Крупнопористые бетоны
Крупнопористый (беспесчаный) бетон готовят из обычного плотного или пористого крупного заполнителя (гравия или щебня); из-за отсутствия песка он имеет большое количество межзерновых пустот — равномерно распределенных крупных пор, благодаря чему объемный вес и коэффициент теплопроводности этого бетона, ниже, чем у обычного.
Такой бетон отличается небольшим сорбционным увлажнением,, низким водопоглощением и небольшим капиллярным подсосом, что уменьшает влажность и также улучшает его теплотехнические свойства. Беспесчаный бетон ввиду значительно меньшей общей удельной поверхности заполнителей весьма экономичен по расходу цемента.
Крупнопористые бетоны на плотных или пористых заполнителях, с объемным весом до 1800 кг/м3 и расходе портландцемента или. шлакопортландцемента марок 300—500 от 120 до 300 кг/м3 имеют прочность до 150 кг/см2.
Для уменьшения объемного веса бетона желательно применять однофракционный заполнитель крупностью 15—20 или 10—15 мм;. можно использовать смесь из двух фракций заполнителя—10—201 и 20—40 мм, а при отсутствии фракционированных заполнителей допустим (но с меньшим эффектом) рядовой гравий или щебень крупностью от 10 до 40 мм. С этой целью можно применять и легкие виды природного щебня, а также искусственные легкие заполнители.
Объемный вес бетона зависит главным образом от насыпного объемного веса заполнителей и общей пористости бетона, а прочность его (при данном объемном весе) —от прочности заполнителяи цементного камня, а также от строения бетона, определяемого площадью контактов зерен заполнителя и содержанием цементного камня. Обычно наибольшая прочность бетона бывает при оптимальном В/Ц. При большем его значении цементное тесто втекает с заполнителя, а при меньшем оно недостаточно подвижно, не обволакивает равномерно зерна заполнителя и бетон будет недоуплотнен.
Состав крупнопористого бетона подбирают любым проверенным на практике способом с последующим уточнением состава в производственных условиях. Если требуемая прочность и морозостойкость "бетона не достигается, надо уменьшить его пористость введением в состав смеси песка с одновременным увеличением расхода цемента, хотя это повышает объемный вес бетона.
Крупнопористый бетон на плотных заполнителях готовят в бетоносмесителе свободного падения, а на легких пористых — в смесителе принудительного действия.
В районах, где нет природных песков, но есть крупный заполнитель, крупнопористый бетон будет целесообразен для изготовления крупных стеновых блоков и возведения монолитных стен. Последние для уменьшения воздухопроницаемости надо оштукатуривать с двух сторон.
Ячеистые бетоны.
Ячеистый бетон является разновидностью легкого бетона, его получают в результате затвердевания вспученной при помощи порообразователя смеси вяжущего, кремнеземистого компонента и воды. При вспучивании исходной смеси образуется характерная «ячеистая» структура бетона с равномерно распределенными по объему воздушными порами. Благодаря этому ячеистый бетон имеет небольшую объемную массу, малую теплопроводность и достаточную прочность. Эти свойства, доступность сырья и простота технологии делают ячеистый бетон прогрессивным материалом для эффективных конструкций стен, покрытий зданий из легкого железобетона.
Пористость ячеистого бетона сравнительно легко регулировать в процессе изготовления и получать бетоны разной объемной массы и назначения. По назначению ячеистые бетоны подразделяют на три группы: теплоизоляционные объемной массой в высушенном состоянии не более 500 кг/м3; конструктивно-теплоизоляционные (для ограждающих конструкций) объемной массой от 500 до 900 кг/м3; конструктивные (для железобетона) объемной массой от 900 до 1200 кг/м3.
Вяжущим для цементных ячеистых бетонов обычно служит портландцемент.
Бесцементные ячеистые бетоны (газо- и пеносиликат) автоклавного твердения изготавливают, применяя молотую негашеную известь 1-го и 2-го сортов с временем гашения от 8 до 25 мин.
Вяжущее применяют совместно с минеральной добавкой, содержащей двуокись кремния. Кремнеземистый компонент (молотый кварцевый песок, зола-унос ТЭЦ и молотый гранулированный доменный шлак) уменьшает расход вяжущего и повышает качество ячеистого бетона.
