Статьи

Ячеистые бетоны с химическими и ре диспергирующими добавками

---

Хотите получать свежие статьи на свою почту?

Все свежие статьи публикуются в электронном журнале ВесьБетон.

Подписка на журнал бесплатная, процедура подписки занимает одну минуту! Подписаться!

Журнал «ВесьБетон» — всегда свежая и профессиональная информация о производстве и применению бетонов и других строительных материалов, добавках, оборудовании и многом другом.

Особенности журнала ВесьБетон:

1. Публикуются статьи и книги о производстве и применении строительных материалов, добавок.
   
2. Тираж более 10 500 профессиональных строителей.
   
3. Подписаны только строители, технологи и производители, так как публикуется только профессиональная информация.
4. Выходит 2 раза в месяц.
5. Честный тираж! Журнал распространяется через независимый канал Subscribe.ru
6. Обсуждение статей на форумах

Подписаться (бесплатно)!

Подать рекламу в журнал.

---

Рассматривается технология производства ячеистого бетона с повышенной прочностью и трещиностойкостью.

Структура ячеистых или особолегких бетонов характеризуется наличием в сплошной среде пор в виде распределенных по всему объему отдельных замкнутых (или условно замкнутых) ячеек. Мелкие и средние воздушные ячейки диаметром до 1–1,5 мм занимают 85 % 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 ее вспучивания. Чем меньше заданная плотность ячеистого бетона, тем мельче должен быть заполнитель.

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

Объем производства ячеистого пенобетона в России уже не уступает газобетону и продолжает неуклонно расти. Становлению производства 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 счет исключения из технологии газообразователя — алюминиевой пудры — оно стало совершенно безопасным.

объем производства ячеистого пенобетона в России уже не уступает газобетону и продолжает неуклонно расти

Положительным качеством пенобетонной смеси является реологическая особенность, позволяющая осуществлять технологию подачи или перекачивания по трубопроводам на довольно значительные расстояния. При наличии мини-заводов строителями 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, из-за обязательного использования значительного количества ПАВ пенобетону присущи: замедленный (на 20–30 %) рост пластической прочности; невозможность эффективного ускоренного подогрева сырца из-за разрушения пеномассы; просадка уровня (на 5–10 %) заливаемого при формовании изделия; образование на поверхности штучных или массивных изделий легко отслаивающейся пленки, затрудняющей дальнейшую отделку. Кроме того, замедленное схватывания сырца приводит к послойному (по высоте изделия) разбросу плотности (от 100 до 200 кг/м³), что способствует развитию деструктивных процессов в массиве пенобетона.

Коалексценция пенообразователя, активно происходящая, как правило, при малой плотности пенобетона, образует значительное количество каверн. А разрушение пены в процессе технологической переработки (механическое или динамическое перемещение) пеномассы способствует преобразованию сферической формы ячеек в полиэдрическую (многогранную) с последующими после твердения локальными повышенными внутренними напряжениями.

К сожалению, эти явления редко принимаются во внимание изготовителями, что приводит к выпуску некачественной продукции. Решить проблему можно исключительно повышением стойкости пен.

По существу, стабилизация пены, или усиление ее роли как «заполнителя» для бетона, является главным технологическим требованием при оценке комплексного действия добавок на порообразующий аспект пенобетона, определяющий в целом его основные характеристики.

У зарубежных производителей высокий показатель пеноустойчивости достигается созданием в оболочке пузырька прочной минерализованной полимерной пленки.

Практика показывает, что, несмотря на простоту технологии, тщательность отбора твердых минеральных компонентов, качественное изготовление пенобетона возможны при выборе пенообразователей со свойствами, регламентированными ГОСТ 25485.

Например, применение ПАВ желательно сочетать с введением стабилизаторов, повышающих вязкость пенорастворов и замедляющих тем самым удаление жидкости из пен. В некоторых случаях даже происходит физико-химическое связывание молекул стабилизатора и пенообразователя с получением весьма устойчивых соединений и пузырьков в пенорастворе.

Вещественный состав самой добавки (или «комплексность» набора компонентов в ней) следует соотносить с технологией ее получения и видом или специальной классификацией по требованиям к ней как к техническому продукту. Стабилизаторы делятся на 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 20 % от массы ПАВ), например, метилцеллюлоза, декстрин, этиленгликоль, казеин, глицерин и т. д.

— Соединения, вызывающие в пленках пены образование коллоидов, резко уменьшающее обезвоживание пленок. Такие стабилизаторы более эффективны, но довольно дефицитны для использования в массовом производстве. Это крахмал, костный или мездровый клей, желатин и др. Расход 0,1–0,3 % от массы ПАВ. Резко (в 150 и более раз) увеличивают вязкость жидкости в пленках, что приводит к возрастанию устойчивости пены в 5–10 раз.

— Вещества, обеспечивающие полимеризацию пеномассы и также резко увеличивающие вязкость пленок, переводя последние даже в твердое состояние. К ним относятся водорастворимые полимерные композиции — карбамидные, латексные и др.

