Неавтоклавного пенобетона

В последние годы технология получения пенобетонов неавтоклавного твердения приобретает широкое распространение в практике строительства [416-419]. Это вызвано высокими технико-экономическими показателями технологии и материала. Для освоения производства пенобетонных изделий необходимы сравнительно низкие капитальные вложения, технологический процесс достаточно прост (отсутствуют автоклавная обработка, отпадает необходимость удаления и переработки «горбушки») и «неприхотлив» (температура окружающей среды, постоянство свойств и точность дозирования компонентов не оказывают большого влияния на качество конечного продукта). Технологически возможно получение пенобетонов в широком диапазоне средней плотности и теплотехнических характеристик: от «сверхлегкого» теплоизоляционного пенобетона со средней плотностью 100…300 кг/м³, прочностью 0, 25…0, 35 МПа и теплопроводностью 0, 045…0, 075 Вт/м∙ ^оС до конструкционного материала с плотностью более 900 кг/м³. Стоимость пенобетонных изделий может быть значительно снижена за счет использования более дешевых вяжущих материалов, по сравнению с портландцементом.

Технология неавтоклавного пенобетона весьма перспективна, ее дальнейшее развитие, несомненно, имеет огромное практическое значение. В то же время, нельзя не отметить ряд проблем, дискредитирующих пенобетон как строительный материал, усложняющих его безоговорочное распространение и требующих незамедлительного решения.

Неавтоклавный пенобетон характеризуется медленным набором прочности, значительной влажностной усадкой (в два-четыре раза превышающей этот показатель у автоклавного газобетона), высоким трещинообразованием, низкой структурной прочностью (на один-два класса меньшей, чем у равноплотного газосиликата) [420]. Для интенсификации твердения неавтоклавного пенобетона предлагается применение ускорителей твердения, быстросхватывающихся и быстротвердеющих вяжущих веществ. Проблема может быть частично решена при использовании тонкодисперсных минеральных наполнителей из горных пород, отходов некоторых производств. Тонкодисперсные компоненты обеспечивают «возможность образования прочных бездефектных перегородок в ячеистой структуре» [421], что повышает устойчивость пенобетонной массы, ускоряет твердение, улучшает свойства (прочность, трещиностойкость) затвердевшего пенобетона.

Перечисленные технические решения, несомненно, дают определенный положительный результат. В то же время необходимо отметить следующее. В качестве порообразующего компонента пенобетона применяют высокомолекулярные органические поверхностно-активные вещества, которые мало совместимы с минеральным цементным камнем. Адсорбируясь на активных точках клинкерных зерен, полярные молекулы ПАВ оказывают электростатическое противодействие самоуплотняющимся цементным частицам. Это обстоятельство (наряду с повышенным водосодержанием) и оказывает решающее влияние на низкий темп роста структурной прочности пенобетона и ухудшение его конечных свойств. В этом отношении равноплотные автоклавные газобетоны имеют неоспоримые преимущества – более низкое водосодержание и родственный с цементным камнем порообразователь определяют его более высокие строительно-технические свойства.

При прочих равных условиях свойства неавтоклавного пенобетона зависят от качества (плотности, прочности) межпоровых перегородок. В свою очередь, межпоровые перегородки формируются в результате электрохимического взаимодействия цементных минералов с водой затворения. Несмотря на некоторые специфические условия (часть молекул воды находится в пленкообразующих структурах, повышенное содержание ПАВ), нет оснований считать, что механизм твердения вяжущего в данном случае будет отличным от такового обычной цементной системы. И поскольку это так, то не последнюю роль в повышении свойств пенобетона может сыграть направленное вибрационное воздействие. Согласованное с кинетикой структурообразования цементного камня циклическое вибрационное уплотнение позволит интенсифицировать твердение, повысить прочность и прочие свойства межпоровых перегородок и пенобетона в целом.

Сразу же возникает сомнение о совместимости малопрочной и неустойчивой поризованной структуры и многократных вибрационных воздействий. Не приведет ли данный технологический прием к разрушению воздушных пор, уплотнению материала, ухудшению его теплозащитных свойств? Конечно, в какой-то степени эти процессы должны иметь место. Однако следует отметить, что бетонные, растворные смеси, цементное тесто даже в условиях вибрирования являются весьма вязкими средами, в связи с чем, вряд ли следует ожидать катастрофического всплытия воздушных пор. Кроме того, поверхность пузырьков воздуха покрыта своеобразной «броней» из отвердевающего цементного клея, что препятствует слиянию пузырьков и повышает устойчивость поризованной структуры.

