Пенобетоны и другие теплоизоляционные материалы (стр. 21 )

При этом худшими по условиям сохранения качества ячеистой структуры пены являются пенобетоны низких марок по средней плотности, что связано с увеличением свободной влаги в их составе, а также с возрастанием концентрации пенообразователя на единицу вяжущего вещества, замедляющего структурообразование в пенобетонной смеси на ранней стадии. Поэтому предлагается [131] производство ячеистого бетона низкой плотности с использованием комплексного порообразователя (пенообразователь + газообразователь), обеспечивающего более стабильные технологические характеристики, однако остается проблема горбушки. Для получения устойчивой пены важно, чтобы пленка не только была упругой, но и отличалась высокой поверхностной вязкостью, что уменьшает скорость стекания пленки на границу Плато. Адамсоном показано [130], что скорость стекания пленки через границу Плато резко уменьшается, если адсорбированная пленка ПАВ по типу приближается к твердой пленке. Поэтому для повышения устойчивости пен в пенобетоне целесообразно использовать стабилизаторы в виде высокодисперсных минеральных компонентов типа тонкомолотого цемента, микрокремнезема, частиц глинистой фракции, извести и других, а также применять затворитель с повышенной температурой, ускоряющей схватывание цементной системы и придающей пене состояние, соответствующее псевдотвердому.

Если для приготовления пены используют центробежные пеногенераторы (героторные насосы) и скоростные пеновзбиватели миксерного типа, то стабилизаторы пены в жидком виде целесообразно вводить в раствор пенообразователя, что позволяет получать устойчивые тонкодисперсные пены, обеспечивающие высокие свойства пенобетона. Кроме того, стабилизатор пены в жидком виде рационально дополнительно вводить в бетоносмеситель в оптимальном количестве одновременно с минеральным (цементным или шлаковым) компонентом, что повышает коэффициент использования порообразующей способности пеноконцентрата, а также устойчивость пены в процессе приготовления пенобетонной смеси за счет утолщения пленки и их повышенного сродства. Значимое влияние на устойчивость пены и повышение ее дисперсности оказывает также применение стабилизатора минерального типа за счет повышения поверхностной вязкости и перевода их в псевдотвердое состояние. Однако их использование обеспечивается только при приготовлении пены в пенообразователях миксерного типа. При этом наиболее эффективными являются скоростные бетоносмесители – пеновзбиватели принудительного типа, в которых процессы приготовления пены и пенобетонной смеси совмещены. В этом случае используется более устойчивая «свежая» пена, водосодержание пенобетона является более низким относительно технологии с пеногенератором, а его свойства – наиболее высокими. Однако, такая технология приготовления пенобетонной смеси не может быть эффективно использовано для получениия шлакосиликатного пенобетона ввиду повышенного содержания в его составе ПАВ – силикатного затворителя.

При выборе оптимального вида пенообразователя необходимо учитывать, что некоторые из них могут оказаться несовместимыми с принятыми видами вяжущих, приводящих к различным негативным явлениям, в частности, может произойти гашение пены. Например, пенообразователь окись амина приводит к коагуляции частиц портландцемента с образованием крупных агрегатов, что способствует снижению прочности пенобетона. Поэтому при использовании амина практически не удается получить плотности ниже 800 кг/м3. При применении пенообразователя - Пенострома, использующегося для портландцементных пенобетонов, в составе шлакосиликатного пенобетона наблюдается интенсивное гашение пены и пенобетон не формируется.

Перспективными для пенобетонов являются шлакосиликатные цементы [132], для которых характерны высокая прочность (80-120 МПа) и высокий темп твердения на ранней стадии. Наиболее эффективными пенообразователями для шлакосиликатного пенобетона являются окись амина и лаурил сульфат натрия. Однако их высокая водопотребность для приготовления раствора пенообразователя оказывает негативное влияние на деформации усадки и трещинностойкость такого вида пенобетона, которые являются повышенными для шлакощелочных вяжущих, изготавливаемых с использованием низкомодульного силикатного затворителя. Для снижения деформаций усадки и повышения трещинностойкости в таких пенобетонах можно вводить щелочестойкое стекловолокно, золу, микрокремнезем, применять поверхностное армирование стеклосеткой, а для сохранения тонкодисперсной структуры пор – химические и минеральные ускорители твердения. При этом использование минеральных модификаторов повышает устойчивость пены и качество структуры пенобетона, в частности, проседание образцов не наблюдалось даже при плотности пенобетона 150 кг/м3 и ниже. Также уменьшается деформация усадки в 2 и более раз и соответственно составляет 1,7; 2,3 и 2,9 мм/м для пенобетона средних марок по плотности D 500; D 350 и D 250, что удовлетворяет требованиям ГОСТ 25485 (к ячеистому бетону автоклавного твердения), прочность при сжатии и изгибе превышает требования этого стандарта (табл. 4), а марка по морозостойкости для пенобетонов при плотности D 500 и D 350 соответственно составляет F35 - F50 и F25.

