Пенобетоны и другие теплоизоляционные материалы (стр. 28 )

Передвижная универсальная строительная установка (пат. 2189309 России, В28С 5/38, опубл. 03. 01. 2001) состоящая из платформы с колесами, на которой смонтированы пеногенератор, емкость для пенообразующей жидкости, емкость для чистой воды, смеситель принудительного действия с бетононасосом, конвейер с бункером-дозатором для подачи цемента и песка в смеситель, и пульт управления, отличается тем, что в состав установки дополнительно включена емкость для сбора воды после промывки всей системы от остатков пены, пенообразователя, пенобетона, с возможностью использования промывочной воды для производства пенобетона, а также дополнительно включена автономная электростанция, работающая на жидком топливе, причем все элементы выполнены по модульной схеме в виде отдельных автономных быстросъемных блоков.

Принимаемые меры по повышению качества пенобетона – применение более эффективных пенообразователей, ограничения по дисперсности песка и обработка смеси цемента и влажного песка в стержневой мельнице-смесителе, позволяют получать сравнительно однородные по плотности пенобетонные изделия. Однако их прочность соответствует средним и нижним переделам показателей, регламентируемых стандартами для неавтоклавных бетонов. Авторами [143] было сделано предположение о том, что причиной указанного является недостаточное количество ''строительного материала'' для образования бездефектной структуры. При этом общую зависимость относительной плотности изделия ячеистой структуры можно представить в виде [87]:

(r/rо ) = {1-К1 /[1 + (b/d)]³}, (16)

где r, rо – соответственно плотность материала и газа в поре, кг/м³; d – диаметр поры, м; b – толщина стенки перегородки в пенобетоне, м; К1 – коэффициент структуры, показывающий величину максимально возможной пустотности (К1 = 0,52 - при кубической упаковке шаровых пустот, К1 = 0,68 – при упаковке шаровых пустот в ячейках 14-гранника; К1 = 0,74 - при гексагональной упаковке шаровых пустот в ячейках 12-гранника; К1 = 0,785 - при упаковке эллипсоидных пустот в ячейках 14-гранника; К1 = 1 - при структуре материала, состоящего из многогранников с одинаковой толщиной перегородок).

Как следует из уравнения (16), наименьшая плотность достигается при К1 = 1, т. е. когда пространственная структура материала состоит из многогранников и напоминает соты. Полученная из уравнения (16) зависимость минимальной толщины перегородок в пенобетоне (рис. 44, а) различной плотности от размера пор при одинаковых размерах ячеек и плотности перегородок – 1650 г/см³, соответствует экспериментальному значению [143] при составе сырьевой смеси: цемент/песок = 50/50 и при В/Т = 0,3. Анализ полученных показателей минимально возможной толщины перегородок в пенобетоне свидетельствует о необходимости более жесткого подхода к дисперсности песка и любого другого кремнеземистого компонента, используемого в производстве пенобетона, а при низких плотностях – и к дисперсности цемента. Например, при порах 1-2 мм (реально максимальный размер пор в пенобетоне) и плотности 900 кг/м³ минимальная толщина перегородок не может быть более 0,3-0,6 мм; при r = 600 кг/м³ - 0,17-0,32 мм; при r = 400 кг/м³ - 0,1-0,2 мм, а при r = 300 кг/м³ - менее 0,09 мм.

Рис. 44. Зависимость минимальной толщины перегородок в пенобетоне различной плотности от размера пор при идеальной сотовой пространственной структуре (а) и структуры ТИ материала: зернистая омоноличенная (б) и зеросто-ячеистая (в) [цена деления 1 мм]

По сравнению с ранее полученными данными [87] малодефектная и достаточно прочная перегородка может быть получена из 3-5 частиц цемента и песка по толщине перегородки. Соответственно средний, а возможно даже максимальный размер частиц цемента и песка, образующих эту перегородку, должен быть в 3-5 раз меньше минимальной толщины перегородки. Полученные данные наглядно (рис. 44, а) свидетельствует о перспективности создания крупнопористых ячеистых и сотоподобных структур с размером пустот 3-5 мм, а возможно, 5-20 мм и более. Например, возможно изготовление легкого бетона на цементном вяжущем и вспученном полистирольном заполнителе ''методом самоуплотняющихся масс'' [87], базирующемся на ''довспенивании'' пенополистирольных гранул с цементным раствором в закрытом объеме с превращением гранул в многогранники и с образованием сотоподобных ячеек, замкнутых в плотные и прочные цементные оболочки, образующие неорганический несущий каркас в относительно мало прочном органическом пенополистирольном теле. Другим возможным путем является частичное или полное удаление строительного материала из каналов Плато в ячеистой структуре, где материал практически является утяжеляющим балластом, - переход к зернистой и зернисто – ячеистой структуре изделий. Разработан [144] способ формования пустотелых силикатных зерен диаметром от 2-5 до 40 мм и толщиной оболочки от 0,1 до 2,5 мм, с насыпной плотностью 100-200 кг/м³. Такие зерна (рис. 44, б) после твердения (сырье-цемент и наполнитель) или обжига (сырье-глина) могут использоваться как ТИ засыпки или изделия. В последнем случае сразу после формирования зерна укладываются в форму и легко уплотняются. В результате твердения или обжига места контактов омоноличиваются и образуется зернистая и даже в ряде случаев сотоподобная структура. Возможна промежуточная зернисто-ячеистая структура (рис. 44, в), полученная из зернистого материала в качестве заполнителя и пенобетона в качестве ТИ заполнителя межзерновой пустотности. Параметры получения ТИ с такой структурой: исходная сырьевая смесь-цемент – 45 %; песок с Мкр = 1,07-55 % (цемент и песок, обрабатываются совместно в сырьевой мельнице - смесителе); Sуд смеси – около 1600 см²/г; В/т – при получении зерен 0,15/0,2; при получении пенобетона – 0,3/0,34; при изготовлении изделий – 0,2/0,24; время достижения распалубочной прочности – 5/8 часов; плотность бетона – 740/820 кг/м³; предел прочности при сжатии зернисто-ячеистого бетона – 4,5/5,7 МПа; предел прочности при сжатии «классического» пенобетона такого же состава и плотности – 2,5/3,5 МПа. Эти результаты подтверждают целесообразность создания изделий зернистой и зернисто-ячеистой структуры, обеспечивающей при использовании грубодисперсного немолотого песка получение ТИ бетонов с прочностью, соизмеряемой с прочностью автоклавных ячеистых бетонов на основе молотых исходных компонентов. Таким образом, для устранения повышенных усадочных явлений можно вводить в состав пенобетона пеногранулы, предварительно изготовленные из этой же массы пенобетона. Такой композитный пенобетон авторы назвали [143] – «Пенопорит» и в состав его сырьевых компонентов можно также вводить различные красители, ускорители твердения, пластификаторы и армирующие средства.