Для уточнения эффективности циклического вибрирования твердеющих пенобетонных смесей были проведены специальные экспериментальные работы [422, 423]. Для опытов применяли новороссийский портландцемент и пенообразователь «Пенор», производимый ООО НПП «Флореаль» (г. Краснодар) по ТУ 0258-005-16856335-2003. Предварительно исследовали кинетику структурной прочности плотного (непоризованного) цементного теста с количеством ПАВ, соответствующем его содержанию в пенобетонных смесях (0, 20…0, 25 % от массы цемента по сухому веществу). В результате анализа полученных пластограмм назначали время осуществления циклического вибрирования. Затем обычным (раздельным) способом приготавливали пенобетонные смеси, укладывали в формы (4х4х16 см) и тщательно уплотняли на лабораторной виброплощадке. Изготавливали пенобетонные образцы с вибрированием при укладке в формы (контрольные образцы) и с различным количеством уплотнений в процессе естественного твердения. После виброобработки образцы помещали в герметичные полиэтиленовые пакеты (для предотвращения пересушивания) и выдерживали до момента испытания.

Пластометрические испытания показали, что указанное количество пенообразователя (0, 20…0, 25 %) не оказывает влияния на интервал цикличности процесса гидратационного твердения портландцемента – переломы пластограмм наблюдались через каждые 90 мин с момента затворения цемента водой (рис.5.24). Подобные результаты получены при использовании суперпластификатора С-3 и гиперпластификатора Мурапласт FK63.3 (рис.3.18, 3.19).

Рис.5.24. Кинетика пластической прочности цементного

теста с добавкой пенообразователя «Пенор»

Таким образом, дополнительные вибрационные воздействия на твердеющие пенобетонные образцы осуществляли через 90, 180 мин и т.д. Продолжительность уплотнения в каждом из сроков составляла 10…15 с. Были изготовлены образцы с виброуплотнением только при укладке в формы пенобетонной смеси (эталон), а также с одно-, двух-, трехкратной и т.д. дополнительной вибрацией. Для некоторых составов применяли ускоритель твердения – хлористый кальций в количестве 1 % от массы цемента (вибрационное уплотнение в данном случае производили с интервалом 50мин).

В 28-суточном возрасте определяли размеры, массу образцов, рассчитывали среднюю плотность, с помощью разрывной машины МИИ-100 и пресса ПСУ-10 определяли прочностные свойства образцов-балочек. Для сопоставления полученных результатов для каждого состава рассчитывали коэффициент конструктивного качества как отношение прочности пенобетона в МПа к квадрату относительной плотности. Циклическое вибрирование (рис.5.25) позволяет на 70… 140 % увеличить прочность пенобетона. При этом средняя плотность конструкционного пенобетона, практически, не изменяется (после трех…четырехкратного уплотнения увеличивается на 5…10 %); в то же время, для конструктивно-теплоизоляционного пенобетона имеет место заметное повышение средней плотности даже после двукратного вибрирования (на 20…25 %).

Рис.5.25. Влияние циклического вибрирования на прочность, среднюю

плотность и коэффициент конструктивного качества неавтоклавного

пенобетона без ускорителя (1, 2) и с ускорителем твердения (3)

Все же, несмотря на неизбежное разрушение вибрационным воздействием пористой структуры, некоторое повышение плотности материала, циклическое вибрирование весьма эффективно, о чем свидетельствует более чем в два раза увеличение коэффициента конструктивного качества активированного продукта, по сравнению с литьевым производством.

Представленные поисковые экспериментальные работы позволили сделать следующие предварительные выводы:

1) циклическое вибрирование, согласованное с кинетикой твердения цементной системы, прилагаемое в моменты «стяжения» клинкерных зерен, позволяет в значительной степени улучшить прочностные показатели неавтоклавного пенобетона за счет повышения качества камня межпоровых перегородок;

2) данный технологический прием более эффективен для конструкционных составов пенобетона (с большей концентрацией вяжущего, соответственно, большей средней плотностью);

3) циклическая виброобработка интенсифицирует процесс твердения неавтоклавного пенобетона, что позволяет в более ранние сроки получать требуемую технологическую прочность;

4) оптимальный режим циклического вибрирования индивидуален для каждого состава пенобетона, уточняется экспериментально (в качестве критерия эффективности может быть использован коэффициент конструктивного качества).

Исследования в данной области в настоящее время продолжаются. Предусматривается изучить «вибрационное производство» неавтоклавных пенобетонов с использованием различных эффективных и широко применяемых на практике пенообразователей, исследовать однородность виброоброобрабатываемого пенобетонного массива, трещиностойкость пенобетонных изделий, структурно-механические особенности активированного материала, его сцепление с плотным и легким бетонами, осуществить производственную проверку разработанной технологии. Есть все основания полагать, что направленное вибрационное воздействие найдет широкое распространение не только в технологии обычных и легких бетонов, но и при производстве неавтоклавных ячеистых бетонов.