Для наглядности микропористый пенобетон в какой-то степени можно сравнить с пенопластом. Перспективы совершенствования технологии пенобетона

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.