Таблица 4 - Характеристики шлакосиликатных пенобетонов

Марка бетона по средней плотности	Прочность после тепловой обработки, МПа	Средняя плотность, кг/м3	Влажность W, %	Коэффициент теплопроводности Вт/(м °С)	Влажностный коэффициент Кв=lв/lс
во влажном состоянии	в сухом состоянии	во влажном состоянии (lв)	в сухом состоянии (lс)
при сжатии в возрасте, сут	при изгибе в возрасте, сут
1	28	1	28
D500	2,79	3,63	0.73	0,91	615	480	28,5	0,288	0,122	0,0037
D350	1,08	1,39	0,35	0,42	386	302	28	0,176	0,091	0,003
D250	0,48	0,72	0,24	0,28	250	217	15,5	0,152	0,0725	0,00512
0150	0,13	0,21	0,13	0,15	-	-	-	-	-	—

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, особенно у крупноразмерных изделий, монолитных стен и покрытий. Систематические многолетние исследования пенобетонов проводимые [133] показали, что ширина раскрытия таких трещин доходит до 3-5 мм. При этом усадку в пенобетонах можно разделить на две составляющие: первая - усадка, обусловленная давлением воды в капиллярах цементного камня при ее испарении, вторая - за счет действия физико-химической контракции. Для анализа причин усадки неавтоклавного пенобетона в результате происходящих физико-химических процессов рассмотрим данные [134], который разделяет этот процесс на 3 основные стадии: 1) на первой стадии клинкерные минералы после контакта с водой интенсивно диспергируются, образуя цементный гель; 2) на второй стадии гель пересыщается, и в нем начинают закристаллизовываться новообразования и в результате контракции образуются контракционные поры; 3) на третьей стадии цемент расширяется и гидросульфалюминаты кальция как добавка-модификатор сосредотачиваются на поверхности стенок новообразований в контракционных порах. Гидросульфалюминаты 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. Данный механизм реализован в технологии неавтоклавного пенобетона [135] 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 сульфалюминатный цемент Пашийского металлургическо-цементного завода (Пермская область), при рабочей плотности пенобетона – 700 кг/м3. Суммарное количество добавки составляет от 3 до 10 % от массы цемента. Добавки сульфалюминатного типа в составе сырьевой смеси проявляется как ускоритель твердения и как компенсатор усадки пенобетона.

Теплоизоляционный пенобетон «Экстрапор» фирмы НТЦ ЭМИТ имеет [136] среднюю плотность в сухом состоянии 250-350 кг/м3, прочность при сжатии 0,75-1,4 МПа, теплопроводность 0,075-0,085 Вт/(м°С), сорбционное увлажнение -6-10 %. При изготовлении используются: активация цементного теста; ускорители твердения цемента; полимерные добавки на основе акриловых сополимеров, которые, после 30-60 минутного затвердевания, модифицируют и упрочняют структуру материала, а также волокнистые наполнители. Так как наибольшую прочность может иметь пенобетон только с мелкопористой структурой, то для ее формирования применялись стабилизирующие добавки в виде акриловых сополимеров. При ведении во вспененную композицию гидрофобизирующих добавок улучшаются показатели по сорбционному увлажнению и водопоглащению материала. Для изготовления использовалась мобильная пеногенераторная установка с ручной загрузкой компонентов на базе модернизированного растворосмесителя СБ-133. На валу смесителя вместо перемещивающего рабочего органа закрепляется турбина с реверсивным вращением. С ее помощью при вращении в одну сторону производится приготовление пенобетона, а при вращении в другую сторону происходит разгрузка с подачей смеси к месту укладки. В схеме непрерывного раздельного приготовления пены, получения и активации цементного теста, их смешения и подачи к месту укладки (рис. 23), в отличие от известного оборудования, используются пеногенератор и смеситель без вращающегося рабочего органа. У смесителя предусматривается силовой привод только при приготовлении бетона с высокой плотностью. Для подачи жидких компонентов (вспенивающего раствора и стабилизатора) применены дозирующие насосы, а пена, готовится и перемещается с помощью сжатого воздуха. При этом сжатый воздух и стабилизирующая добавка, препятствующая коалесценции пузырьков позволяют получать мелкозернистую структуру пенобетона, тогда как механическое перемешивание пены и смеси всегда формирует структуру пенобетона с разным размером пор, в том числе со значительным количеством воздушных пор большого размера, которые являются концентраторами напряжений и снижают прочность.