Ячеистые бетоны с химическими и редиспергирующими добавками

Структура ячеистых или особо легких бетонов характеризуется наличием в сплошной среде пор, в виде распределенных по всему объему отдельных замкнутых (или условнозамкнутых) ячеек. Мелкие и средние воздушные ячейки диаметром до 1-1,5 мм занимают 85 % их общего объема. Поэтому такие материалы мало проницаемы и более прочны.

Они могут быть автоклавного и безавтоклавного твердения. Для автоклавных характерно химическое взаимодействие гидроксида кальция с кремнеземом заполнителя. И здесь желателен заполнитель, богатый кварцем, особенно при получении бесцементного пено- или газосиликата. Используются в них мелкие природные или молотые пески, поскольку тяжелые крупные зерна песка могут вызвать осадку пенобетонной массы и даже помешать нормальному процессу вспучивания газобетонной массы. Чем меньше заданная плотность ячеистого бетона, тем мельче должен быть заполнитель.

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

Объём производства ячеистого пенобетона в России согласно данных (i) уже не уступает газобетону и продолжает неуклонно расти. Становлению его безусловно способствует относительная простота изготовления и наличие большого количества различных весьма эффективных пенообразователей. Благодаря последним производство пенобетона уже весьма популярно в странах общего рынка. А за счёт исключения из тех- нологии-газобразователя (алюминиевой пудры) оно совершенно стало безопасным.

Положительным качеством пенобетонной смеси является реологическая особенность, позволяющая осуществлять технологию подачи или перекачивания по трубопроводам на довольно значительные расстояния. При наличии мини-заводов у строителей ими эффективно возводятся ограждающие монолитные конструкции.

Однако несмотря на положительные особенности, технология пенобетона по сравнению с газобетоном имеет недостатки, которые следует учитывать при его изготовлении. Так, благодаря непременному использованию значительного количества ПАВ, пенобетону присущи: замедленный на 20-30 % рост пластической прочности; невозможность эффективного ускоренного подогрева сырца из-за разрушения пеномассы; наличие просадки уровня (на 5-10 %) заливаемого при формовании изделия и образования на поверхности штучных или массивных изделий легко отслаивающейся пленки, затрудняющей дальнейшую отделку. Замедленное схватывания сырца приводит ещё к послойному (по высоте изделия) разбросу плотности (от юо до 200 кг/м3), способствуя развитию деструктивных процессов в массиве пенобетона.

Коалексценция пенообразователя, чаще проявляемая при малой плотности пенобетона, образует значительное количество каверн. А разрушение пены в процессе технологической переработки (механо-или динамическом перемещении) пеномассы, способствует преобразованию сферической формы ячеек в иолилиэдрическую (многоугольчатую) с последующим после твердения локальными повышенными внутренними напряжениями. К сожалению эти явления редко принимаются во внимание «практиками»-изготовителями, приводя к выпуску некачественной продукции. Исключить это негативное положение возможно исключительно повышением стойкости пен.

По существу стабилизация пены или усиление её роли, как «заполнителя» для бетона, является главным технологическим требованием при оценке комплексного действия добавок на порообразующий аспект пенобетона, определяющий в целом получение его основных характеристик. У зарубежных производителей высокий показатель пеноустойчивости достигается созданием в оболочке пузырька прочной минерализованной полимерной пленки.

Практика показывает, несмотря на простоту технологии, тщательность отбора твёрдых минеральных компонентов, качественное изготовление пенобетона возможно при выборе пенообразователей при наличии свойств, регламентированных ГОСТ 25485.

Например, сочетание ПАВ желательно с введением стабилизаторов, повышающих вязкость пенорастворов и замедляющих тем удаление жидкости из пен. В некоторых случаях даже просисходит физико-химическое связывание молекул стабилизатора и пенообразователя с получением весьма устойчивых соединений и пузырьков в пенорастворе. Вещественный состав самой добавки (или «комплексность» набора в ней компонентов) следует соотносить с технологией её получения и даже видом или своей специальной классификацией по требованиям, как технического продукта. В связи с этим стабилизаторы бывают органические и неорганические, растворимые и нерастворимые в воде.

