Ячеистый бетон

Ячеистый бетон.

Ячеистый бетон применяется главным образом для изготовления огражда-
ющих конструкций, которые в комплексе должны удовлетворять требованиям,
предьявляемым к ним по несущей способности и долговечности, термическо-
му сопротивлению, звукоизоляции, огнестойкости, влагопаропроницаемости,
воздухопроницаемости, по энергетическим, материальным и трудовым затра-
там на изготовление. С таких позиций самым эффективным стеновым мате-
риалом с учетом современных требований к термическому сопротивлению
стен является ячеистый бетон (табл. )

Таблица

Характеристика стен из ячеистого бетона с разной
средней плотностью [ ].

С теплотехнической точки зрения наиболее эффективными являются мно-
гослойные стены с теплоизоляционными элементами из пенопласта, пенополи-
стирола и других подобных материалов. Но такие стеновые панели более тру-
доемкие, а вопросы их воздуховлагопроницаемости, огнестойкости и долго-
вечности являются весьма проблематичными. Равноценные им по термическо-
му сопротивлению являются однослойные стеновые панели из ячеистого бето-
на с средней плотностью 450 кг/м³ и менее, но они дешевле на 25…30%, явля-
ются воздуховлагопроницаемыми, огнестойкими и более долговечными (срок
службы до 10 лет).

Ячеистый бетон с средней плотностью 300 кг/м³ и менее может использо-
ваться также для изготовления двух, трех и многослойных конструкций, теп-
лоизоляционных и звукопоглощающих плит.

За рубежом ячеистый бетон находит широкое применение в Скандинавс-
ких странах, Германии, Польше, Чехии и Словакии, в Прибалтийских странах,
Японии, Великобритании и многих других странах.

Ячеистый бетон – это искусственный пористый камень с равномернорас-
пределенными порами, получаемый в результате затвердевания квалифици-
рованно запроектированной, тщательно приготовленной формовочной массы,
состоящей из вяжущего, воды, добавок, тонкомолотого кремнеземистого ком-
понента (наполнителя) и порообразователя. В соответствии с ГОСТ 25485
ячеистый бетон классифицируется по различным признакам:

1) По способу формирования структуры – газобетоны, пенобетоны и га-
зопенобетоны;

2) По виду вяжущего – на основе цемента, известково-кремнеземистого
вяжущего, смешанных вяжущих, гипса или композиционного гипсово-
го вяжущего, лаковых цементов (шлакощелочной, известкого-шлако-
вый) и других;

3) По способу твердения – неавтоклавные (естественное твердение, про-
парка, электропрогрев и тд.) и автоклавные;

4) По виду кремнеземистого компонента – на природных кремнеземистых
компонентах (песок, трепел, диатомит, опока и других) и искусствен-
ных кремнеземистых компонентах – отходах производств (зола-унос,
зола гидроудаления, шлаки, тонкодисперсные вторичные продукты обогащения руд, ферросилиций и другие);

5) По назначению – теплоизоляционные, конструктивно-теплоизоляцион-
ные и конструктивные, жаростойкие, декоративные и акустические
ячеистые бетоны;

6) По прочности на сжатие ячеистые бетоны делятся на классы
В0,5…В15;

7) По средней плотности ячеистые бетоны классифицируются на марки –
Д300…Д1200. Возможно получение и более легких ячеистых бетонов
до Д75;

8) По морозостойкости ячеистые бетоны делятся на марки – F15…F100.

Показатели физико-механических свойств ячеистых бетонов.

Методы контроля качества бетонов:

— прочность на сжатие и растяжение по ГОСТ 10180, однородность
по прочности по ГОСТ 18105;

— средняя плотность по ГОСТ 12730.1 или ГОСТ 17623;

— Влажность по ГОСТ 12730.2 или ГОСТ 21718;

— Морозостойкость, усадка, по ГОСТ 25485;

— Теплопроводность по ГОСТ 7076;

— Паропроницаемость по ГОСТ 25890;

— Призменная прочность и модуль упругости по ГОСТ 24452;

— Сорбционная влажность по ГОСТ 24816;

— Паропроницаемость по ГОСТ 25898.

Пористость ячеистых бетонов.