Система монолитного строительства «Монопор» [145], основанная на применении нормально твердеющих поризованных бетонов на немолотом песке, имеет аппаратурное оформление, включающее аппарат для поризации бетонной смеси непосредственно на месте укладки или смеситель-порогенератор (пат. 2109557 России), а также комплект щитковой опалубки. Оптимальные составы отвечают соотношением Ц/П = 1/(1,75-2) и В/Ц = 0,4-0,5. Получение поризованной бетонной смеси производится при одностадийном перемешивании в смесителе турбинного типа со скоростью вращения 15 1/с при продолжительности 4 мин; необходимая пористость достигается дозировкой воздухововлекающей добавки «Пеностром» в диапазоне 0,05-0,2 % от массы цемента при 10 % концентрации ее в рабочем растворе. Используется портландцемент ПЦ-500 ДО, песок кварцевый мелкий (1,2 мм), твердение в нормальных условиях – 28 суток. При средней плотности D 800-1600 кг/м³ возможно существование двух граничных типов структуры поризованного пенобетона: 1) поры воздухововлечения относительно мелкие, их объем невелик, поэтому более крупные, чем макропоры, включения зерен песка образуют пространственный каркас, который омоноличивается цементным камнем, наполненным включениями воздухововлеченных пор (рис. 45, а); 2) поры воздухововлечения относительно крупные, их объемное содержание повышенное; диаметр зернистых включений меньше диаметра макропор и в этом случае макропоры «омоноличены» материалом, состоящим из цементного камня, наполненного зернистыми включениями (рис. 45, б).

Рис. 45. Структура поризованного бетона:1 – зернистые включения; 2 – цементный камень;

3 – пора воздухововлечения

В последнем типе структуры (рис. 45, б), при увеличении содержания макропор принципиально важным становится требование конгруэнтности размера зерен песка D3 толщине перегородки d, так как для эффективного использования потенциала прочности межпоровых перегородок в конструкции структуры поризованного бетона необходимо выполнение условия квазиоднородности структуры матричного материала, в соответствии с которым размер включения должен быть меньше величины d как минимум в 4-5 раз.

Имеется двоякая роль макропор: с одной стороны, они ослабляют материал, являясь концентраторами напряжений, с другой стороны, изменяются и условия распространения трещин в материале – с образованием макропор по фронту развивающейся трещины происходит увеличение радиуса основания трещины, что приводит к снижению концентраций напряжений по фронту трещины. Соответственно этому увеличивается предельная растяжимость поризованного бетона. При плотности пенобетона r > 1200 кг/м³ средний диаметр зерен песка превышает средний диаметр макропор, структура пенобетона соответствует первому типу и характеризуется наличием пространственного каркаса из зерен песка, омоналичиваемых цементной матрицей и достаточно высокими значениями показателей разрушению материала. При r < 1200 кг/м³ средний диаметр пор увеличивается и превышает средний диаметр зерен песка, а структура пенобетона соответствует второму типу (рис. 45, б.). Из характеристики параметров структуры (табл. 5) видно, что для поризованного бетона на немолотом песке в диапазоне его средней плотности 800-1200 кг/м³ условие квазиоднородности структуры межпоровой перегородки не выполняется. Для выполнения этого условия необходимо, чтобы при существующем размере макропор (Dn > 250 мкм) диаметр зернистых включений не превышал 32-64 мкм (при использовании немолотого песка, даже при Мк = 1,2, размер зерен фактически превышает 200 мкм). Поэтому при средней плотности r = 800-1000 кг/м³ для поризованного бетона на немолотом песке характерно ухудшение качества пористой структуры. В связи с этим, можно говорить о рациональных границах использования немолотого песка для получения поризованного пенобетона.