Кварцевый песок размалывают обычно мокрым способом и применяют в виде песчаного шлама. Измельчение увеличивает удельную поверхность кремнеземистой добавки и повышает ее химическую активность. Встречается тонкодисперсный природный кварц-маршалит частицами от 0,01 до 0,06 мм.
Зола-унос имеет высокую дисперсность, поэтому ее не нужно молоть. К химическому составу золы предъявляют определенные требования, вызванные стремлением иметь в золе побольше активной составляющей - двуокиси кремния и поменьше веществ, вызывающих химическую коррозию или неравномерность изменения объема. Поэтому зола-унос должна содержать (в % по массе): SiO2 - не менее 40, Аl2O3- не более 30, Fe2O3 - не более 15, MgO - не более 3, сернистых и сернокислых соединений (в пересчете на SО3) - не более 3. В золе допускается присутствие до 5% частиц несгоревшего угля.
Молотый доменный гранулированный шлак служит в качестве добавки к портландцементу при изготовлении цементного ячеистого бетона. Его можно использовать для изготовления бесцементного ячеистого бетона с активизаторами твердения - воздушной известью и гипсом.
Применение отходов промышленности (золы-унос и доменных шлаков) для изготовления ячеистого бетона все время увеличивается, так как это экономически выгодно. Эффективно также использовать нефелиновый цемент, получающийся в виде сопутствующего продукта ряда производств.
Соотношение между кремнеземистым компонентом и вяжущим устанавливают опытным путем. Кремнеземистую добавку и портландцемент обычно берут поровну (соотношение 1:1).
При перемешивании материалов в смесителе получается исходная смесь - тесто, состоящее из вяжущего, кремнеземистого компонента и воды. Вспучивание теста вяжущего может осуществляться двумя способами: химическим, когда в тесто вяжущего вводят газообразующую добавку и в смеси происходят химические реакции, сопровождающиеся выделением газа; механическим, заключающимся в том, что тесто вяжущего смешивают с отдельно приготовленной устойчивой пеной.
В зависимости от способа изготовления ячеистые бетоны подразделяют на газобетон и пенобетон. У нас и за рубежом развивается производство преимущественно газобетона. Его технология более проста и позволяет получить материал пониженной объемной массы со стабильными свойствами. Пена же не отличается стабильностью, что вызывает колебания объемной массы и прочности бетона - пенобетона. Газобетон и газосиликат. Газобетон приготовляют из смеси портландцемента (часто с добавкой воздушной извести или едкого натра), кремнеземистого компонента и газообразователя.
По типу химических реакций газообразователи делят на следующие виды: вступающие в химическое взаимодействие с вяжущим или продуктами его гидратации (алюминиевая пудра); разлагающиеся с выделением газа (пергидроль Н202); взаимодействующие между собой и выделяющие газ в результате обменных реакций (например, молотый известняк и соляная кислота).
Чаще всего газообразователем служит алюминиевая пудра, она, реагируя с гидратом окиси кальция, выделяет водород по реакции
ЗСа (ОН)2 + 2Аl + 6Н20 = ЗН2^ + ЗСаО • Аl2О3 • 6Н2О
Согласно уравнению химической реакции 1 кг алюминиевой пудры выделит в нормальных условиях 1,245 м3 водорода. При повышении температуры объем газа возрастет и, например, при 40°С составит 1,425 м3. На практике расходуется большее количество алюминиевой пудры, так как она содержит менее 100% активного алюминия и, кроме того, часть газа теряется в процессе перемешивания и вспучивания раствора.
Это учитывается с помощью коэффициента газоудержания Кг.у, представляющего отношение объема газа, удержанного раствором, Vу к теоретическому объему выделяемого газа Vт при данной температуре Кг.у= Vу / Vт.
Коэффициент газоудержания обычно составляет 0,7-0,85; на изготовление 1 м3 ячеистого бетона объемной массой 600-700 кг/м3 расходуется 0,4-0,5 кг алюминиевой пудры.
Гидроокись кальция образуется в процессе взаимодействия портландцемента с водой при гидролизе трехкальциевого силиката. Для усиления газовыделения в смесь добавляют воздушную известь или едкий натр.
