Теплоизоляционные изделия из пенобетона

Коломацкий А. Коломацкий С. Теплоизоляционные изделия из пенобетона // Строительные материалы. 2003 . №1. C. 38-39

Теплоизоляционный пенобетон согласно ГОСТ 25485 ?Бетоны ячеистые. Технические условия? имеет минимальную марку по средней плотности, равную D300, а в соответствии с ГОСТ 5742 ?Изделия из ячеистых бетонов теплоизоляционные? в зависимости от средней плотности изделия подразделяют на две марки: 350 и 400. Установленный нормативными документами нижний предел марок по средней плотности для ячеистого бетона не соответствует современному уровню знаний о поризованных структурах и практике изготовления теплоизоляционных изделий из цементного пенобетона неавтоклавного твердения.

Производство пенобетона со средней плотностью менее 300 кг/м3 потребовало разработки технических условий на плиты из пенобетона теплоизоляционные, которые подразделяют на марки D150, D200, D250, D300 и D350. Изготовление изделий из пенобетона марок D300 и D350 ведется, как правило, без специальных приемов по стабилизации пенобетонной смеси.

Получение пенобетона со средней плотностью 250 кг/м3 на портландцементе ПЦ 500-ДО достигнуто использованием добавок, повышающих седиментационную устойчивость частиц твердой фазы в пенобетонной смеси. Снижение средней плотности до 200 кг/м3 при традиционно применяемых схемах производства приводит к коалесценции* трехфазной пены и формированию крупнопористой структуры пенобетонных изделий размером пор 2?7 мм, а также расслоению пенобетонных смесей, что потребовало дальнейшего совершенствования рецептур и технологических приемов приготовления пенобетонной смеси.

Испытания пенобетона на образцах, вырезанных из пенобетонных плит, показали, что при переходе с производства изделий марки D300 на D250 вариации средней плотности и прочности пенобетона по высоте изделий сопоставимы. Прочность пенобетона через 28 сут твердения уменьшается на 20-25% и составляет 0,35?0,5 МПа. Принципиальным результатом явилось уменьшение теплопроводности пенобетона марки D250 до величины =0,045?0,004 Вт/(м-?С), причем значения теплопроводности тем ниже, чем меньше размер пор в пенобетоне. Для защиты поверхности плит при транспортировке, монтаже и эксплуатации необходимо изготовлять их со специальными покрытиями.

Данные расчета пористости теплоизоляционного пенобетона при степени гидратации цемента 0,8 приведены в табл. 1. Объем цементного камня в пенобетоне (без учета водоотделения и контракции) равен объемному содержанию цементной суспензии в пенобетонной смеси. Пористость цементного камня формируется за счет гелевых и капиллярных пор, причем объемное содержание последних на порядок выше и определяется величиной В/Ц пенобетонной смеси. Воздухововлеченные поры размером 10-50 мкм в модели А.П. Меркина и А.Н. Филатова образуют решетку первого порядка межпорового материала. Роль таких пор становится определяющей при уменьшении средней плотности пенобетона менее 300 кг/м3.

Таблица 1

Показатель

Значение для марки по средней плотности

D200

D300

D400

Плотность пенобетонной смеси, кг/м 3

442/355*

532

574/709*

Водоцементное отношение

1,5/1,1*

1,1

0,7/1,1*

Объемное содержание цементной суспензии в пенобетонной смеси, %

30,7/24*

35,9

34,3/47,9*

Пористость цементного камня, %

22,9/16,1*

24,2

18,7/3,2*

Общая пористость, % * За чертой - для В/Ц=1, 1 .

92,1/92,1*

88,2

84,3/84,3*

Производство пенобетона марок D250 и D200 должно основываться на одновременном управлении как пористой структурой, так и структурой межпоровых перегородок. Наиболее близкими по свойствам и назначению к теплоизоляционным плитам из пенобетона являются плиты из минеральной ваты, требования к которым по физико-механическим показателям приведены в табл. 2.

