую массу добавки — порообразователя оказывается насыщенным порами, в основном замкнутыми, ячеистыми. В отличие от поризованных производство ячеистых бетонов сопровождается более выраженным эффектом вспучивания исходной смеси.

Вспучивание любого вяжущего вещества, как неорганического, так и органического, чаще всего достигается под влиянием вводимых в смесь добавочных реагентов. В результате взаимодействия реагирующих веществ в смеси выделяется газ, например водород или кислород. Кроме химических методов поризация со вспучиванием может проходить механическим путем за счет образования в смеси устойчивой пены. В связи с этим ячеистые бетоны разделяют на газобетоны и пенобетоны.

Вместо портландцемента в ячеистом бетоне нередко используют известь, и тогда бетон именуют газосиликатом. При применении шлаковых вяжущих веществ получают газошлакобетон, гипса — газогипс, смешанных вяжущих типа ГЦПВ, ГШЦПВ и др. — соответствующие им бетоны.

Газобетон и газосиликат. Преимущественное распространение в строительстве получили газобетоны. В качестве газообразователя используют тонкоизмельченный алюминиевый порошок (алюминиевую пудру ПАК-31). Вступая в химическую реакцию с гидроксидом кальция, он способствует выделению молекул водорода и соответствующей энергии химической связи образования из простых веществ:
ЗСа(ОН)2 + 2А1 + 6Н20 = ЗСаО • АЬОз • 6Н20 + ЗН2.
Выделяемый водород частично теряется при перемешивании компонентов газобетона (вяжущего, заполнителей), но большая его часть (до 70—85%), расширяясь, вспучивает цементное тесто. Ячеистое цементное тесто затвердевает, образуя высокопористую матричную часть этого конгломератного материала. Крупный заполнитель в нем отсутствует. Чтобы процесс вспучивания протекал интенсивнее, к портландцементу добавляют некоторое количество извести-пушонки, примерно 10% его массы. Быстрая укладка смеси в металлические формы приводит к тому, что процесс газообразования происходит в основном в период нахождения смеси в этих формах и продолжается примерно 15—20 мин. Важно, чтобы к моменту завершения процесса выделения водорода бетонная смесь загустела и смогла зафиксировать ячеистую структуру матричной части бетона.

Другим газообразователем вместо алюминиевой пудры может служить пергидроль, т. е. техническая перекись водорода. В щелочной среде цементного теста или цементного раствора пергидроль Разлагается с выделением молекул кислорода и соответствующей энергии химической связи: 2Н202 ;-> 2Н2<Э + 02.

Молекулы кислорода вспучивают цементное тесто или строительный раствор в течение 7—10 мин, что позволяет получить газобетон средней плотностью до 1200 кг/м3. Исследования показали по-ожительное влияние на образование макроструктуры ячеистых бетонов совместного применения пергидроля и хлорной извести. Повышению однородности распределения пористости способствует кратковременная (до 20 с) обработка компонентов ячеистобетонных смесей в электромагнитном поле, особенно в присутствии магнито-активных добавок, например пиритных огарков, ферросилиция.

Изделия из ячеистого бетона изготовляют по автоклавному и неавтоклавному способам производства. Технология может быть литьевой при высоких значениях фазового отношения (В/Т = 0,45—0,60) или вибрационной, при которой применяют смеси с пониженным фазовым отношением (В/Т = 0,30—0,40).

Формы могут быть горизонтальными разборными с запариванием изделий в автоклавах в вертикальном положении, вертикальными в виде кассетных установок. На большинстве заводов в нашей стране нашел распространение литьевой способ технологии с резательной и виброрезательной операцией. Для резательного способа производства характерно формование массива объемом 5—18 м3 с последующим его разрезанием в двух или трех плоскостях, автоклавной обработкой изделий.

Изготовляют газобетон в такой последовательности. Вяжущее, в качестве которого обычно применяют портландцемент, отвешивается на автоматических дозаторах и поступает в смеситель непрерывного действия. Сюда же загружают кремнеземистый компонент — молотый кварцевый песок, в котором содержится не менее 80—85% кремнезема, тонкостью помола более 2000 см2/г, что в 10 раз и более выше удельной поверхности немолотого песка. На некоторых заводах по производству ячеистого бетона вместо молотого песка применяют маршалит, каракумские барханные пески, золу-унос ТЭС, молотые шлаки и др. При повышенной средней плотности газобетона (свыше 1000 кг/м3) допускается заменять часть молотого песка немолотым. Для регулирования срока схватывания цемента иногда в смеситель добавляют двуводный гипс.