— Эффективны как стабилизаторы, нерастворимые в воде, соли меди, бария, железа, алюминия, капсулирующие пленки пены и тем самым препятствующие их разрушению. К такому типу стабилизаторов следует отнести пену с тонкоизмельченными твердыми веществами (способ минерализации), которые адгезионно прикрепляясь к пенным оболочкам и постепенно сближаясь, создают комплекс пенно-воздушных минерализованных ячеек, образуя агрегатную пену. Такой способ стабилизации и позволил создать новый одностадийный способ получения пенобетона — сухой минерализацией пены [2, 5].

Другим способом улучшения свойств пенобетона при раздельной технологии приготовления 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 со стабилизаторами указанных классов позволяют получить качественный пенобетон, обладающий к тому же невысокой стоимостью [3].

Таким образом, пенобетоны — растворные смеси с большим расходом вяжущего, воды и с добавкой кремнеземистого компонента — могут быть получены и без применения традиционных пластификаторов, но только с оптимально подобранным стабилизированным комплексным пенообразователем.

Следует отметить, что минеральный состав компонентов должен соответствовать требованиям ГОСТ 25485, а технология изготовления — соответствующим нормативным документам, в частности, СН 277-80. Все это позволит свести недостатки пенобетона, о которых говорилось выше, к минимуму.

Пенобетон, не уступающий по качеству газобетону, можно получать на любых типах вяжущего (шлакощелочный, щелочноалюмосиликатный, солещелочный, кремнезольный) с использованием природных растительных и белковых пенообразователей, имеющих коллоидную структуру, где вяжущая система и является необходимой основой, исключающей недостатки пенобетона [4].

Согласно современным данным [3], наиболее целесообразно использовать для пенобетонов широкого спектра применения следующие виды пенообразователей и стабилизаторов: ТНФ (тринатрийфосфат; ГОСТ 201), КМЦ, (МЦ) (карбоксиметилцеллюлоза; ТУ 6-01-1857), Сульфанол (ТУ 6-01-1001-77) (табл. 1).

Наименование	Характеристики (внешний вид)	Стабилизатор	Расход сухих компонентов на 1 л воды, г
ОП-1 (ГОСТ 8473)	Пастообразный продукт, получаемый обработкой моно- и диалкилфенолов оксидом этилена	Мездровый или костный клей	130+350
Паста алкилсульфатов (ПО-6НП; ПО-6НП-М) (ТУ 38-00-05807999-33; ТУ 2481-015-05807999)	Пастообразный продукт или жидкость, ?=1,01–1,1 кг/л	Жидкое стекло + ТНФ	100+120+5
СВМ «Астра» + ТНФ + КМЦ	Синтетическое моющее вещество. Белый или светло-желтый порошок, хорошо растворимый в воде	ТНФ + КМЦ	60+40+160
СВМ «Вита» + КМЦ	То же	КМЦ	140+200
СВМ «Альфин» + КМЦ	То же	КМЦ	160+200
СВМ «Прогресс» + ТНФ + КМЦ	То же	ТНФ + КМЦ	160+10+5
Сульфанол	Исходный продукт для получения порошка СВМ белого или желтого цвета, растворим в воде	Мездровый клей или КМЦ	609+80
Сульфанол + ТНФ + жидкое стекло	То же	ТНФ + жидкое стекло	80+80+160
Сульфанол + ТНФ + КМЦ	То же	ТНФ + КМЦ	80+80+160

Таблица 1. Комплексные добавки для пенобетона

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 тем, что производители главным образом ориентированы на производство цементных ячеистых бетонов, следует иметь в виду, что цементный камень при твердении претерпевает объемные деформации и его усадка достигает 2 мм/м.

Из-за неравномерности усадочных деформаций возникают внутренние напряжения и трещины. Мелкие трещины могут быть незаметны 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 10 раз по сравнению с усадкой цементного камня.

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

для понижения трещинообразования, повышения прочности при изгибе и растяжении, увеличения морозостойкости ячеистого бетона предложена универсальная технология армирования его минеральными волокнами (стекловолокном)

Доля материальных затрат в валовой продукции строительного производства составляет около 50 %, и крайне важной задачей является их снижение за счет использования вторичных продуктов промышленности при изготовлении неавтоклавных ячеистых бетонов. А поскольку в технологии ячеистого бетона б?льшую часть сырьевой смеси, как правило, составляет кремнеземистый компонент, появляется необходимость использовать дисперсные кварцсодержащие вторичные промпродукты. Применение таких материалов позволяет резко снизить энергозатраты на помол кремнеземистого компонента и исключить из потребления специальные природные кремнеземистые компоненты. В частности, зольная часть сырьевой композиции представляет собой сухую золу-унос различных модификаций.