Таблица 2

Показатель

Значение для плит

пено-бетонных марка 250

минераловатных

ГОСТ 22950-95 марка 200

ГОСТ 9573-96 марка 225

Плотность, кг/м 3, не более

265

225

225

Теплопроводность, Вт/(м-?С), не более

0,05

0,052

0,054

Прочность при сжатии (для минераповатных плит при 10%-ной деформации, МПа, не менее

0,35

0,1

0,04

Основное функциональное свойство - теплопроводность имеет сопоставимые значения для обоих типов плит, хотя ненормируемый верхний предел величины средней плотности пенобетона на 18% больше, чем для минераловатных плит, а строительно-эксплуатационные свойства выше.

Пенобетон по горючести относится к группе НГ, согласно ГОСТ 5742 предназначен для изоляции поверхностей с температурой до 400?С и не выделяет при нормальной и повышенной температурах вредных веществ. Пенобетонные плиты в сравнении с минераловатными имеют также преимущества по отношению к действию воды и более высокую эксплуатационную надежность.

Пенобетон марки D150 изготовляли в виде опытных партий на высокодисперсном цементе для обоснования требований по величине средней плотности в разработанных технических условиях ?Плиты из пенобетона теплоизоляционные?. В таких изделиях наиболее выражены положительные и отрицательные свойства неавтоклавного цементного пенобетона. Основным недостатком пенобетона является повышенная усадка, приводящая к образованию трещин. В ГОСТ 25485 установлены показатели усадки при высыхании ячеистых бетонов и приведен метод ее определения. Большинство исследователей также связывают трещинообразование в пенобетоне с влажностной усадкой.

Натурные обследования пенобетонных плит и физико-химические исследования материала межпоровых перегородок пенобетона, выполненные нами, свидетельствуют о существенной, часто преобладающей роли карбонизации новообразований цементного камня в усадке пенобетона, что согласуется с данными Е.С. Силаенкова. Усадка при карбонизации и усадка при высыхании пенобетона взаимосвязанны, что иллюстрирует следующие результаты. Пенобетон марки D300 одной партии в феврале 2001 г. был одновременно поставлен для наружного утепления фасада здания и внутреннего утепления подвального помещения на другом объекте. В условиях строительной площадки через шесть месяцев все обследованные неиспользованные в дело плиты (37 шт.) имели трещины по поверхности, несколько плит через 1,5 года разрушились на отдельные части. В подвальном помещении через 2 года ни на одной из более 100 плит не появилось ни одной трещины.

Системные обследования изделий из теплоизоляционного пенобетона показали, что вопросы трещинообразования снимаются его армированием.

Карбонизация гидратных новообразований цементного камня в теплоизоляционном пенобетоне является одним из видов коррозии бетона и зависит от влажности материала, плотности пенобетона, исходного водоцементного отношения в пенобетонной смеси и других факторов. В ряде плит из пенобетона марок D300 и D350, обследованных через 1?2 года, имелась четкая граница карбонизированного материала по толщине изделия: светлые желтовато-белые слои с обеих поверхностей плиты и темно-серый слой в центре. Для одной из плит с примерно одинаковой толщиной слоев выпилены и испытаны образцы. Средняя плотность пенобетона возросла за счет карбонизации с 365 до 425 кг/м3 прочность при сжатии снизилась с 1,26 до 0,97 МПа, коэффициент теплопроводности практически не изменил своей величины. По данным рентгенофазовых исследований, кристаллические фазы цементного камня из пенобетона среднего слоя представлены портландитом с основными отражениями d=4,9 и 2,63 А и эттрингитом с d=9,73 и 5,6 А. В карбонизированных поверхностных слоях указанные фазы полностью отсутствуют, основным новообразованием является кальцит с d=3,03 А и в небольшом количестве ватерит с d=3,58 и 2,73 А. В большинстве обследованных пенобетонных теплоизоляционных плит четкая граница карбонизации отсутствует, а кристаллические фазы новообразований представлены портландитом и кальцитом, соотношение которых зависит от степени карбонизации цементного камня.

Плиты из теплоизоляционного пенобетона являются перспективным материалом, при марке D250 сопоставимыми по функциональным свойствам с плитами из минеральной ваты, а по строительно-эксплуатационным свойствам значительно превышают минераловатные плиты и имеют существенно меньшую стоимость.

_________________

* Коалесценция - слияние капель или пузырей при соприкосновении внутри подвижной среды. Это самопроизвольный процесс. Эмульсии и пены в результате коалесценции могут перестать существовать как дисперсные системы.