По воздействию на механизм пенообразования стабилизаторы разделяют на классы:

  • - вещества, направленно увеличивающие вязкость пенообразующего раствора или загустители, вводимые в пенообразователи в значительных количествах (с расходом от 2 до 2 о % от массы ПАВ), например, метиллцеллюлоза, декстрин, этиленгликоль, казеин, глицерин и т. д.;
  • - соединения, вызывающие в плёнках пены образование коллоидов, резко уменьшающее обезвоживание пленок. Такие стабилизаторы более эффективны, но довольно дефицитны для массового производителя. Это крахмал, костный или мездровый клей, желатин и т.п. в количестве 0,1-0,3 % от массы ПАВ, резко увеличивающие (в 150 и более раз) в пленках вязкость жидкости, приводя к возрастанию устойчивости пены 5-10 раз;
  • - вещества, обеспечивающие полимеризацию пеномассы и также резко увеличивающие вязкость пленок, переводят последние даже в твердое состояние. К ним относятся водорастворимые полимерные композиции - карбомидные, латексные и т.д.;
  • — эффективны, как стабилизаторы, нерастворимые в воде, соли металлов меди, бария, железа, алюминия, капсулирующие пленки иены и тем препятствующие их разрушению. К такому типу стабилизаторов следует отнести пену с тонкоизмельчен- ными твердыми веществами (способ минерализации), которые адгезионно прикрепляясь к пенным оболочкам и постепенно сближаясь создают комплекс пеновоздушных минерализованных ячеек, образуя агрегатную пену. Такой способ стабилизации и позволил создать один из новых одностадийных способов получения пенобетона - сухой минерализацией пены (2,3).

Другим способом совершенствования при раздельной технологии приготовления пенобетона может быть применение комплексных добавок, вводимых с водой затворения, например, суперпластификатор С-3 + ТНФ или другой щелочесодержащий компонент. Комплексные синтетические пенообразователи на основе отечественных ПАВ с стабилизаторами указанных классов, позволяют получить качественный пенобетон, обладающий ещё и невысокой стоимостью и доступностью (4).

Таким образом, пенобетоны - растворные смеси с большим расходом вяжущего, воды и с добавкой кремнезёмистого компонента, могут быть получены и без применения классических повсеместно распространённых пластификаторов, но только с оптимально пододобранным к данному виду комплексным стабилизированным пенообразователем.

Следует отметить, что минеральный состав компонентов должен соответствовать требованиям вышеуказанного ГОСТ, а технология изготовления соответствующим нормативным документам, в частности, СН 277-80. Всё это позволит свести к минимуму те недостатки пенобетона, о которых говорилось выше.

Пенобетон, но качеству не уступающий газобетону, возможно устойчиво получать на любых типах вяжущегошлакощелочном, щелочноалюмосиликатном, солещелочном, кремнезольном с использованием природных растительных и белковых пенообразователей, имеющих коллоидную структуру, где вяжущая система и является необходимой основой, исключающей недостатки пенобетона (1). Согласно современным данным (4) наиболее приемлемым для пенобетонов широкого спектра применения целесообразно применять следующие виды пенообразователей и стабилизаторов (см. табл. 6.13).

Комплексные добавки для пенобетона

Таблица 6.13

Наименование

Характеристики (внешний вид)

Стабилизатор

Расход сухих компонентов на 1л воды, (г/л).

1

2

3

4

ОП - 1 (ГОСТ 8473)

Пастообразный продукт, получаемый обработкой моно и диал- килфенолов оксидом этилена

Мездровый или костный клей

130 + 350

Паста алкил- сульфа - тов (ПО-6НП; ПО- бНП -М) ТУ 38 - 00-05807999 - 33;

ТУ 2481 -015 - 05807999

Пастообразный продукт или жидкость 5 =

1,0 К 1,1 кг/л.