Алюминиевую пудру применяют в виде водной суспензии. При изготовлении на заводе алюминиевый порошок парафинируют, поэтому его частицы плохо смачиваются водой. Для придания пудре гидрофильных свойств ее обрабатывают водным раствором поверхностно-активных веществ (ССБ, канифольного мыла и др.).
Прокаливание же алюминиевого порошка с целью удаления пленок парафина с частиц может вызвать взрыв. Ячеистый бетон изготовляют по обычной (литьевой) технологии и другими методами.
Литьевая технология предусматривает отливку, изделий, как правило, в отдельных формах из текучих смесей, содержащих до 50-60% воды от массы сухих компонентов (водотвердое отношение В/Т=0,5-0,6). При изготовлении газобетона применяемые материалы - вяжущее, песчаный шлам и вода дозируют и подают в самоходный растворосмеситель, в котором их перемешивают 4-5 мин; затем в приготовленную смесь вливают водную суспензию алюминиевой пудры и после последующего перемешивания теста с алюминиевой пудрой газобетонную смесь заливают в металлические формы на определенную высоту с таким расчетом, чтобы после вспучивания формы были доверху заполнены ячеистой массой.
Избыток массы («горбушку») после схватывания смеси (через 3-6 ч) срезают специальными струнами. Для ускорения газообразования, а также процессов схватывания и твердения применяют «горячие» смеси на подогретой воде с температурой в момент заливки в формы около 40°С.
Тепловую обработку ячеистого бетона производят преимущественно в автоклавах в среде насыщенного водяного пара при температуре 175-200°С и давлении 0,8-1,3 МПа. Автоклавы представляют собой герметически закрывающиеся цилиндры диаметром до 3,6 м и длиной до 32 м. Во влажной среде и при повышенной температуре кремнеземистый компонент проявляет химическую активность и вступает в соединение с гидроокисью кальция с образованием гидросиликатов кальция, придающих ячеистому бетону повышенную прочность и морозостойкость.
Автоклавную обработку производят по определенному режиму с учетом типа и массивности изделий. Чтобы не появились трещины в изделиях, предусматривают плавный подъем и спуск температуры и давления (в течение 2-6 ч); время выдержки изделий при максимальной температуре составляет 5-8 ч.
Неавтоклавные ячеистые бетоны, изготовленные по литьевой технологии и твердевшие в нормальных условиях или пропаренные при атмосферном давлении (при температуре 80-100°С), значительно уступают автоклавным бетонам по прочности и морозостойкости.
Литьевая технология ячеистого бетона, основанная на применении текучих смесей с большим количеством воды, имеет ряд недостатков. Готовые изделия имеют большую влажность 25-30%, поэтому у них большая усадка, вызывающая появление трещин. Изделия получаются неоднородными по толщине (по высоте формы) вследствие расслоения жидкой смеси, всплывания газовых пузырьков. Производственный цикл удлиняется из-за медленного газовыделения и схватывания смеси. Новые технологические методы позволяют смягчить или полностью устранить эти недостатки.
Вибрационная технология газобетона заключается в том, что во время перемешивания в смесителе и вспучивания в форме смесь подвергают вибрации.
Тиксотропное разжижение, происходящее вследствие ослабления связей между частицами, позволяет уменьшить количество воды затворения на 25-30% без ухудшения удобоформуемости смеси. В смеси, подвергающейся вибрированию, ускоряется газовыделение- вспучивание заканчивается в течение 5-7 мин вместо 15-50 мин при литьевой технологии. После прекращения вибрирования газобетонная смесь быстро, через 0,5-1,5 ч, приобретает структурную прочность, позволяющую разрезать изделие на блоки, время автоклавной обработки также сокращается. Все это повышает производительность предприятий и снижает себестоимость изделий из ячеистого бетона.
Разработаны новые технологические приемы изготовления ячеистого бетона из холодных смесей (с температурой около 20°С) с добавками поверхностно-активных веществ и малым количеством воды. Такой газобетон на цементе после обычного пропаривания при атмосферном давлении достигает прочности автоклавного бетона, изготовленного по литьевой технологии. Замена автоклавной обработки пропариванием без ущерба для качества ячеистого бетона дает большой экономический эффект, так как отказ от дорогостоящего и сложного автоклавного хозяйства удешевляет и упрощает изготовление изделий.