Пористость ячеистых бетонов созданная за счет введения порообразовате-
лей очень высокая и достигает 90%, остальные поры капиллярные и гелевые.
размеры технологических пор 0,2…2,2 мм. По форме поры приближаются к
сферам. Как правило поры равномерно распределены по объему материала и
делятся на сообщающиеся и замкнутые. Предпочтительнее замкнутые поры.
Возможен и другой вид пористости. Величина и характер пористости зависят
от свойств исходных материалов и формовочной массы (В/т, температура, рН
среды, вязкость, средняя плотность, сроки схватывания), вида и количества
порообразователя (применительно к алюминиевой пудре от удельной поверх-
ности, ее чистоты, содержания активного алюминия), способа и условий фор-
мирования структуры материала (литьевой, вибрационный, ударный и другие).

Структура ячеистых бетонов, как производная от свойств сырьевых ком-
понентов, состава и свойств формовочной массы и технологии изготовления
определяет все их характеристики. Она достаточно неоднородна, особенно при
газовом способе поризации смеси, при сравнительно большой толщине форму-
емых изделий и литьевым способе их производства. По законам физики в
верхней части вспучиваемого массива пористость и размеры пор больше, чем
в нижней части. Кроме того, при вспучивании в вертикальном направлении
особенно при нарушении режима технологического процесса происходит раз-
рушение межпоровых перегородок, образование сообщающихся пор, что нега-
тивно отражается на свойствах материала. В частности, по этой причине проч-
ность бетона при приложении нагрузки в направлении вспучивания на
15…20% ниже прочности, когда нагрузка прикладывается в направлении, пер-
пендикулярном вспучиванию. Механические воздействия на смесь во время
ее вспучивания (удар, вибрирование) положительно сказывается на ее однородности.

Средняя плотность ячеистых бетонов.

Она находится в тесной связи с пористостью: чем выше пористость яче-
истых бетонов, тем ниже их средняя плотность. Ячеистые бетоны можно полу-
чать с средней плотностью от 75 до 1200 кг/м³. В зависимости от средней
плотности ячеистые бетоны делятся на марки (см. табл. ), а также на тепло-
изоляционные (ρ_с ≤ 500 кг/м³), конструктивно-теплоизоляционные (ρ_с=500…
1200 кг/м³). Поскольку пористость ячеистого бетона определить труднее, чем
среднюю плотность, то чаще при оценке свойств материала фигурирует имен-
но его средняя плотность.

Теплопроводность ячеистых бетонов.

Непосредственную связь с пористостью и средней плотностью ячеистых
бетонов, имеет их теплопроводность (табл.   ). Основные положения по тепло-
проводности  изложены в главе    . Здесь лишь отмечаются некоторые харак-
терные особенности теплопроводности ячеистых бетонов. Их теплопровод-
ность зависит как от величины общей пористости, так и от размера, формы,
характера пор, фазового состава наполнителя, влажности материала. Теплоп-
роводность бетона линейно повышается с увеличением влажности до
10…15%. Дальнейшее увеличение влажности в меньшей степени отражается
на теплопроводности бетона. Большое влияние на теплопроводность оказыва-
ет температура материала, в порах которого находятся вода, воздух и водяной пар. При температуре менее 60ºС теплота передается в основном за счет
теплопроводности воды, а при температуре более 60ºС основным фактором
теплопередачи является водяной пар. При полном насыщении бетона водой
его теплопроводность зависит от теплопроводностей сухой твердой фазы и
воды при данной конкретной температуре.

Таблица

Данные по теплопроводности ячеистых бетонов.

Примечание: первое значение теплопроводности бетона на золе, второе – на песке.

Водопоглощение, паропроницаемость и сорбционнная влажность
ячеистых бетонов.

Высокая пористость ячеистых бетонов обусловливает высокие их водо-
поглощение и гигроскопичность, требуемую паропроницаемость (табл.  ).

Таблица

Данные по паропроницаемости и сорбционной влажности
ячеистых бетонов.

