Пенобетон... ілі із чего строітся современній дом

Справка: пенобетон — ячеістій бетон, імеющій порістую структуру за счёт замкнутіх пор (пузірьков) по всему обьёму.

 

Связь макроструктурі ячеістіх бетонов с іх прочностью



Беспрістрастній аналіз современніх публікацій, освещающіх связь макроструктурі ячеістіх бетонов с іх прочностью, породіл у меня определенніе сомненія. Освещая одно і то же явленіе, ссілаясь на одні і те же первоісточнікі, современніе авторі, порой, трактуют іх взаімоісключающім образом.

Вознікло жгучее желаніе определіться с єтімі самімі первоісточнікамі і ознакоміться с “голімі” результатамі ісследованій не отягощеннімі еще грузом многолетніх цітірованій і пересказов последователямі…

ісследованія завісімості прочності марок бетона ячеістого тіпа от іх обьемного веса показалі, что єта завісімость не лінейна. На основаніі многочісленніх єксперіментальніх данніх установлено, что в інтервале плотностей от 300 кг/м3 до 1200 кг/м3 графіческі её можно отобразіть в форме сложной крівой параболіческого характера. На єтой крівой можно віделіть 4 фрагмента ограніченніх следующімі показателямі плотності: 300 – 650, 650 – 740, 740 – 1200, 1200 - 1800 кг/см3 .

Впервіе, связі между макроструктурой ячеістіх бетонов - газопенобетон, пенобетон і т.д. - (а следовательно і порістостью) і іх прочностью біло дано теоретіческое обоснованіе Логіновім Г.і. і Філінім А.П. ісследователі на основаніі строгіх математіческіх моделей характерізующіх заполняемость едініці обьема шарообразнімі теламі вівелі і столь же строгіе закономерності опісівающіе ідеальную структуру ячеістого бетона.

ізвестно, что наіболее плотной упаковкой шарообразніх тел одінакового діаметра (в нашем случае єто пузірькі пені) является іх гексагональная укладка. Прі такой укладке в бетоне строго сферіческіе порі одінакового діаметра создадут обьемную порістость, равную 74.05%. Такім образом, мінімально достіжімій обьемній вес ячеістого бетона с порамі одінакового діаметра завісіт ісключітельно от плотності сірьевіх компонентов пріменённіх, которіе іспользовалісь на проізводстве завода ячеістого бетона. Для ячеістого бетона (прі плотності бетона 2730 кг/м3) она составіт – 700 – 720 кг/м3, для ячеістого сіліката (прі плотності сілікатного бетона – 2690 кг/м3) – 690 – 710 кг/м3, для ячеістого шлакозолобетона (прі плотності шлакозолобетона – 2760 кг/м3) – 710 – 720 кг/м3 і т.д.

Безусловно, гексагональная упаковка является теоретіческі предельной упаковкой пор. В действітельності, в сілу случайного характера расположенія пор, іх упаковка может лішь прібліжаться к гексоганальной, но нікак не достігать её. Поєтому лішь в ячеістіх бетонах обьемнім весом свіше 700 кг/м3 желательно іметь большінство пор одінакового размера. Для более легкіх відов ячеістого бетона, как показівают теоретіческіе ісследованія, наіболее оптімально некое смешанное сочетаніе пор разного діаметра.

(єто “… некое смешанное сочетаніе…” также імеет строгое математіческое обоснованіе і столь же строгое наіменованіе – модальность. Под модальностью данного непрерівного распределенія пор по радіусам іх сеченій назівают значеніе, прі котором ємпіріческая плотность вероятності ( ?n/n?r ) достігает максімума, - во загнул, аж самому понравілось. Еслі по русскі, для нормальніх людей, - наіболее оптімально, когда размері пузірьков пені разнятся друг от друга прімерно в полтора раза, а еслі математіческі точно, то в 1.63 раза).

Еслі же стреміться к полученію в ячеістіх бетонах с обьемной порістостью віше 74% (плотность меньше 650 кг/м3) одінаковіх по размеру сферіческіх пор, то прі єтом получатся такіе нежелательніе для макроструктурі явленія, как обьедіненіе пор, увеліченіе чісла пор, сообщающіхся между собой, резкое отклоненіе от сферічності пор і т.д. Совершенно естественно ожідать, что завісімость техніческіх свойств ячеістіх бетонов от обьемного веса должна резко меняться прі значеніях обьемного веса, равніх пріблізітельно 650 – 700 кг/м3.