Сухие компоненты перемешивают с водой в течение 2—3 мин, в процессе перемешивания вводят водную суспензию алюминиевой пудры или другого газообразователя, например пергидроль (водный 80%-ный раствор перекиси водорода). Готовую, хорошо перемешанную смесь выгружают из газобетоносмесителя в стальные формы, в которых происходит ее вспучивание при температуре 20—40 °С. Формование изделий (плит, блоков и др.) может производиться на виброплощадках. Преимущественное распространение при перемешивании и формовании изделий получил способ вибрации (вибровспучивание), улучшающий ячеистую структуру газобетона и ее однородность. Вибрация позволяет снизить количество воды затворения, ускорить вспучивание и упрочнение по сравнению с безвибрационной, или литьевой, технологией, осуществляемой в неподвижных формах. Особенно эффективна вибрация при введении пластификатора или поверхностно-активных веществ, снижающих реологическое сопротивление смеси. Отечественный способ вибрационного перемешивания прогрессивнее зарубежного литьевого, так как кроме снижения В/Т позволяет вспучивать сырец за 5—10 мин (вместо 1—2 ч), набирать прочность сырца за 30—60 мин (вместо 120—360 мин); прочность получаемых изделий и их морозостойкость на 20—40% выше; уменьшены остаточная влажность и, следовательно, усадка изделий (на 20—30%).

Наибольшее распространение получил способ производства газобетона в вертикальных кассетных формах. Кассета имеет ряд разделительных вертикальных металлических стенок, установленных друг от друга на расстояниях, определяемых толщиной формуемых панелей. Между каждыми двумя формовочными отсеками размещается тепловой отсек. Для повышения качества и совершенствования технологии изделий из ячеистых бетонов, особенно с невысокой средней плотностью, осуществляют герметизацию формовочного пространства. В результате повышенного давления газа создаются условия для получения более плотных межпоровых перегородок, увеличения прочности газобетона. Кроме того, исключается срезка «горбушки» и увеличивается оборачиваемость кассетных установок, что повышает эффективность производства газобетона.

На завершающей стадии технологического процесса кассетные формы поступают на предавтоклавную выдержку, затем удаляется неровная верхняя часть («горбушка») и массив разрезается на изделия заданных размеров с помощью резательной машины. Ножом в ней является натянутая металлическая струна, совершающая возвратно-поступательные и вращательные движения, что позволяет разрезать массив в вертикальном и горизонтальном направлениях. Через 30—40 мин, а при вибрационном вспучивании несколько быстрее, изделия направляют в автоклавы для тепловлажностной обработки. Если вяжущим является портландцемент, то дальнейшее твердение изделий возможно и без автоклавов. По физико-химической сущности отвердевания изделий автоклавирование относится к процессам сложным. Оно производится при постепенном подъеме, изотермической выдержке и снижении давления пара и температуры среды. Изотермический период при наивысшей температуре 175—200°С составляет примерно 6—8 ч. При этом в основном образуются гидросиликаты кальция, другие соединения, упрочняющие структуру.

После автоклавной обработки изделия транспортируют к складскому помещению, производят проверку размеров и при необходимости — фрезерование, отделку поверхности и т. п. Если вяжущим является известь с кремнеземистым компонентом, а получаемый конгломератный материал — газосиликат, то автоклавная обработка изделий строго обязательна. Она может начинаться через 20—30 мин после формования (вместо 30—40 мин при газобетоне). Следует отметить, что наибольший объем (около 2/з) производства теплоизоляционных ячеистых бетонов приходится на долю газосиликата.

Расход извести в ячеистых бетонах несколько ниже, чем портландцемента (например, 150—180 вместо 270—300 кг/м3). При применении известково-цементного песчаного вяжущего общий расход его возрастает, но расход каждого компонента составляет около 125кг/мЗ.