Сорбционное увлажнение приводит к снижению прочности ячеистых бе-
тонов и повышению их теплопроводности. При непосредственном контакте с
водой водопоглощение ячеистых бетонов может достигать 20…40% ( в зави-
симости от вида вяжущего, величины пористости и характера структуры), что
приводит к значительному снижению прочности материала (на 30…40%). От-
пускная влажность ячеистых бетонов не должна превышать 25% по массе на
песке и 35% – на других кремнеземистых компонентах. Уменьшить водопог-
лощение ячеистых бетонов можно путем снижения В/т, формирования струк-
туры с мелкими, замкнутыми порами, введения в смесь гидрофобизирующих
добавок, пропитки материала импрегнирующими и гидрофобизирующими
составами, полимерами.

Морозостойкость ячеистых бетонов.

Не смотря на высокое водопоглощение ячеистые бетоны обладают срав-
нительно хорошей морозостойкостью (до F100). Это определяется характером

их структуры. При высокой пористости и прочих равных условиях ячеистые
бетоны при воздействии мороза медленнее промерзают и содержат до 50%
резервных пор, не заполненных водой, которые способны принимать воду из
соседних, заполненных водой пор, в которых она превращается в лед. Кроме
того, содержащиеся в материале поры разного размера тормозят развитие
микротрещин, образующихся при давлении льда на стенки пор (см. гл.  ).

На морозостойкость оказывают влияние вид вяжущего и условия тверде-
ния материала. Ячеистые бетоны неавтоклавного твердения на цементе более
морозостойкие, чем автоклавные бетоны на известково-кремнеземистом вяжу-
щем.

Усадка и трещиностойкость ячеистых бетонов.

Высокое водосодержание цементных ячеистых бетонов обусловливает их
повышенную усадку и невысокую трещиностойкость. ГОСТ 25485 регламен-
тирует величину усадочных деформаций ячеистых бетонов. Она должна быть
не более 0,5 мм/м для автоклавных бетонов марок Д600…Д1200 на песке и
менее 0,7 мм/м – при использовании других кремнеземистых компонентов.
Для неавтоклавных бетонов усадка достигает 3 мм/м. Усадка приводит к появ-
лению в поверхностных слоях ячеистых бетонов трещин, что значительно
снижает их долговечность. В некоторых литературных источниках предлага-
ется трещиностойкость бетонов характеризовать отношением:

Еус^пр

                                                                Еус      . Если Еус^пр/Еус≥ 1,

то материал трещиностойкий, если меньше единицы – то нет. При этом надо
иметь в виду, что возникновение усадочных трещин зависит и от скорости
развития усадочных деформаций. При малой скорости увеличения деформа-
ций усадки напряжения, возникающие в ячеистом бетоне, успевают релакси-
ровать вследствие ползучести материала, а поэтом трещины в нем не возника-
ют. Карбонизационная усадка затухает и мало проявляется при невысокой
влажности бетона (5…7%). Поэтому снижение влажности материала приводит
к уменьшению карбонизационной усадки. Особо пагубно влияет на ячеистый
бетон попеременное насыщение его водой и высушивание.

Во всех случаях уменьшение усадки повышает трещиностойкость и дол-
говечность ячеистых бетонов. Снизить величину усадки ячеистых бетонов
можно за счет применения безусадочных цементов, цементов с малой энер-
гией расширения – НЦ10 или расширяющими добавками, снижения В/Т, вве-
дения в смесь суперпластификаторов, грубомолотого (S=900…1200 см²/г) или
немолотого песка, волокнистых материалов, пропитки материала пленкообра-
зующими составами и т.д.

Предельная температура применения ячеистых бетонов.

Предельная температура использования цементных и силикатных ячеис-
тых бетонов +300…400ºС. При нагревании этих материалов до +200ºС их
прочность повышается. С повышением температуры свыше +400ºС происхо-
дит нарушение структуры ячеистых бетонов и снижение их прочности (см.
гл.  ).

Максимально допустимая температура пеногипса составляет +50ºС.

Возможно получение ячеистого бетона с температурой применения до
+800ºС. Для этого используют портландцемент, золу-унос ТЭС, пенообразо-
ватель и воду при твердении материала в естественных условиях.

В принципе, с применением, например, глиноземистого цемента, жарос-
тойкого наполнителя (шамот, молотый перлит, аглопорит и т.д.) можно при-
готовить ячеистый бетон и с более высокой предельной температурой приме-
нения.

Огнестойкость ячеистых бетонов выше, чем тяжелых, что связано с их
высокопористой структурой (см. гл.   ).

