Общие характеристики, ячеистые теплоизоляционные бетоны

Ячеистые бетоны классифицируются в первую очередь по способу получения пористой структуры на газобетоны и пенобетоны. Получение пористой структуры возможно также путем испарения значительного количества вовлеченной воды.

По виду вяжущего могут быть получены следующие ячеистые бетоны:
· на основе цемента - пенобетон и газобетон;
· на основе известкового вяжущего - пеносиликат и газосиликат;
· на основе магнезиального вяжущего - пеномагнезит и газомагнезит;
· на основе гипсового вяжущего - пеногипс и газогипс.

Часто наименование " пенобетон" и " газобетон" применяют для обозначения ячеистых бетонов и силикатобетонов вне зависимости от основного вида вяжущего. Ячеистые бетоны могут рассматриваться как обычные бетоны, в которых роль крупного и, частично, мелкого заполнителя выполняют воздушные пузырьки. Такие бетоны обычно называют просто ячеистыми. Иногда в состав ячеистого бетона вводят крупный заполнитель в виде шлаковой пемзы, перлита, вермикулита, керамзита или других вспученных материалов. Такие бетоны принято называть ячеистолегкими.

Газобетон (автоклавный ячеистый бетон) – это прочный минерально-каменный искусственный материал, не требующий значительного ухода.
В нем соединились лучшие качества двух самых древних материалов: камня и дерева. Этот материал огнестоек, прочен, он не гниет, не стареет, не выделяет токсичных веществ. За счет поглощения и отдачи влаги ячеистый газобетон поддерживает постоянную влажность воздуха внутри помещения. А воздушные пузырьки, занимающие около 80% материала, обеспечивают ему высокую теплоизоляционную способность, что способствует снижению затрат на отопление на 25-30% и отказу от применения каких-либо дополнительных теплоизоляционных материалов. Термическое сопротивление ячеистого бетона в 3 раза выше, чем из глиняного кирпича, и в 8 раз выше, чем из тяжелого бетона. Наружная стена из блоков толщиной 375 мм обеспечивает требуемое нормативное термическое сопротивление R_t=2, 5.

Ячеистые бетоны подразделяются по способу твердения. Различают ячеистые бетоны естественного и искусственного твердения. Ячеистые бетоны естественного твердения набирают прочность при хранении в обычных атмосферных условиях, а искусственного – при их обработке в условиях повышенных температур под воздействием водяного пара. Обработка называется автоклавной при давлении пара более 1 ат и температуре выше 100° и неавтоклавной, если давление пара менее 1 ат и температура в пределах 25-100°. Соответственно и ячеистые бетоны подразделяются на автоклавные и неавтоклавные.

Изделия из ячеистых бетонов в зависимости от требований, предъявляемых к их несущей способности, могут быть армированными и неармированными.
В настоящее время ячеистые бетоны применяются в различных частях зданий и сооружений и выполняют всевозможные функции. В зависимости от свойств и области применения ячеистые бетоны делятся на теплоизоляционные и теплоизоляционно-конструктивные.

Теплоизоляционные ячеистые бетоны отличаются малым объемным весом (менее 1000 кг/м3), низким коэффициентом теплопроводности и достаточной прочностью.

В строительстве применяются различные изделия из ячеистых бетонов: панели, блоки и камни для наружных и внутренних стен и перегородок, плиты для утепленных кровель промышленных сооружений, скорлупы и сегменты для теплоизоляции трубопроводов, блоки для утепления и т. д. Изделия из ячеистых бетонов выпускают различных размеров как сплошные, так, и пустотелые.

Физико-механические свойства ячеистых бетонов зависят от способов образования пористости, равномерности распределения пор, их характера (открытые, сообщающиеся или замкнутые), вида вяжущего, условий твердения, влажности и многих других технологических факторов. Однако некоторые свойства ячеистых бетонов подчинены общим закономерностям. Так, коэффициент теплопроводности зависит в основном от величины объемного веса. Он почти не зависит от вида вяжущего, условий твердения и других факторов. Это объясняется тем, что материал стенок, образующих поры, состоит из цементного камня или близкого к нему по свойствам силиката. Поэтому величина пористости и соответственно объемного веса определяет теплопроводность ячеистых бетонов.

