Ячеистый бетон для теплоизоляции ограждающих конструкций зданий и инженерных коммуникаций

Ячеистый бетон для теплоизоляции ограждающих конструкций зданий и инженерных коммуникаций // Строительные материалы. 2002. №3. C.14-15

В последнее время неавтоклавный ячеистый бетон, получаемый по пенной технологам, вызывает повышенный интерес со стороны ученых-материаловедов и практиков-строителей. Жилье, построенное с использованием пенобетона, обладает повышенной комфортностью при сравнительно небольших затратах на возведение ограждающих конструкций. Наружные ограждения с конструктивными слоями из ячеистого бетона обычно обладают хорошей тепловой устойчивостью, позволяющей выравнивать колебания температуры внутреннего воздуха помещений. Отсутствие мостиков холода и швов при монолитном утеплении конструкций ячеистым бетоном существенно повышает их теплозащитные качества. К несомненным преимуществам неавтоклавного ячеистого бетона относятся: малая энергоемкость изготовления, высокая огнестойкость, экологическая безопасность, биостойкость, а также высокая степень сходства физико-химических свойств ячеистого бетона с другими материалами, используемыми в ограждающих конструкциях (кирпич, бетон, другие каменные материалы).

На кафедре ?Строительные материалы? Пензенской ГАСА разработаны составы и технологии производства пенобетона, предназначенного для изготовления сборных и монолитных теплозащитных конструкций с использованием только отечественных компонентов.

Общая пористость разработанных теплоизоляционных ячеистых бетонов плотностью 200-600 кг/м3 на портландцементом вяжущем достигает 92%. Очевидно, что при столь высокой степени поризации качество пористой структуры приобретает определяющее значение для материала в целом. Оптимальная ячеистая структура характеризуется наличием равномерно распределенных замкнутых и полидисперсных по размеру пор с гладкой глянцевой поверхностью припорового слоя. Добиться получения качественной макроструктуры пенобетона возможно только при использовании взаимодополняющих технологических и рецептурных факторов.

В настоящее время на рынке химических реактивов, применяемых в производстве строительных материалов, появились эффективные отечественные пенообразующие ПАВ, которые позволяют получать в процессе перемешивания пенобетонную смесь низкой плотности. Главный недостаток таких смесей заключается в недостаточной устойчивости пеномассы, приводящей к расслоению материала и разрушению его ячеистой структуры.

С целью решения задачи по стабильному получению качественного теплоизоляционного пенобетона низкой плотности нами было использовано несколько способов повышения устойчивости пен.

Первый способ заключается в том, что в проектируемый состав вводили тонкодисперсные минеральные наполнители из основных, кислых горных пород, а также из отходов некоторых производств. Проведенные исследования и анализ полученных экспериментальных данных позволили сделать вывод, что для всех использованных в работе отечественных пенообразующих ПАВ (?ПО-6К?, ?ПО-1?, ?Пеностром?, ?Морпен?) заметное влияние на стойкость и структуру пеномассы оказывает удельная поверхность и сорбирующая способность частиц наполнителя.

Время помола наполнителя выбиралось исходя из условия, что размеры его частиц должны быть соизмеримы с диаметрами каналов Плато в пеномассе. Соблюдение этого требования повышает возможность частичной закупорки каналов истечения жидкости из межпоровых перегородок, а значит, уменьшает скорость разрушения пеномассы.

При втором способе устойчивость пеномассы повышали путем введения в состав органических добавок, эффективно регулирующих реологические свойства поризуемого раствора в процессе изготовления материала. Однако для снижения плотности разрабатываемого материала до величин 150?250 кг/м3 потребовалось изменение минералогического состава портландцемента.

Особенностью получения пенобетонов низкой плотности является достаточно большое водотвердое (В/Т) отношение, приводящее к разрыхлению материала межпоровых перегородок и повышению его усадочных деформаций в процессе твердения. Для уменьшения содержания в материале химически несвязанной воды были использованы пластифицирующие добавки.

Решение задачи по направленной модификации цементного вяжущего, выбор специальных добавок, повышающих стойкость пеномассы, и современных пенообразующих ПАВ позволили добиться стабильного получения высокопоризованного ячеистого бетона для эффективной теплоизоляции ограждающих конструкций зданий и инженерных коммуникаций. Основные технические свойства разработанных составов пенобетона приведены в таблице.