Прочность ячеистых бетонов.

Подробно об этом изложено в гл.   . К этому можно лишь добавить, что
возможно получение ячеистых бетонов с большей прочностью по сравнению с
требованиями ГОСТ 25485 (табл.   ).

Таблица

Характеристики пенобетона [  ].

С применением ударной технологии можно получать газобетон с средней
плотностью 545…565 кг/м³ и прочностью на сжатие 4,4…5,3 Мпа.

Прочность ячеистых бетонов на композиционных вяжущих может быть
еще выше. Так, получен неавтоклавный ячеистый бетон с средней плотностью
700 кг/м³ и прочностью 14 Мпа.

Однородность ячеистых бетонов по прочности на сжатие ниже, чем тяже-
лых бетонов и характеризуется коэффициентом вариации от 6 до 19%. Норма-
тивное значение коэффициента 17% (у тяжелого бетона 13,5).

Способы формирования пористой структуры ячеистых бетонов.

Для создания высокопористой структуры ячеистых бетонов применяются
способы газообразования; пенообразования аэрации и сухой минерализации
пены; комбинированные способы.

Способ газообразования.

Сущность этого способа заключается в том, что газы, выделяющиеся при
взаимодействии газообразователей, вводимых в формовочную массу, между
собой, с минералами цементного клея или при их разложении в щелочной
среде равномерно поризуют формовочную смесь, обладающую определенны-
ми вязкостью и сроками схватывания. При этом основным условием получе-
ния качественной пористой структуры бетонов является совмещение процес-
сов окончания вспучивания смеси и начала ее схватывания с целью фиксации
полученной структуры материала. Газовый способ применяется также для
производства ячеистой керамики, ячеистого стекла и других высокопористых
материалов. В качестве газообразователей можно использовать алюминиевую
и цинковую пудру, перекись водорода, ферросилиций + пудра, кремнеалюми-
натный сплав, КОЖ136-41 или их комбинации и другие вещества. Газообра-
зователи должны отвечать следующим требованиям: они должны выделять
газ равномерно и как можно в большем объеме при необходимой температуре,
сохранять стабильными свои свойства при хранении и транспортировании, не
оказывать негативного влияния на схватывание, твердение материала и его
свойства, а также на рабочих, быть доступным и недорогим.

Для получения ячеистых бетонов в качестве газообразователя применяют
в основном алюминиевую пудру ПАП-1 и ПАП-2 (пудра алюминиевая пиг-
ментная). Количество ее определяется расчетом. Она должна содержать
87…98% активного алюминия, иметь высокую удельную поверхность
(6000…8500 см²/г). Частицы пудры имеют форму лепестков с диаметром
20…50 мкм и толщиной 1…3 мкм, поверхность которых покрыта тонким
слоем парафина или стеарина. Это мешает образованию однородной водной
алюминиевой суспензии. Поэтому перед применением пудру необходимо
прокаливать в печах при температуре равной или менее +200ºС или исполь-
зовать совместно с ПАВ. При прокаливании пудры парафиновая пленка сго-
рает, а поэтому она приобретает способность образовывать с водой однород-
ную суспензию. Но при этом часть алюминия окисляется, что снижает хи-
мическую активность пудры на 10…15%. Кроме того, при прокаливании пуд-
ра может воспламениться, а поэтому прокаливать ее следует медленно и ос-
торожно. Общая продолжительность процесса 8 ч, а выдерживание при мак-
симальной температуре 4…5 ч.

Более удобным и технологичным является способ получения однородной
водной алюминиевой суспензии с добавлением в композицию ПАВ (5% от
массы пудры). ПАВ снижает поверхностное натяжение воды, что способст-
вует хорошему смачиванию частиц пудры и образованию однородной суспен-
зии. Лучше использовать алюминиевую пасту, которую получают смешива-
нием алюминиевой пудры с водным раствором, например, сульфанола (в 1 л
раствора содержится 25 г сульфанола). При взаимодействии пудры с Са(ОН)₂,
который образуется в процессе взаимодействия силикатов цемента с водой
или же специально вводится в формовочную массу образуется водород:

2Al + 3Ca(OH)₂ + 6H₂O = 3CaO · Al₂O₃ · 6H₂O + 3H_2.