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

Увеличение ее для безавтоклавного газошлакозолосиликата, 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 Al₂O₃ и SiO₂, 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. Глуховского. 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 шлакощелочного вяжущего и золы. Отношение добавки извести к шлаку менялось в определенных параметрах — не менее 10 % 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 шлакощелочного вяжущего к золе 1:0,6. После изготовления изделия пропаривались при температуре 90–95 °C по режимам, рекомендованным нормативными документами для конструктивно-теплоизоляционного ячеистого бетона.

Так как с увеличением содержания извести-кипелки и золы растут водопоглощение и усадка готового бетона, все последующие работы проводились на составе с 30%-ным 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 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 по прочностным показателям составе плотностью 700 кг/м³.

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. 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 волокн? 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 прочих равных условиях формовки контрольных образцов и снижением ее плотности при сохранении прочностных показателей.

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

Без добавки волокн? плотность у ячеистого бетона составляла 730 кг/м³ при прочности на сжатие 3,7 МПа и прочности на изгиб 1,1 МПа. Введение волокн? оптимальной длины в количестве 5% от массы сырьевых компонентов при длине волокн? до 15 мм позволяло получать бетон плотностью 670 кг/м³ при прочности на сжатие 4,1 МПа и прочности на изгиб 2,3 МПа. При длине волокн? от 30 до 40 мм плотность составляла в среднем 625 кг/м³ при прочности 4,8 МПа и прочности на изгиб 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 (К_мрз=75; R_сж=2,8 МПа).

при введении в состав сырьевой смеси добавки стекловолокн? оптимальной длины от 15 до 40 мм было отмечено улучшение структуры бетона

Рис. 1. Увеличение ?150

Рис. 2. Увеличение ?600

Рис. 3. Увеличение ?1500

На рис. 1–3 представлены микрофотографии структуры дисперсноармированного газобетона. На рис. 1 четко видна армированная некоррозированными волокнами межпоровая перегородка, а также ячейки макропор.

При большем увеличении (рис. 2) в отмеченной точке видно, как вол?кна, замоноличенные в основной связующий материал, сшивают матрицу газобетона, подобно арматуре. При еще большем увеличении (рис. 3) показано, что вол?кна уже склеены продуктами новообразований и не имеют коррозионных повреждений. 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 условиях Урала.

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, а также благодаря утилизации зол и шлаков значительно сокращается энергоемкость производства.

Литература:

1. Багров Б. О. Производство теплоизоляционного материала из отходов цветной металлургии. — М.: Металлургия, 1985.

2. Горлов Ю. П., Меркин А. П., Устенко А. А. Технология теплоизоляционных материалов. — М.: Стройиздат, 1980.

3. Касторных Л. И. Добавки в бетоны и строительные растворы. — Ростов-на-Дону: Феникс, 2005.

4. Скороходова Н. Ю. Рынок ячеистых бетонов // Стройпрофиль. — 2006. — № 5.

5. Тихомиров В. К. Пены. Теория и практика их получения и разрушения. — М.: Химия, 1983.

6. Усов Б. А. Химизация бетона: Учебное пособие.— М.: МГОУ, 2007.

Еще статьи из этого раздела:

• Взаимосвязь структуры пены, технологии и свойств получаемого пенобетона
• Влияние противоморозных химических добавок и высококальциевых зол на свойства неавтоклавного газобетона
• Пенобетон: взгляд в будущее
• Технологии энергосбережения и экономии сырьевых материалов в производстве изделий из ячеистого бетона автоклавного твердения на заводах AEROC
• Неавтоклавный пенобетон с применением гиперпластификатора
• Ячеистый бетон из мелких отсевов дробления бетонного
• Общее описание пенобетона
• Неавтоклавный золо-цементный газобетон с химическими добавками.
• Пенообразователи - виды, отличия, характеристики
• Измерение прочности ячеистых бетонов
• Пенобетон или пенополистирол?
• Монолитный газобетон
• Наследие: Методологическое обеспечение технологии вибровспучивания ячеистых бетонов
• Шлакопортландцементы и бетоны на их основе
• Европейский опыт применения пенобетона в жилищном строительстве
• Дренаж в технологии газобетона
• Сравнительная характеристика синтетических и органических пенообразователей
• Международный центр пенобетонных технологий (МЦПТ)
• Практика применения автоклавного ячеистого бетона в наружных ограждениях каркасных зданий Санкт-Петербурга
• Прикатка газобетона
• Ячеистые бетоны с химическими и ре диспергирующими добавками
• Изучение влияния алюминатных добавок на свойства цементной суспензии, используемой для приготовления неавтоклавного пенобетона
• Неавтоклавный золоцементный газобетон с химическими добавками
• Современные технологии и оборудование для производства теплоэффективных изделий и конструкций из них.
• Как продавать пенобетон
• Выбор пигментов для окрашивания ячеистых бетонов
• Технология высокопрочного ячеистого бетона
• Фиброторкретбетон как материал для фасадной облицовки слоистых ограждающих конструкций
• Адъюстаж пеногенератора
• Опыт производства и применения ячеистобетонных изделий автоклавного твердения в Белоруссии