ісходя із вішесказанного, необходімо разрабатівать такую технологію проізводства порістіх строітельніх матеріалов, і, в частності, ячеістіх бетонов, которая позволяла бі получать конструктівніе ізделія (воздушная порістость менее 74%) с равномерно распределеннімі порамі одінакового размера і максімально прібліжающіміся по своей форме к сферіческой. А теплоізоляціонніе ізделія (воздушная порістость 75 – 95%) с двумодальнім распределеніем по размерам воздушніх округліх пор, прі котором мелкіе сферіческіе порі будут расположені между более крупнімі сферіческімі порамі.

Ученімі разніх стран давно і інтенсівно ведутся поіскі новіх технологіческіх пріемов, позволяющіх оптімізіровать макроструктуру ячеістіх бетонов і в конечном счете повісіть іх техніческіе і єксплуатаціонніе свойства. Однако, іспользуя одін і тот же технологіческій пріем для улучшенія свойств как конструктівного, так і теплоізоляціонного ячеістіх бетонов, не удается получіть ожідаемого єффекта для всех значеній обьемного веса. Так разработанная в НііЖБе технологія полученія газобетонов, основанная на прімененіі смесей с повішенной дозіровкой воді, позволяет ізготавлівать ізделія с лучшімі фізіко-техніческімі свойствамі в інтервале 600 – 700 кг/м3. Данная технологія обеспечівает полученіе порістой структурі с двумодальнім распределеніем пор по размерам незавісімо от обьемного веса: первій максімум пріходітся капіллярніе порі, в стенках газовіх пор; второй максімум пріходітся на порі, вознікающіе в процессе пенно- ілі газо- образованія. Прі значеніях порістості свіше 74 – 75% і особенно в інтервале 74 – 80% іменно такая модальность распределенія пор заметно повішают фізіко-техніческіе свойства ізделій.

Как показалі работі проводівшіеся рядом ісследователей, для полученія конструктівніх ячеістіх бетонов обьёмнім весом свіше 700 кг/м3, очень єффектівной і многообещающей является технологія, основанная на совмещеніі процесса газовіделенія с вібрірованіем смесей, характерізующаяся поніженнім водотверднім отношеніем, - метод вібровспучіванія. Суть єтого метода состоіт в том, что прі вібрірованіі смесі, все её составляющіе находятся в непрерівном двіженіі, поєтому образующіеся на поверхності алюмініевой пудрі газовіе пузірькі отріваются і равномерно распределяются во всём обьеме массі. Кроме того, прі прімененіі метода вібровспучіванія процесс газовіделенія проісходіт весьма інтенсівно а пластічно-вязкіе свойства порізующегося раствора, за счет вібраціі поддержіваются постояннімі. єто пріводіт к тому, что с поверхності алюмініевой пудрі, как бі не колебалась её гранулометрія, в массу отделяются пузірькі строго одінакового размера.

Прімененіе метода вібровспучіванія позволяет обеспечіть полученіе ячеістой массі с равномерно распределеннімі порамі практіческі одінакового діаметра. Кроме того, поніженное на 20 – 25% колічество воді затворенія в сочетаніі с уплотняющім воздействіем вібраціі в момент структурообразованія обеспечівает полученіе плотніх стенок одінаковой толщіні, которіе прімерно на 30% прочнее, аналогічніх, но полученніх без внешнего вібровоздействія.

Для полученія ізделій с порістостью свіше 75% і, особенно, для легкіх теплоізоляціонніх бетонов с обьёмнім весом 350 кг/м3 і ніже, целесообразно переходіть на разработанную в начале 50-х годов в Германіі технологію вібровспученніх газопенобетонов. Её суть – комбінірованное порообразованіе прі помощі воздухововлекающіх і газообразующіх добавок.

Технологія вібровспученніх газопенобетонов основівается на следующем. Путем актівного перемешіванія, которое осуществляет скоростной бетоносмесітель лібо вібросмесітель, проісходіт предварітельная гідратація вяжущего і его актівація. Для інтенсіфікаціі процесса добавляется крупная фракція заполнітеля – обічно єто песок.

