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 500 - 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 процентах 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 экологически чистые продукты и 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. Компания «ГОСТ-ИСТ» на новейшем сертифицированном оборудовании производит и газобетон и пенобетон.

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 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.

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.

Компания «ГОСТ-ИСТ» в данном случае применяет инновационные технологические методы, которые позволяют полностью устранить эти недостатки. Одним из таких методов является вибрационная технология.

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 предприятия и снижает себестоимость изделий из ячеистого бетона, что немаловажно для ценообразования продукта.

Компания «ГОСТ-ИСТ» успешно внедрила в своё производство и новейшие технологические методы 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 дало нам большой экономический эффект, так как в разы уменьшены затраты на производство, что и позволило существенно снизить стоимость изделий из ячеистого бетона для наших клиентов.

Газосиликат

Газосиликат автоклавного твердения в отличие от газобетона не требует цемента, так как изготовляется на основе известково-кремнеземистого вяжущего. Поэтому изделия из газосиликата получают, используя в основном местные материалы - воздушную известь и песок, золу-унос и металлургические шлаки. Соотношение между известью и молотым песком колеблется от 1:3 до 1:4,5 по массе, при этом извести расходуется от 120 до 180 кг на 1м³ газосиликата. Изделия из газосиликата приобретают нужную прочность и морозостойкость только после автоклавной обработки, обеспечивающей химическое взаимодействие между известью и кремнеземистым компонентом и образование нерастворимых в воде гидросиликатов кальция.

Пенобетон и пеносиликат

Пенобетон приготовляют, смешивая между собой приготовленную растворную смесь и пену, образующую в тесте воздушные ячейки.

Раствор получают из вяжущего (цемента или воздушной извести) кремнеземистого компонента и воды, как и в технологии газобетона.

Пену приготовляют в лопастных пеновзбивателях и центробежных насосах из водного раствора пенообразователей, содержащих поверхностно-активные вещества либо при помощи пеногенераторов. Применяют гидролизованную кровь (ГК), клееканифольный, смолосапониновый, алюмосульфо-нафтеновый и синтетические пенообразователи. Пенообразование вызывается понижением поверхностного натяжения воды на поверхности раздела «вода-воздух» под влиянием поверхностно-активных веществ, адсорбирующихся на поверхности раздела. Качество пены тем выше, чем больше «кратность», представляющая отношение начального объема пены к объему водного раствора пенообразователя. Пена должна быть прочной и устойчивой, т. е. не осаживаться и не расслаиваться по крайней мере в начальный период схватывания ячеистой массы. Стабилизаторами пены служат добавки раствора животного клея, жидкого стекла или сернокислого железа; минерализаторами же являются цемент и известь. Пенобетонную смесь на цементе или извести можно изготовлять в смесителях периодического действия. В пеногенераторе приготовляется пена, в растворосмесителе готовится цементно-песчаный или известково-песчаный раствор и приготовленная пена смешивается с растворной смесью. Полученную ячеистую массу заливают в формы. Перед термообработкой отформованные пенобетонные изделия выдерживают до приобретения необходимой структурной прочности, тогда изделия не растрескиваются при перемещении форм и для них не опасно расширение воздуха, находящегося в ячейках-порах, происходящее при тепловой обработке. Для сокращения времени выдержки и ускорения оборачиваемости форм добавляют хлористый кальций, поташ и другие вещества, ускоряющие структурообразование.

Прочность и объемная масса являются главными показателями качества ячеистого бетона.

Проектная марка ячеистого бетона по прочности R обозначает предел прочности при сжатии кубов с ребром 200 мм, имеющих естественную влажность 8% по массе. Если кремнеземистым компонентом является не молотый кварцевый песок, а зола, влажность ячеистого бетона принимается равной 15%.

Установлены следующие марки конструктивно-теплоизоляционных и конструктивных ячеистых бетонов по прочности на сжатие: 25, 35, 50, 75, 100, 150, 200.

Предел прочности при сжатии (контрольная характеристика) ячеистого бетона определяют как среднее арифметическое результатов испытания шести высушенных до постоянной массы образцов-кубов с ребром 100 мм или цилиндров диаметром и высотой 100 мм.

Водопоглощение и морозостойкость зависят от величины и характера макропористости ячеистого бетона и от плотности перегородок между макропорами (ячейками). Для снижения водопоглощения и повышения морозостойкости стремятся к созданию ячеистой структуры с замкнутыми порами. Этому способствует вибрационная технология, так как при вибрации газобетонной смеси разрушаются крупные ячейки, снижающие морозостойкость и однородность материала.

Водотвердое отношение, то есть отношение массы воды к массе вяжущего и кремнеземистого компонента, при вибрационной технологии значительно меньше, чем при литьевой, поэтому уменьшается и капиллярная пористость перегородок между порами, они становятся плотнее. Улучшению структуры благоприятствует введение при изготовлении ячеистого бетона гидрофобизующих и комплексных гидрофобно-пластифицирующих добавок. Таким путем можно получить ячеистый бетон высокой морозостойкости, пригодный для строительства в суровом климате.

Установлены следующие марки ячеистого бетона по морозостойкости в циклах замораживания и оттаивания: 10, 15, 25, 35, 50, 100 и 200.

Ячеистые бетоны успешно применяют для легких железобетонных конструкций и теплоизоляции. В России широко распространены конструктивно-теплоизоляционные и теплоизоляционные ячеистые бетоны. Из них изготовляют панели наружных стен и покрытий зданий, неармированные стеновые и теплоизоляционные блоки, камни для стен. Конструкции из ячеистых бетонов долговечны в зданиях с сухим и нормальным режимами помещений при относительной влажности воздуха 60-70%.

Конструкции из ячеистых бетонов отличаются высокими технико-экономическими показателями. Стены из ячеистого бетона в 1,3-2 раза легче стен из железобетонных слоистых и керамзитобетонных панелей, стоимость их также меньше. Поэтому применение ячеистого бетона постоянно расширяется. Эффективность ячеистого бетона возрастает при снижении объемной массы и выпуске изделий полной заводской готовности.

Преимущества ячеистых бетонов

- Отличные тепло- и звукоизоляционные свойства, хорошая воздухопроницаемость. По всем этим свойствам ячеистые бетоны практически идентичны дереву.

- Легко обрабатываются. Строительные блоки из них пилятся ножовкой.

- Универсальность в применении.

Используются для:

- Монолитного домостроения. В подготовленную опалубку прямо на стройплощадке заливается теплоизоляционно-конструкционный ячеистый бетон. После снятия опалубки получаем монолитные стены будущего здания. При соответствующем качестве опалубки такие стены не требуют даже штукатурных работ – сразу под обои.

- Изготовления штучных строительных изделий, т.е. строительных блоков для строительства и утепления стен, возведения внутренних перегородок.

- Утепления стен вновь возводимых зданий. Например, ведется кладка из кирпича и в ней выкладываются внутренние полости – «шахты», в которые заливают ячеистый бетон.

- Утепления кровли.

- Заливки тепло- и звукоизоляционных полов.

- Утепления существующих зданий.

- Теплоизоляции трубопроводов.

- Возможность получения ячеистого бетона непосредственно на площадке строящегося объекта.

- Пожарная безопасность. Ячеистые бетоны не горят и не поддерживают горения.

Блоки из ячеистых бетонов часто называют «биоблоками». Такое название прижилось именно благодаря экологической чистоте ячеистого бетона.