Пенобетон и пеносиликат получают с применением пенообразователей — смолосапонинового, клееканифольнОго, ГК, алюмосуль-фонафтенового и др. Чтобы техническая пена до затвердевания ее стенок («мембран») не распадалась, в смесь вводят стабилизаторы — вязкие вещества типа жидкого стекла, животного клея. Основным компонентом смеси, как и в газобетонах и газосиликатах, остаются цементное тесто, цементно-песчаная или известково-песчаная растворные смеси. Песок подвергают частичному или полному помолу, иногда с вяжущим. Пену изготовляют отдельно в пеновзбива-теле и затем перепускают ее в пенобетоносмесительный аппарат; туда же подают растворную смесь. Через 2—3 мин перемешивания готовая пенобетонная смесь поступает в бункер, из которого она разливается в стальные формы. Далее повторяется технологический цикл автоклавирования. Так как вспучивание смеси с пеной завершается в основном в смесителе, то форма заполняется полностью, тогда как при газообразователях наполнение форм бетоном было возможным не более чем на половину их высоты.

При проектировании составов газо- и пенобетонов, газо- и пеносиликатов исходят из необходимости получения заданных пределов средней плотности и прочности с соблюдением наименьшего расхода вяжущего и порообразующего веществ. Учитывают также требования в отношении морозостойкости бетона и технологичности бетонной смеси. Рекомендуются различные методы подбора состава ячеистых бетонов, которые позволяют получать необходимые числовые показатели основных свойств, однако, более целесообразно и в данном случае пользоваться общим методом проектирования оптимальных составов ИСК. Он позволяет получать не только наиболее экономичные бетоны по своему рациональному составу, но и с комплексом наилучших показателей строительно-технологических и эксплуатационных свойств (закон створа).

Физико-механические свойства ячеистых бетонов характеризуются следующими показателями: маркой по пределу прочности при сжатии образцов-кубов с ребром 150 мм при влажности их 10 + 2% по массе и 28-суточном твердении в нормальных температур-но-влажностных условиях хранения. По этому показателю ячеистые бетоны разделяются на марки Ml5, 25, 35, 50, 75, 100, 150 или, согласно ГОСТ 25485—82, на классы: В1; В 1,5; В2; В2,5; В3,5; В5; В7,5; BIO; no морозостойкости: F15, 25, 50, 75, 100. Для разных целей применяют бетоны с различной прочностью и морозостойкостью. Так, например, конструкционные ячеистые бетоны должны иметь марку по прочности не менее 75 (класс не ниже В5,0), а по морозостойкости не менее 50.

При изготовлении армированных изделий из газо- и пенобетона, газо- и пеносиликата рекомендуется предварительно подвергать антикоррозионной обработке стальную арматуру. Важны теплотехнические свойства ячеистых бетонов, особенно при использовании их в качестве стеновых и других ограждающих конструкций. Так, например, коэффициент теплопроводности их равен обычно 0,11—-0,15 Вт/(м-К), а при уменьшении средней плотности до 250— 200 кг/м3 он равен 0,08—0,07 Вт/(м-К), что соответствует хорошим теплозащитным материалам. Эти бетоны имеют также высокую звукопоглощающую и звукоизолирующую способность. Так, при средней плотности 350 кг/м3 коэффициент звукопоглощения составляет 0,7 при частоте волн в среднем интервале 375—500 Гц. По огнестойкости многие ячеистые бетоны превосходят тяжелые цементные бетоны вследствие пониженного содержания в них гидратных соединений, которые являются наиболее уязвимыми к воздействию высоких (экстремальных) температур.

Следует отметить, что прочность, как и другие свойства ячеистых бетонов, обусловлена структурой, ее пористостью и поэтому находится в прямой зависимости от величины средней плотности. Если же средняя плотность остается постоянной, то тогда важнейшими факторами выступают активность вяжущего вещества и оптимальное содержание компонентов в смеси, так что оптимальной структуре ячеистого бетона всегда соответствует комплекс наиболее благоприятных показателей свойств (закон створа).



Похожие статьи:
Строительные термины и определения

Навигация:
Главная → Все категории → Строительное материаловедение

Статьи по теме:





Главная → Справочник → Статьи → Блог → Форум