Перспективы совершенствования технологии пенобетона

Ахундов А. Удачкин В. Перспективы совершенствования технологии пенобетона // Строительные материалы. 2002. №3. C.10-11

Одним из решающих направлений повышения физико-механических показателей пенобетона кроме известного приема вводить в состав массы различные химические и армирующие добавки по нашему мнению, является необходимость использования для получения пенобетона пены с чрезвычайно микроскопическими порами и высокой кратностью. В этом направлении в ОАО ?ВНИИСТРОМ? достигнуты определенные результаты [1].

Для наглядности микропористый пенобетон в какой-то степени можно сравнить с пенопластом. Пенопласт прежде всего за счет микроскопических пор имеет хорошие физико-технические показатели. Мы считаем, что при производстве пенобетона применение пены с микроскопическими порами и при высокой степени помола сырьевых компонентов, а также ряд других мероприятий могут приблизить показатели пенобетона к показателям пенопласта.

Прежде всего на развитие производства пенобетона существенное влияние оказало изменение концепции в строительном производстве ? переход на малоэтажное строительство, сокращение объема крупнопанельного строительства, известные повышения требований к теплозащитным свойствам ограждающих конструкций зданий и сооружений, переход к рыночным условиям хозяйствования и в связи с этим развитие частного предпринимательства. Можно отметить, что эти факторы создали объективные условия для развития производства пенобетона.

В настоящее время стоимость 1 м3 изделий из пенобетона на 30-50% ниже, чем стоимость аналогичных изделий из газобетона, а стоимость единичной мощности оборудования для пенобетона в несколько раз ниже, чем для газобетона. Набор комплекта оборудования для пенобетона позволяет создавать мощность от 3 до 20 тыс. м3 в год, что благоприятствует бизнесу современного начинающего предпринимателя.

Среди отмеченных недостатков физико-технических свойств пенобетона существенное место занимают высокие показатели усадки этого материала. Поэтому в данной статье приводится анализ природы усадочных явлений в производстве пенобетона и некоторые результаты работ по улучшению этих показателей.

Согласно ГОСТ 25485-89 ?Бетоны ячеистые. Технические условия? усадка при высыхании неавтоклавных пенобетонов не должна превышать 3 мм/м. Такая величина влажностной усадки приводит к образованию трещин. Это прежде всего касается крупноразмерных изделий, монолитных стен и покрытий. Систематические многолетние натурные обследования пенобетонов, проводившиеся под руководством Е.С. Силаенкова [2], показали, что ширина раскрытия трещин доходит до 3?5 мм.

Анализируя существующие положения, усадку в бетонах можно разделить на две составляющие: первая ? усадка, обусловленная давлением воды в капиллярах цементного камня при ее испарении, и вторая - за счет действия физико-химической контракции.

Для понимания причин усадки неавтоклавного пенобетона в результате происходящих физико-химических процессов целесообразно руководствоваться данными В.В. Михайлова, который предлагает разделить этот процесс на три основные стадии [3]:

-- на первой стадии клинкерные минералы после контакта с водой интенсивно диспергируются, образуя цементный гель;

-- на второй стадии гель пресыщается, и в нем начинают выкристаллизовываться новообразования. При этом объем кристаллов в 2,2 раза меньше объема геля. Процесс сопровождается образованием контракционных пустот (пор), а сам процесс называется контракцией;

-- в теории расширяющегося цемента определяющей является третья стадия. Гидросульфоалюминаты кальция как добавка-модификатор сосредоточиваются на поверхности стенок новообразований в контракционных порах.

Гидросульфоалюминаты кальция после гидролиза интенсивно гидратируют с образованием игольчатых кристаллов, наиболее характерным из которых является эттрингит. Сосредоточение игольчатых кристаллов, заполнивших контракционные поры, сопротивляется усадке цементного камня в момент перехода его из пластичного в упругое состояние.Убедительные данные в поддержку контракционной теории малоусадочного пенобетона получены при помощи электронно-микроскопического анализа (ЭМА). Исследования проводили на растровом электронном микроскопе ?JSM - 35cF? фирмы ?Джеол? (Япония). Параметры съемки: ускоряющее напряжение HV=15 кВ, расстояние от образца до детектора WD ? 15 мм, диафрагма = 2, экспонирование образца = 100 с. Поверхность скола образца напылялась медью ВУП-1 в вакууме 1,10 мм рт. ст. Затем образец визуально просматривался при различных увеличениях в интервале 250?10000 раз, типичные и характерные участки фотографировались.