Жидкое стекло + ТНФ

100+ 120 + 5

СВМ «Астра» +ТНФ + КМЦ

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

ТНФ+КМЦ

  • 60 + 40+ 160
  • 1

СВМ «Вита» + КМЦ

КМЦ

140 + 200

Продолжение табл. 6.13

Y

2

3

4

CBM «Лльфин»

+ кмц

кмц

160 + 200

CBM «Прогресс» + ТИФ + кмц

ТИФ + кмц

160+ 10 + 5

Сульфанол+

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

Мездровый клей или КМЦ

609 + 80

Сульфанол+ ТИФ + жидкое стекло

ТНФ + жидкое стекло

80 + 80+ 160

Сульфанол + ТИФ +

КМЦ

ТНФ + кмц

80 + 80+ 160

ТИФ (тринатрийфосфат ГОСТ 201), КМЦ, (МЦ) (Карбок- симетилцеллюлоза ТУ 6 — 01 -1857), Сульфанол ТУ 6 — 01 - 1001 „ 77. Преимуществом указанных комплексных добавок является благоприятное воздействие на реологию пеномассы, доступность компонентов, низкая стоимость и простота применения независимо от технологии изготовления бетонной смеси.

В связи с достаточно широкой ориентацией производителей на производство главным образом цементных ячеистых бетонов следует иметь ввиду, что цементный камень при твердении претерпевает объемные деформации и усадка его достигает 2 мм/м. Из-за неравномерности усадочных деформаций возникают внутренние напряжения и трещины. Мелкие трещины могут быть невидимы невооруженным глазом, но они резко снижают прочность и долговечность цементного камня. Заполнитель создает в бетоне жесткий скелет, воспринимает усадочные напряжения и уменьшает усадку обычного бетона примерно в ю раз по сравнению с усадкой цементного камня.

Для понижения трещинобразования, повышения прочности при изгибе и растяжении, а также морозостойкости ячеистого бетона предложена универсальная технология армирования его минеральными волокнами (стекловолокном). Технология армирования проста и может быть использована на практике при изготавлении изделий и конструкций из ячеистого бетона.

Доля материальных затрат в валовой продукции строительного производства составляет около 50 % и снижение их только за счет использования вторичных продуктов промышленности при изготовлении неавтоклавных ячеистых бетонов является крайне важной задачей. А поскольку в технологии ячеистого бетона большую часть сырьевой смеси, как правило, составляет кремнеземистый компонент, то использование дисперсных кварцсодержащих вторичных промпродуктов является крайне важной задачей. Применение таких материалов позволяет резко снизить энергозатраты на помол кремнеземистого компонента и исключить из потребления специальные тестированные природные кремнеземистые компоненты. В частности, зольная часть сырьевой композиции представляет собой сухую золу уноса, различных модификаций.

Для изготовления изделий из безавтоклавных ячеистых бетонов в настоящее время применяются золы и шлаки, использование которых предопределяет производство материалов с пониженными прочностными показателями в сравнении с автоклавными ячеистыми бетонами на аналогичной основе. Большое значение для повышения транспортабельности готовых изделий и для повышения их трещиностойкости при эксплуатации имеет прочность безавтоклавного ячеистого бетона на растяжение.

Увеличение её для безавтоклавного газошлакозолосилика- та наряду с другими методами может быть достигнуто путем фиброармирования матрицы материала добавкой минеральной ваты, в частности, стекловаты. Как показывает зарубежный опыт, коррозионное действие щелочной среды композиций с добавкой доменного шлака и зол, в которых преобладают соединения AI2O3 и Si02, на стекловолокно меньше чем традиционных, в которых преобладают кальциевые соединения.

При исследованиях применялись различные сочетания как кислых, так и основных зол шлаков затворенных щелочными компонентами первой группы по классификации В.Д. Глухов- ского. Для снижения усадочных деформаций в сырьевую смесь вводили некоторое количество негашеной 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 прочности на сжатие подбирали на смесях, состоящих из шлако-щелочного вяжущего и золы. Отношение добавки извести к шлаку менялось в определенных параметрах - не менее ю % к массе сухих компонентов. При постоянном соотношении количества извести к шлаку в составы вводилось переменное количество золы-уноса и добавка гипса - 5 % от массы сухих компонентов сырьевой смеси.

Наибольшую прочность имели образцы, изготовленные на составах с соотношением шлако-щелочного вяжущего к золе равном 1:0,6. После изготовления изделия пропаривались при температуре 90-95°С по режимам, рекомендованным нормативными документами для конструктивно-теплоизоляционного ячеистого бетона.