Показатели

Плотность бетона, кг/м3

200*

300

400

600

Коэффициент теплопроводности, Вт/(м0С)

0,055

0,08

0,1

0,14

Коэффициент паропроницаемости, Мг/(мчПа)

0,27

0,26

0,24

0,17

Прочность при сжатии, кг/см2

1,7

7,5

13

25-30

* монолитный вариант

Относительно невысокие прочностные показатели теплоизоляционных материалов низкой плотности (менее 250 кг/м3) компенсируются хорошей адгезионной прочностью полученного ячеистого бетона к традиционным стеновым материалам. Это позволяет снизить нагрузку на нижележащие слои пенобетона и гарантирует стабильность пеномассы в процессе заливки и набора прочности.

Достоинством разработанного материала является его невысокая себестоимость, что обусловлено использованием недорогих и недефицитных сырьевых компонентов, а также высокой степенью насыщения объема материала воздушной фазой. В случае укладки высокопоризованного пенобетона в стеновые конструкции, которые изготовлены из материалов, сильно всасывающих воду (кирпич плотностью менее 1800 кг/м3, блоки из автоклавного ячеистого бетона, деревянные конструкции), рекомендуется предварительно обработать поверхность последних специальными гидрофобизирующими составами.

Отличительная способность разработанных составов ? возможность регулирования требуемого среднего размера пор в интервале от 0,6 мм до 6 мм путем изменения содержания модифицирующих добавок и В/Г отношения. Направленное регулирование структуры пор позволяет варьировать такими важнейшими свойствами материала, как прочность, теплопроводность, водопоглощение. При оптимальном соотношении сырьевых компонентов и технологии изготовления наблюдалось качественное улучшение структуры и эксплуатационных свойств пенобетона.

Необходимым условием получения качественной пенобетонной смеси является использование пеногенератора и технологии изготовления, соответствующей реологическим и другим особенностям поризуемого раствора. Для приготовления материала была использована одностадийная технология, основанная на способе сухой минерализации пены. Отличительной особенностью выбранной технологии является совмещение операций приготовления пены и пенобетона в одной рабочей емкости, что значительно упрощает механическую часть технологической линии по производству теплоизоляционного пенобетона.

В ходе работ по выпуску опытной партии разработанного утеплителя были внесены необходимые изменения в конструкцию пеногенератора и дозирующих устройств, скорректирован состав материала. Проведенные мероприятия позволили существенно повысить качество готовой пеномассы и добиться стабильного выхода пенобетона заданной средней плотности при объеме замеса до 350 л.

Полный цикл получения пенобетонной смеси, включающий в себя дозирование компонентов, их загрузку, приготовление пеномассы и пенобетона, а также укладку полученной массы в металлические формы, не превышает 10 мин. Размеры выпущенных блоков 240 x 400 x 600 мм.

С целью уменьшения усадочных деформаций материала и повышения технологичности его изготовления пенобетон после набора необходимой пластической прочности пропаривается в течение 12 ч при температуре +80 0С для плотности 400 кг/м3 и выше и +50 0С для плотности ниже 300 кг/м3.

На основании положительных результатов, полученных в ходе натурных опытно-технологических испытаний, было принято решение о проектировании мини-завода по производству неавтоклавного теплоизоляционного ячеистого бетона в Пензе. На сегодняшний день закончен монтаж оборудования и компоновка технологической линии. Все технологическое оборудование для изготовления разработанного материала установлено на одной металлической раме размерами 10 x 10 x 6,5 м

Использование современных электронных дозаторов позволило обеспечить необходимую точность загрузки сыпучих компонентов. Технические возможности скомпонованной технологической линии предусматривают подключение персонального компьютера, управляющего дозировкой и процессом поризации раствора. Выпуск материала в промышленном масштабе планируется начать весной 2002 г.

Разработанный пенобетон может быть использован в ряде конструктивных схем наружных ограждений для тепловой защиты каркасных и бескаркасных зданий различной этажности: межкаркасное сборное и монолитное заполнение из материала плотностью 250?300 кг/м3, кладка слоистая с металлическими связями и колодцевая, трехслойные бетонные стеновые панели, наружные стены блочные или монолитные в несъемной опалубке из плит ЦСП или асбестоцемента, теплоизоляционный слой материала плотностью 350-400 кг/м3 в чердачной крыше или на совмещенном покрытии здания.

При этом, как показывает теплотехнический расчет, выполненный в соответствии с новыми изменениями СНиП II-3-79** ?Строительная теплотехника?, обеспечивается небольшая материалоемкость ограждающих конструкций для территорий II климатического района, характеризуемых величинами градусо-суток отопительного периода (ГСОП) до 5000. Например, толщина наружного однослойного ограждения из ячеистого бетона плотностью 200 кг/м3 находится в пределах 25?30 см, а общая толщина трехслойной стеновой панели не превышает 40 см.