В качестве объекта исследований использован неавтоклавный пенобетон с сульфоалюминатной добавкой типа ?Алак?, которая производится на подольском заводе ?Цемдекор?.

На рис. 1 показаны микрофотографии процесса гидратации малоусадочного пенобетона. Из фотографии видно, что в первые 15 мин гидратации наблюдается образование мелкодисперсных фаз. Появились первые ?реснички? эттрингита на добавке.

Далее эттрингит заметно растет на добавке. Мелкодисперсная фаза увеличивается. В концентрированных местах скопление эттрингита образует конгломерат с соединениями С4АН13 (рис. 1а).

После 60 мин эттрингит увеличивается в размерах до 3?4 мкм. Видоизменяется поверхность клинкера. Наблюдается резорбция кварца. В растворе много мелкодисперсной фазы .



На 7-е сут гидратации увеличиваются гидросульфоалюминаты кальция всех типов. Наблюдаются переплетение кристаллов эттрингита и других алюмосиликатов. Алит гидратирован почти полностью. Видно, что контракционные поры почти полностью заполнены игольчатыми кристаллами, которые в начальные сроки твердения частично компенсируют усадку цементного камня



Проведенные исследования и выработанная гипотеза позволили осуществить технологический эксперимент. Неавтоклавный пенобетон был изготовлен из цемента марки ПЦ-500 DO, песка речного мытого с модулем крупности Мк=1,1, пенообразователя ?Пеностром-М?. В качестве добавки модификатора использовали модификатор ?Алак? и сульфоалюминатный цемент Пашийского металлургическо-цементного завода. В цементе меняли соотношение оксида алюминия и сульфат-иона. Рабочая плотность пенобетона ? 700 кг/м3. Суммарное количество добавки составляет от 3 до 10% от массы цемента. Результаты экспериментов представлены в форме технологических номограмм.

технологические номограммы зависимости времени конца твердения цементных паст от содержания смеси активного оксида алюминия и сульфат-иона. Естественно предположить, что добавка сульфо-алюминатного типа в составе сырьевой смеси проявится как регулятор (ускоритель) твердения, так и в качестве компенсатора усадки пенобетона, что и подтвердили эксперименты.




Прямые лабораторные и поисковые определения усадки пенобетона, выполненные по стандартным методикам, приведены в таблице.

Отношение В/Т

Отношение П/Ц (песок-цемент)

Расход пенообразователя, л/м3

Плотность сухого бетона, кг/м3

Прочность после 28 сут, МПа

Добавка,

%

Усадка мм/м

Контрольный пенобетон

0,3

0,25

1,4

692

2

0

2,2

0,35

0,25

1,3

706

2,56

0

2,4

0,35

0,25

1,3

735

2,43

0

2,5

0,36

0,25

1,3

709

2,3

0

2,5

Пенобетон с добавкой ?Алак?

0,3

0,25

1,4

680

1,8

0

2,2

0,35

0,25

1,3

672

2,1

3

1,95

0,35

0,25

1,3

765

2

6

1,32

0,35

0,25

1,3

740

2,2

10

1,1

Предельное количество модификатора, вводимого в состав пенобетонной смеси, соответствует расчетному объему контракционных пор, то есть 6? 10% от объема бетона.

Реальными поставщиками добавок-модификаторов в промышленных объемах являются Пашийский металлургическо-цементный завод (Пермская обл.), который производит высокоглиноземистый и сульфоалюминатный цементы.

Завод в состоянии оперативно корректировать химический состав отпускаемого цемента в соответствии с заказом потребителя.

В Российской Федерации есть цементные заводы, выпускающие цементы, которые пригодны для производства малоусадочного бетона без использования добавок. К этой группе заводов относятся Пикалевский цементный завод (Ленинградская обл.), Ангарский цементный завод (Иркутская обл.), Пашийский металлургическо-цементный завод и др.

В Иркутске построен микрорайон ?Радужский?, состоящий из 12-этажных домов, рассчитанных на эксплуатацию при 8-балльном сейсмическом воздействии.

Приведенные данные не исчерпывают всех инженерных способов компенсации усадки, а показывают наиболее реальное техническое направление, пригодное для масштабного использования в стройиндустрии Российской Федерации.