Так как с увеличением содержания извести-кипелки и золы водопоглощение и усадка готового бетона растет, все последующие работы проводились на составе с тридцатипроцентным содержанием золы при постоянном соотношении шлака к щелочно-щелочноземельным активизаторам. Дисперсность сырьевой смеси находилась в пределах 3000-4000 см2/г.

С целью повышения прочности при растяжении, в состав сырьевой смеси вводилась стекловата. Введение стекловаты осуществлялось следующим образом: в работающий смеситель заливали воду, загружали стекловату и перемешивали смесь в течение определенного времени. Затем в смеситель загружали сухие компоненты и перемешивали еще не менее 1-2 мин. После введения требуемого количества водно-алюминиевой суспензии перемешивание продолжалось до равномерного распределения газообразователя в сырьевой массе.

Исследования влияния добавок стекловаты на прочностные характеристики газобетона проводили на оптимальном составе плотностью 700 кг/м3 по прочностным показателям.

Увеличение массы добавки практически не влияло на прочностные характеристики ячеистого бетона.

Были проведены также исследования влияния длины волокон стекловаты на прочностные показатели газобетона оптимального состава и установлено, что изменение длины волокон от 10 до 40 мм практически не влияет на физико-механические характеристики бетона. Была отмечена тенденция к повышению устойчивости газобетонной массы и улучшению ее реологических характеристик. Поверхность волокна видимо образовывала подложки, способствующие росту микрокристаллов, формированию коагуляционных, а затем и кристаллизационных структур. В начальный период твердения, все это улучшало реологические свойства ячеистобетонной смеси, что подтверждалось при всех равных условиях формовки контрольных образцов и снижением ее плотности при сохранении прочностных показателей.

При введении в состав сырьевой смеси добавки стекловолокна оптимальной длины от 15 до 40 мм было отмечено улучшение структуры бетона. Применение волокон длиной более 40 мм не позволяло качественно перемешать смесь, за счет образования несмешиваемых с остальной массой участков состоящих из спутанных волоконных прядей («ежей»), что не позволяло получать качественный газобетонный сырец и получить бетон на его основе.

Без добавки волокна плотность у ячеистого бетона составляла 730 кг/м3 при прочности на сжатие - 3,7 МПа и изгиб 1,1 МПа. Введение волокна оптимальной длины в количестве 5 % от массы сырьевых компонентов при длине волокна до 15 мм позволяло получать: бетон плотностью 670 кг/м3 при прочности на сжатие - 4,1 МПа и изгибе 2,3 МПа; при длине волокна от 30 до 40 мм плотность составляла (в среднем) 625 кг/м3 при прочности 4,8 МПа и изгибе 3,1 МПа. Следует отметить четкую тенденцию к снижению плотности с одновременным повышением прочностных показателей газобетона,

Морозостойкость модифицированного газобетона достигала 150 циклов замораживания и оттаивания без видимых признаков разрушения и снижения прочности по сравнению с традиционным (Кмрз - 75; R сж 2,8 МПа).

150

Рис. 1. 150

(+) хбОО

Рис. 2. (+) хбОО

(+)*1500

Рис. 3. (+)*1500

На рисунках (рис. 1-3) представлены микрофотографии структуры дисперсноармированного газобетона. На рис. 1 четко видна армированная некоррозированными волокнами меж- поровая перегородка, а также ячейки макропор.

При большем увеличении (рис. 2) в точке, отмеченной крестом, волокна, замоноличенные в основной связующий материал, сшивают матрицу газобетона как арматура. При ещё большем увеличении на рис. 3 (на месте крестообразной мет- ки)показано, что волокна уже склеены продуктами новообразований и не имеют коррозионных повреждений. Эти исследования проведены на образцах (блоках) стеновой кладки, изготовленных из блоков в производственных условиях с дисперсным армированием стекловатой, после эксплуатации в течение 5 лет в суровых климатических уральских условиях.

Получение нового материала с увеличенной прочностью на растяжение позволяет повысить прочность и трещиностойкость ячеистого бетона на бесцементном вяжущем. При этом за счет исключения расхода клинкерных вяжущих и автоклавной обработки изделий, также утилизации зол и шлаков значительно сокращается энергоемкость производства.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >