Ячеистый бетон для ограждающих изделий высотных зданий (стр. 5 )

Анализ литературных источников показал, что проблемы неавтоклавного ячеистого бетона можно решить, используя отходы нефтепереработки в виде серы, так как сера может существенно повышать прочностные и эксплуатационные свойства бетонов.

В практике производства неавтоклавного ячеистого бетона используют только энергию твердеющего цемента и большое количество воды затворения (В/Т от 0,32 до 0,6). Требования по уменьшению усадки неавтоклавных ячеистых бетонов и чувствительности к трещинообразованию остаются весьма ак­туальными в строительной практике.

Повышенную усадку изделиям придает высокая влажность после тепловой обработки, достигающая 45-50%, а также процес­сы гидратации, непрекращающиеся после пропаривания, о чем свидетельствуют показатели дальнейшего роста прочности, в то время как в автоклавном ячеистом бетоне процессы роста прочности после автоклавирования исклю­чены.

С целью снижения усадки у неавтоклавного ячеистого бетона ряд ис­следователей предлагает увеличивать продолжительность подъема темпера­туры при пропаривании и продолжительность изотермического прогрева, отмечая при этом, что эффект снижения усадки незначителен. Снизить усад­ку можно за счет уменьшения воды затворения, используя вибрацию или различные ПАВ. Однако, сдерживающим фактором является доро­говизна ПАВ и сложность внедрения вибротехнологии в заводские условия.

На сегодняшний день проблемы снижения высокой влажности и усадки неавтоклавного ячеистого бетона окончательно не решены.

Анализируя публикации, мы пришли к выводу, что одним из способов решения этой задачи является использование нетрадиционных методов в технологии ячеистых бетонов.

Особого внимания заслуживают результаты ряда исследователей, ко­торые определили, что цементные минералы, взаимодействуя с серой в рас­плавленном виде (при температуре 120-150°С), повышают прочностные и эксплуатационные свойства цементных композиций. При этом кристаллиза­ция серы подчиняется общим законом кристаллизации гипкоцепных поли­меров, т. е. в каждом конкретном случае имеется область оптимальных зна­чений количества добавляемой серы.

Методом математического планирования эксперимента были опреде­лены оптимальные технологические параметры пенобетона (текучесть, рас­ход и температура воды, количество порообразователя), характери-зующегося высокой прочностью и заданной плотностью. Это - текучесть смеси 30 см, температура воды 60-65°С, температура смеси 40°С, количество пены 0,175.

Определение оптимального содержания серы и режима сушки прово­дилось на растворных составляющих, в состав которых вводили серу как для газобетона, так и для пенобетона и пропаренных по режиму 3+6+3 ч при температуре 90±5°С. После пропаривания серии образцов под­верглись сушке в сушильном шкафу при температуре 120 и 150°С в течение 2 ч.

Для выявления и сравнения влияния добавки серы и процесса нагрева­ния на прочность испытывались одновременно и контрольные образцы, в состав которых вводилась сера, но образцы не подвергались нагреванию. После пропаривания по режиму 3+6+3 и температуре 90±5°С образ­цы испытывались на сжатие.

У контрольной серии образцов добавление серы до 5% вызывало сни­жение прочности при сжатии после пропаривания на 29,5%, а добавка серы 10% приводила к снижению прочности на 50%, тенденция снижения проч­ности от увеличения содержания серы продолжалась.

Отсутствие роста прочности в нашем случае можно объяснить тем, что в составе бетонной смеси использованы некондиционные барханные пески, содержащие соли натрия и калия, а также органические и гумусовые состав­ляющие. Соединения серы с солями натрия и калия дают нестойкие связи, приводящие к снижению прочностных показателей.

Совершенно иная картина наблюдается при добавлении серы и высу­шивании серии образцов при температуре 120°С в цементно-зольных композициях. Максимальный прирост прочности в растворных образцах с 28,5 до 45,1 МПа наблюдается при добавлении серы в количестве 5%. Рост прочности происходит, по нашему мнению, потому, что в составе золы-унос отсутствуют натриевые и калиевые соли, органиче­ские и гумусовые включения, а присутствует стекловидная фаза в количестве 60-65% от массы.

Ячеистый бетон, являясь капиллярно-пористой многокомпонентной системой, имеет свои отличительные особенности формирования скелета (мембран межпорового пространства), которые и определяют его физико-технические и эксплуатационные свойства. Как отмечается в работе А. Т. Ба­ранова и , прочность растворной составляющей ячеистого бетона не является определяющим фактором прочности и эксплуатацион­ной стойкости самого ячеистого бетона, поэтому следующим этапом работы явилось изучение влияния этих компонентов на свойства ячеистых бетонов разной плотности 600 и 700 кг/м3.

У пенозолобетона при термообработке 120°С в течение 2 ч максимальная прочность наблюдалась при добавлении серы в количестве 5% от веса вяжущего. Так, при плотности пенозолобетона, равного 600 кг/ м3 и класса по прочности В1 переходит в класс по прочности В2, в целом прирост прочности составляет 1,1 МПа, а при плотности 700 кг/м3- 1,3 МПа.

Неавтоклавные ячеистые бетоны, газозолобетон и пенозолобетон плотностью 700 кг/м3 имели влажность после пропаривания 32,7 и 34,3% и усадку 2,81 и 2,95 мм/м соответственно. При нагревании усадочные деформации значительно снижались и составляли 1,5 и 1,73 мм/м.