Прочностные свойства ячеистых бетонов зависят в большей степени от вида вяжущего и условий твердения. Наиболее прочными являются автоклавные ячеистые бетоны, их прочность превышает прочность ячеистых бетонов естественного твердения в 8-10 раз.

Прочность материала стенок ячеистого бетона определяется количеством воды затворения. При твердении ячеистого бетона на основе извести только определенная часть воды участвует в процессе твердения. Количество связанной воды при гидратации извести зависит от её минералогического состава и в среднем составляет 15-20% от веса извести Избыточное количество воды, раздвигая частицы цемента с оболочками из продуктов гидратации, образует прослойки и скопления в толще известкового камня. После высыхания и постепенного расходования воды на продолжающиеся процессы гидратации в известково-кремнеземистом камне остаются пустоты, каналы и отдельные замкнутые поры.
Некоторое количество пустот появляется и в результате усыхания гелеобразных масс, образующихся входе твердения извести. Поэтому прочность известково-кремнеземистого камня понижается по мере увеличения относительного количества воды затворения.

Для ячеистых бетонов, в состав которых входит наряду с вяжущим определенное количество тонкодисперсных добавок, вместо водоцементного отношения принято определять так называемое водотвердное отношение. Водотвердный фактор - это отношение воды затворения к сумме твердых веществ - вяжущего и добавок. По мере увеличения водо-твердного отношения прочность ячеистых бетонов уменьшается. Этой зависимости подчиняются ячеистые бетоны на основе любого вяжущего.

Средством повышения прочности является уменьшение водотвердного отношения и применение в технологии вибрации как в период приготовления растворов, так и при вспучивании (для газобетонов). Вибрационные воздействия вызывают увеличение подвижности известкового теста, растворов и бетонов и позволяют снижать водотвердное отношение. Другим средством повышения прочности изделий из ячеистых бетонов является армирование. Ячеистые армированные изделия обладают достаточно большой прочностью – 75 кГ/см²и более.

Теплофизические свойства ячеистых бетонов зависят от их влажности. Поэтому одним из основных свойств, характеризующих ячеистые бетоны, является водопоглощение. Водопоглощение ячеистых бетонов зависит от вида вяжущего вещества: бетоны на основе извести, каустического магнезита, каустического доломита и гипса имеют большее водопоглощение, чем бетоны на портландцементе.

Вследствие большого водопоглощения изделия из пено- и газосиликатов разрешено использовать в помещениях с относительной влажностью воздуха не выше 50%. Изделия из пеногипса разрешено применять только в конструкциях, надежно защищенных от воздействия влаги.

Важным свойством для ячеистых бетонов является усадка. Изделия из неавтоклавного бетона дают большую усадку, чем из автоклавных. Пеногипс и пеномагнезит практически не дают усадки.

Температуростойкость ячеистых бетонов невысока. Для автоклавных пенобетона и пеносиликата, а также для безавтоклавного пенобетона предельно допустимыми температурами являются 300-400°. При дальнейшем повышении температуры имеет место дегидратация новообразований цементного камня, вследствие чего резко понижается прочность бетонов.

На прочности пенобетона и пеносиликата сказывается не только температура, но и скорость нагревания изделий. Быстрый нагрев скорее приводит к появлению трещин, чем медленный нагрев до той же температуры. Пеномагнезит при повышении температуры выше 200° имеет меньшую прочность, а при температуре выше 350° он начинает разрушаться. Это свойство пеномагнезита определяется отношением к нагреванию кристаллическойхлорокиси магния.

Температуростойкость пеногипса незначительна, при температуре выше 50-60 его применять не следует; дальнейшее повышение температуры вызывает дегидратацию двуводного гипса.

Для применения при температурах от 400 до 700° разработаны специальные рецептуры жароупорного пенобетона. Жароупорный пенобетон изготовляют из портландцемента, золы-уноса тепловых электростанций, пенообразователя и воды. Жароупорный пенобетон твердеет в естественных условиях.
Вследствие невысокой температуростойкости ячеистые бетоны относятся к изоляционно-строительным материалам и применяются для изоляции ограждающих конструкций зданий и сооружений.