Ячеистый бетон для ограждающих изделий высотных зданий (стр. 3 )

Средняя относительная влажность воздуха также значительно меняется в течение суток (таблица 1).

Таблица 1 – Средняя относительная влажность воздуха самого жаркого месяца

Город	Относительная влажность воздуха, %
в 7 ч	в 13 ч
Астана	55	35
Алматы	49	28
Уральск	85	73
Шымкент	30-50	15

Меняющаяся влажность окружающего воздуха в течение суток вызывает многократное повторение влажностных деформаций, вызванных действием капиллярных сил.

Напряжения, возникающие в бетоне под действием капиллярных сил, вызывают необратимые изменения в структуре поверхностного слоя, приводящие, в конечном счете, к его локальному разрушению - появлению и развитию трещин.

Величина стесненной усадки, вызванная действием капиллярных сил по теории , описывается уравнением

, (1)

где: - коэффициент поверхностного натяжения;

- отношение площади смоченных пор ко всей площади элемента;

- радиус капилляров, в которых образуются мениски при относительной влажности воздуха ;

- модуль упругости (при всестороннем сжатии);

- градиент влагосодержания между внутренними и поверхностными слоями.

В ячеистых бетонах механизм влагопереноса в значительной степени определяется микропористой структурой межпоровой перегородки. Равновесное влагосодержание по теории при 100% относительной влажнос­ти окружающей среды в ячеистом бетоне будет характеризоваться количеством пор, размером менее 1000Å. Микропористая структура бу­дет также обуславливать возможность развития значительных градиен­тов влагосодержания в ячеистом бетоне.

Изменение строения порового пространства ячеистого бетона оказывает существенное влия­ние на трещиностойкость и долговечность изделий при эксплуатации на воздухе в условиях переменной влажности. Возникающие в поверх­ностном слое напряжения под действием капиллярных сил отражаются на прочности, уменьшая ее (таблица 2).

Таким образом, одной из причин разрушения ячеистого бетона в процессе эксплуатации на территории Казахстана является действие капиллярной усадки в результате становления гигрометрического равновесия влажного материала с окружающей средой.

Таблица 2 – Влияние изменяющейся влажности воздуха на прочность бетона

Влажность воздуха, %	100	50	90	50	90	50
Относительная прочность при изгибе, %	100	75	80	70	78	65
Время выдерживания, ч	0	6	26	31	48	51

Определение пористости пенобетона и газобетона показало, что доля пор до 1000Å (определяли сорбционным методом) также на 0,04, 0,032 и 0,048 см3/г выше у газобетона. Увеличение доли микропор в газобетоне возрастает также с увеличением плотности по сравнению пенобетоном. Распределение пор в области от 1,5 до 300 мкм было проведено на пенобетоне и газобетоне плотностью 700 кг/м3. Полученные данные указывают на различие дифференциальных кривых (см. рисунок 1), у газобетона более крупнопористая структура в данном диапазоне пор, чем у пенобетона. Характерным является увеличение количества пор в области 1,5; 2,5; 5,0; 100,0 мкм и соответствующие пики в данных областях. А у пенобетона слабые пики в диапазоне пор 5,0 и 100,0 мкм. Отличие пиков дифференциальных кривых у пенобетона и газобетона свидетельствует о том, что водопоглощение у пенобетона меньше.

Исследования пористой структуры ячеистого бетона, (газобетона и пенобетона) показали, что он обладает сильноразвитой микропористой структурой. В свою очередь микропористость изменяется в сторону общего увели­чения при повышении плотности. Одной из главных причин разрушения ячеистого бетона в процессе эксплуатации является действие капиллярной усадки, так как морозостойкость ячеистых бетонов весьма высока.

Установлено, что ограждающие конструкции из материалов одинакового качества не могут иметь в различных климатических paйонах Казахстана одинаковую стойкость. В зависимости от длительности зимнего периода, влажности и температуры воздуха, частоты колебаний и другие факторы, а также стойкость материала будут различными. Заводы ячеистого бетона должны проводить испытания на стойкость, исходя из климатических особенностей региона, а в технологии для снижения влияния капиллярной усадки должны придерживаться наших рекомендаций (раздел 6).

 

1 – газобетон; 2 – пенобетон

Рисунок 1 – Распределение пор в ячеистом бетоне D 700

Второй раздел посвящен исследованию сырья и его влиянию на качество ячеистых бетонов.

В современной строительной практике производства изделий и конструкций из ячеистых бетонов в Казахстане, России и Белоруссии все больше используются зарубежные технологии и отдель­ное оборудование. Самой известной в Казахстане является техно­логия и оборудование Германской фирмы «Маза-Хенке» и технологии Китая. Требования же к химическому и минералогическому составу сырья у них различное.

В ячеистых бетонах «Маза-Хенке» Германия рекомендует пользоваться стандартным портландцементом, причем свободного СаО должно быть менее 1,5%, сульфатов менее 3,0%, тонкость помола 3000-4000 см2/г.