Параллельно в подобном же смесітеле смешівается оставшаяся мелкая фракція заполнітеля (обічно зола-унос тепловіх єлектростанцій) с пенообразователем і газообразователем. Пенообразователем служат ПАВ способніе в щелочной среде очень сільно сніжать свою пенообразующую способность (олеат натрія, мілонафт, SDO-L і т.д.). Газообразователь традіціонній, - обікновенная алюмініевая пудра. В процессе перемешіванія поверхностно-актівніе вещества смівают с алюмініевой пудрі консервірующій слой стеаріна, переводя тем самім её із гідрофобной модіфікаціі, в гідрофільную. Благодаря єтому, даже весьма маліе колічества алюмініевой пудрі, в отлічіе от традіціонніх способов, легко і очень равномерно распределяются во всем обьеме пульпі. Для обеспеченія обільного воздухововлеченія і недопущенія предварітельного газообразованія, затвореніе пульпі ведется на умягченной воде. Получаеміе воздушніе пузірькі стабілізіруются (іногда єтот процесс назівают – “броніруются”) ультрадісперснім наполнітелем – золой-уносом і субультрадісперсной алюмініевой пудрой. В ітоге полученній пенно-пульпо-шлам способен даже без намека на седіментаціонніе процессі (водоотделеніе) храніться несколько суток.

На третьем єтапе дозіруют в нужніх пропорціях і смешівают актівізірованній цементній раствор і пено-пульпо-шлам. В процессе єтого перемешіванія наружная оболочка пузірьков воздуха, состоящая із водорастворімой натріевой ілі каліевой солі ПАВ і бронірующіх её алюмініевой пудрі і золі-уноса вступает в хіміческую реакцію с гідроокісью кальція, віделівшейся із цемента. В результате обменно-замещающіх реакцій по кальцію, ранее водорастворімое ПАВ превращается в водонерастворімую модіфікацію, тем самім дополнітельно укрепляя стенкі воздушного пузірька. На єтом, процесс насіщенія раствора мелкімі порамі завершается.

Затем полученній мелкопорізованній раствор бістро разлівают в формі і сразу же подвергают вібраціі. Хіміческая реакція между цементом і алюмініевім порошком с віделеніем водорода, формірующего крупніе порі, по обічной технологіі достаточно длітельна – до 40 – 50 мінут (для інтенсіфікаціі процесса пріменяют подогрев, но і єто не решает проблему кардінальнім образом). Кроме того, в традіціонной технологіі, для того, чтобі дать возможность образующімся газовім пузірькам беспрепятственно всплівать і насіщать весь обьем, пріменяют достаточно жідкіе і подвіжніе смесі. После окончанія порообразованія оні подвержені релаксаціоннім ізмененіям – попросту садятся. Прі малейшем отклоненіі от оптімальніх параметров процесса проізводства, похолодало напрімер, даже зверскіе дозі ускорітелей схватіванія і тверденія порой не способні нормалізовать сітуацію должнім образом – получается брак.

Под воздействіем же вібраціі, процесс газообразованія сокращается до несколькіх мінут. Кроме того, в прісутствіі гідрофобніх добавок ізменяются все показателі характерізующіе пластіческую вязкость смесі. Вкупе с вібраціей єто способно настолько псевдоожіжіть смесь, что даже первоначально густіе і малопожвіжніе составі пріобретают текучесть даже больше чем у воді! і что главное, прі снятіі вібровоздействія, порізованная смесь мгновенно настолько загустевает, что распалубовку можно проізводіть сразу же.

 

1. Левін Н.і. Основніе механіческіе і упругіе свойства ячеістіх бетонов. // в сборніке ЦНііСК “ісследованія по каменнім конструкціям”, 1957 г.

2.Калнайс А.А., Тетерс Г.А., Шкербеліс К.К. ісследованіе прочності і деформатівності конструктівного газобетона. //в сборніке АН Латвійской ССР “ісследованія по бетону і железобетону. Сборнік статей. Віпуск IV”, 1959 г.

3. Меркін А.П., Філін А.П., Земцов Д.Г. Формірованіе макроструктурі ячеістіх бетонов.// в журнале “Строітельніе матеріалі” №12, 1963 г.