Одной из важнейших задач современного строительства является сокращение энергозатрат, а главным направлением градостроительной политики стало энергосбережение с одновременным повышением качества и долговечности выпускаемой продукции. Решению этой задачи может способствовать разработка нормативной базы, когда ячеистые бетоны плотностью 500 кг/м3 вместо теплоизоляционных будут применять как конструкционно-теплоизоляционные (самонесущие). Так, по ГОСТ 21520-89 и ГОСТ 25485-89 ячеистые бетоны плотностью менее 500 кг/м3 отнесены исключительно к теплоизоляционным. Для реализации мер по энергосбережению были приняты нормативные документы СНиП-ІІ-3 и другие, в которых были повышены требования к расчетному сопротивлению теплопередачи более, чем в три раза. При строительстве жилья по новым строительным нормам толщина внешней стены должна быть: из кирпича - не менее 150, а из ячеистого бетона - 38,5 см. Повышению теплозащитных свойств ячеистых бетонов способствует их применение при изготовлении компонентов, характеризующихся пониженной теплопроводностью, как, например, у зол и некоторых шлаков.

 

1 – пенобетон; 2 – пенозолобетон

Рисунок 2 – Влияние плотности на теплопроводность пенобетона и пенозолобетона

Исследование влияния золы-уноса Экибастуза на теплофизические свойства неавтоклавного газозолобетона и пенозолобетона по сравнению с газобетоном и пенобетоном разной плотности (см. рисунок 2) свидетельствует, что коэффициент теплопроводности снижается при использовании золы-уноса и при плотности 500 и 600 кг/м3 составляет 0,11; 0,14 и 0,10; 0,13 Вт/м×оС соответственно. Повышение теплофизических характеристик у пенозолобетона связано с тем, что сам характер макропор у пенозоло­бетона изменился за счет обволакивающего эффекта расплавленной серы межпоровой перегородки.

Таким образом, для улучшения физико-технических и теплотехнических свойств ячеистого бетона в качестве добавки можно использовать серу, т. е. решает­ся основная проблема, ограничивающая использование неавтоклавных ячеи­стых бетонов.

Пятый раздел посвящен исследованиям по повышению физико-механичес­ких свойств ячеистого бетона заменителями асбеста (СН 277-80 п. 2.6.). Асбест - химически инертный минерал, однако, при попадании в организм человека становится активным и канцерогенным на клеточном уровне. Выявлена растущая тенденция раковых заболеваний горла и легких на асбестовых заводах от фиброволокон асбеста.

Анализ возможных заменителей асбеста в различных строительных материалах показал, что одним из таковых может быть волластонит (метасиликат кальция CaSiO3). Удлиненные кристаллы волластонита имеют прочность на растяжение, соизме­римые с волокнами асбеста. Ограничения по содержанию волластонита в воз­духе такие же, как и для ПДК обычной пыли, равной 15 мг/см3. Волластонит-минерал семейства пироксеноидов класса цепочечных силикатов имеет кри­сталлическую структуру. Наша республика располагает промышленными запа­сами волластонитовых руд равными 56,5 млн. т.

В ячеистых бетонах можно использовать и синтетический волластонит. Но анализ его получения и наш опыт работы с ячеистыми бетонами показывает, что в способах по получению синтетического волластонита участвуют материалы, которые могут существенно влиять на свойства ячеистых бетонов.

При твердофазном синтезе в качестве кремнийсодержащих компонентов используются трепел, диатомит, опока, которые в ячеистых бетонах приводят к снижению прочности, вызывают внутренние напряжения в теле ячеистых бетонов, в процессе автоклавной обработки и могут привести к потере изделиями и конструкциями своих технических и эксплуатационных свойств.

Технологические параметры газобетона были следующими:

- водотвердое отношение (В/Т) равно 0,42, отношение кремнезе-мистого компонента к вяжущему (С) равнялось -1, плотность ячеистого бетона D700 кг/м3, температура смеси 400С, расплыв по Суттарду – 24 см. Режимы тепловлажностной обработки у неавтоклавного ячеистого бетона были 3+6+3 ч при температуре 90±50С, а автоклавная обработка 2+8+2ч, при температуре 174,50С и давлении 0,8 МПа.

Оптимальная величина добавки волластонита взамен части цемента равнялась 4%, когда прочности на сжатие (Rcж) и прочности на растяжение при изгибе (Rр. и) были максимальными.

У неавтоклавного газобетона прочность на сжатие (Rcж) и растяжение при изгибе (Rр. и) с добавкой волластонита возросли на 18,1 и 25,0 % соответственно (таблица 5).

А у автоклавного газобетона с добавкой волластонита прочность на сжатие (Rcж) и растяжение при изгибе (Rизг) увеличилась на 25,0 и 54,4% соответственно.

Таблица 5 – Свойства газобетона с добавкой волластонита

Вид бетона	Плотность, кг/м3	Прочность, МПа	Прочность с волластонитом, МПа
Rсж	Rри	Rсж	Rри
Неавтоклавный	700	3,85	1,28	4,55	1,6
Автоклавный	700	4,28	1,36	5,35	2,1

Таким образом, при прочих равных условиях, добавление волластонита привело к увеличению прочностных характеристик, как неавтоклавного газобетона, так и автоклавного, причем прочность на сжатие (Rcж) и растяжение при изгибе (Rр. и) автоклавного газобетона больше на 6,9 и 29,4% соответственно. Результаты рентгенофазного и дифференциально-термических анализов показали, что продукты гидратации образцов пропаренного газобетона пред­ставлены в основном гидроксидом кальция Са(ОН)2, кальцитом СаСО3 и скрытокристаллическими гидросиликатами кальция типа C2SH2.