Фирмы Китая акцентируют, что в составе цемента содержание С3А должно быть в пределах 7-10%, алюмоферитов менее 10%, а содержание С3S более 50%, тонкость помола 3000-4500 см2/г. Таким образом, в нормах «Маза-Хенке» содержание трехкальциевого алюмината (С3А) в цементе не указывается, а в нормах Китая – завышено на 1-4%. Исследования показали, что содержание С3А более 6,0 % приводит к снижению прочности, морозостойкости и действию попеременного увлажнения и высушивания. Также известно, что с повышением температуры тепловлажностной обработки у гидратированного С3А падает прочность, за счет образования ослабленных соединений гидроалюминатов кальция, что отмечено в трудах , и .

Требования по дисперсности цемента являются общими и предпочтительно применять клинкерный цемент, т. е. без минеральных добавок. В ячеистых бетонах при использовании бездобавочного портланд-цемента, в заводских условиях, проще установить наиболее выгодный состав смеси из цемента и кремнеземистого компонента и этот состав стабилизировать. Цементные заводы при корректировке смеси цемента в качестве активных минеральных добавок ис­пользуют различные породы в виде трепела, опоки и другие, пред­ставляющие собой богатые аморфным кремнеземом породы, и эти цементы считаются бездобавочными.

Наши исследования при испытании прочности автоклавного ячеистого бетона, изготов­ленного из смесей цемента с активной минеральной добавкой (трепе­лом), показали, что это приводит к резкому снижению прочностных показателей на 10-30 %. Доказано, что существенное снижение прочности бетона с добавкой трепела происходит за счет возрастания внутренних напряжений в процессе автоклавной обработки, так как аморфный кремнезем (трепел) по сравнению с кристаллическим (песок) обладает большей поверхностной энергией, что приводит к росту числа кристаллических контактов и повышению дефектности структуры, а кристаллизационное давление увеличивается с повышением вяжущего в коллоиде и возрастает по мере завершения процессов гидратации, что хорошо согласуется с теоретическими определениями и . Увеличение плотности ячеистого бетона, при прочих равных условиях, приводит к росту внутренних напряжений. В неавтоклавном ячеистом бетоне добавка активной минеральной добавки трепела вызывает незначительные внутренние напряжения.

Обращает особое внимание тот факт, что активная минеральная добавка, вызывая рост внутренних напряжений, не изменяет своего качественного и количественного характера новообразований. Термограммы и рентгенограммы сходны между собой.

Открывшиеся закономерности требуют повышенного внимания со стороны производителей ячеистого бетона к бездобавочным цементам с применением в них активной минеральной добавки в виде трепела.

Причем, режимы автоклавной обработки. влияющие на величины внутренних напряжений, рекомендованные фирмой «Маза-Хенке» и Китая, более жесткие: давление 1,3 МПа, температура 1930С, по сравнению с нашим режимом: давление 0,8 МПа, и температура 174,50С, время ТВО одинаковый – 12 ч. То есть, в случае применения бездобавочных цементов, содержащих трепел, или в виде кремнеземистого компонента применить трепел, то в процессе автоклавной обработки внутренние напряжения могут привести к преждевременному выходу из строя таких изделий и конструкций. Анализ заводского производства ячеистого бетона показал, что на качество и долговечность ячеистого бетона существенное влияние оказывает известь (см. таблица 3).

Таблица 3 – Химический состав извести

Производитель	Содержание оксидов, мас. %
СаО	SiO2	MgO	AI2O3	SO3	Время гашения, мин
Маза-Хенке	85,0	<5,0	<2,0	<2,5	<3,0	8-15
Китай	85,0	-	2,0	-	<3,0	6-15
Павлодар	82,2	0,1	1,5	1,16	0,32	5-15
Сас-Тюбе	70,1	2,6	0,3	1,1	0,02	5-10

Требования к извести высоки, однако отсутствует показатель "пережога", существенно влияющий на эксплуатационную стойкость. Наличие "пережога" в извести должно быть не более 2%, наличие большого количества «пережога» приводит к появлению трещин в изделиях. Иногда качество извести оценивают по количеству непогасившихся зерен или частиц. Это не одно и тоже, что мы именуем «пережог», хотя именно в непогасившихся частицах и находился «пережог» в скрытом виде, а эта часть самая опасная, и ее надо определять в чистом виде. Также нами установлено, что наряду с низкой морозостойкостью, изделия на основе извести имеют повышенную карбонизационную усадку и низкую атмосферостойкость, в связи с чем производство яче­истого бетона на основе известково-цементного вяжущего имеет пре­имущество как перед производством на извести-кипелке, так и на цементе. Поэтому на заводах Казахстана по производству ячеистых бетонов необходимо использовать технологию на «смешанном» известково-цементном вяжущем.