Интенсивность реакции зависит от степени дисперсности пудры и чис-
тоты поверхности ее частиц, температуры и щелочности среды (35…45ºС).
Чем больше удельная поверхность пудры, чище поверхность ее частиц, выше
температура смеси (в определенных пределах) и ее щелочность, тем полнее
протекает реакция и больше выделяется газа. Скорость газовыделения можно
замедлять (Например, при снижении температуры смеси или введении в
нее азотной кислоты) и увеличивать путем введения в массу NaOH(0,5% Ц),
молотого угля, ферросилиция или вибрации смеси.

NaOH также взаимодействует с алюминиевой пудрой и при этом выде-
ляется дополнительное количество водорода:

2Al + 6NaOH + nH₂O = 3Na₂O · Al₂O₃ · nH₂O + 3H₂.

При вибрировании смеси происходит непрерывное обновление поверхности
соприкосновения реагирующих веществ, что способствует ускорению процес-
са газовыделения.

Возможно в качестве газообразователя использование перекиси водорода
(пергидроля), который в щелочной среде и при нагревании выделяет кисло-
род:

2H₂O₂ → 2Н₂О + О₂.

Но этот газообразователь практически не используется по следующим причи-
нам:

1) При хранении перекись водорода не сохраняет свои свойства пос-
тоянными. При воздействии на пергидроль солнечных лучей и теп-
ловой энергии или при соприкосновении с металлами (кроме алю-
миния) он разлагается. Поэтому хранить его следует в прохладном
месте и перевозить в алюминиевой или стеклянной таре;

2) При попадании на кожу человека пергидроль может вызвать ожоги,
а поэтому при работе с ним надо соблюдать соответствующие меры
предосторожности (использовать спецодежду, защитные очки, ре-
зиновые перчатки и сапоги).

Недостатки способа газообразования:

1) Получается неоднородная по высоте пористая структура бетона с
большим объемом сообщающихся пор (до 50%);

2) Алюминиевая пудра сравнительно дорогая, пожаро и взрывоопас-
ная;

3) Имеет место определенная технологическая сложность при исполь-
зовании пудры для приготовления газобетона (специальный поря-
док введения пудры в смесь при ее перемешивании, смесь должна
иметь строго требуемую температуру и достаточную щелочность,
неуправляемость процессом газовыделения после введения пудры
в смесь).

Способ пенообразования, аэрации или сухой минерализации пены.

В этом случае пористая структура ячеистого бетона (пористость до 90%)
получается в результате смешивания формовочной массы с заранее приго-
товленной технической пеной или же сухой минерализации пены, или при
интенсивном перемешивании смеси " формовочная масса плюс раствор пено-
образователя ".Полученная структура материала фиксируется за счет схваты-
вания и затвердевания вяжущих веществ.

Одним из главных компонентов смеси при таком способе порообразова-
ния является пена. Пена – это двухфазная система, состоящая из жидкой и
газообразной фаз. Пена – это грубодисперсная высококонцентрированная
система, в которой дисперсная фаза – газ, дисперсионная среда – жидкость в
виде тонких пленок. Если концентрация газа невелика, то пузырьки газа
имеют шарообразную форму и свободно перемещаются в жидкости. Такую
массу еще нельзя назвать пеной. К собственно пенам относится система с
содержанием воздуха до 99% и выше, ячейки которой представлены много-
гранниками разных форм и различных размеров (рис.   )

рисунок

Для получения пены применяют специальные пенообразователи – поверх-
ностно-активные вещества, придающие воде способность при интенсивном
перемешивании превращаться в пену. Физическая сущность этого процесса
заключается в следующем. Молекулы воды связаны друг с другом силами
взаимного притяжения. Каждая молекула воды внутри жидкости находится
в состоянии равновесия. На поверхности жидкости, т.е. на границе раздела
фаз жидкости и воздуха, это равновесие сил нарушается, так как молекулы
тонкого поверхностного слоя не испытывает воздействия сил молекулярного
притяжения со стороны воздуха. В результате образуется тонкий поверхност-
ный слой воды, обладающий свободной поверхностной энергией, которая
характеризуется поверхностным натяжением и оказывает существенное дав-
ление на внутренние слои жидкости. Под воздействием этого давления из
воды вытесняются любые, попадающие в нее микрообъемы воздуха. Добав-
ление же к воде пенообразователя снижает величину поверхностного натяже-
ния воды, а следовательно и силу ее сжатия поверхностным слоем. Благодаря
этому при взбалтывании композиции " вода + пенообразователь " образуется
пена. Давление воздуха в ячейках пены больше атмосферного, поэтому пленки
жидкости, образующие оболочки вокруг воздушных ячеек, находятся в рас-
тянутом состоянии. В соответствии с формулой Лапласа:

АР= 2δ/r_, чем меньше  размеры  воздушных

ячеек, тем больше в них давление воздуха, тем устойчивее пена. Качество
пенообразователя характеризуется его пенистостью, а пены – пеноустойчи-
востью. Пенистость характеризует выход пены. Она определяется кратностью
пены, т.е. отношением объема полученной пены из 1 кг пенообразователя
15..20 л). Пеноустойчивость определяется сохранением ячеистой структуры
во времени, например, величиной оседания столба пены в единицу времени
(час – не более 10 мм). Пенистость и пеноустойчивость зависят от вида и
концентрации пенообразователя. Добавляя к пенообразователю активаторы и
стабилизаторы, можно значительно повысить как пенистость, так и стабиль-
ность пены. В качестве активаторов пенообразования можно использовать
более эффективные пенообразователи, а в качестве стабилизаторов пены
клеи, жидкое стекло, протеин, латекс СКС-65ГП и другие вещества. Основные
требования к пенообразователям:

1) При небольших концентрациях резко снижать поверхностное на-
тяжение воды и образовывать большое количество стабильной
пены;

2) Не оказывать негативного влияния на сроки схватывания формо-
вочной массы, на процесс твердения вяжущего и не снижать проч-
ности материала;

3) Сохранять стабильными во времени свои свойства;

4) Быть не токсичными, не оказывать вредного влияния на рабочих;

5) Быть недефицитными и дешевыми.

Смолосапониновый и клееканифольный пенообразователи менее эффек-
тивны, так как незначительно снижают поверхностное натяжение воды (с 74
до 50 мН/м), не сохраняют стабильными во времени свои свойства, сложны
в приготовлении. Лучшими являются синтетические пенообразователи:
прогресс, поток, ТЭАС, ТЭАС-М, сампо, каскад-1,2, морпен, новостром, нео-
пор, унипор, ПО-6к, ПО-3к и другие. Они снижают поверхностное натяжение
до 27…35 мН/м.

Положительные стороны способа пенообразования:

1) В пенобетоне больше замкнутых пор, меньше водопоглощение,
более однородная структура;

2) Пенообразователи не опасны в обращении, дешевле алюминиевой
пудры;

3) Пенная технология бетона проще, не требует специального режи-
ма введения порообразователя в смесь, тепловой энергии для
подогрева смеси, форм и создания дополнительной щелочности
среды.

В то же время метод пенообразования в чистом виде более капризен по
сравнению с газовым, что связано с проблемой устойчивости пен и оседания
пенобетонной массы. Чтобы исключить это негативное явление, требуются
такие пенообразователи, которые образовывали бы повышенное количество
высокостабильной технической пены, а частицы твердой фазы имели бы не-
большую плотность и как можно меньший размер (менее 70 мкм). К тому же,
существующие пенообразователи негативно влияют на процессы схватывания
и твердения вяжущих веществ, прочность и долговечность материала. Кроме
того, для получения однородной пеномассы требуется повышенное количество
воды, что также отрицательно сказывается на прочности пенобетона.

Комбинированный способ формирования пористой
структуры ячеистых бетонов.

При комбинированном способе формирования пористой структуры
ячеистых бетонов в формовочную массу вводят пено и газообразователи на
разных этапах технологического процесса. Например, для получения ячеис-
того бетона с средней плотностью 200 кг/м³ на этапе мокрого помола песка
в состав массы вводят ПАВ в количестве 0,015…0,03% от массы песка, что
обеспечивает насыщение шлама мельчайшими пузырьками воздуха. ПАВ
используется также при приготовлении алюминиевой суспензии, которая
вводится в формовочную массу при ее перемешивании. В целом это позволяет
получать ячеистый бетон с очень высокой пористостью.

К комбинированному относится и способ насыщения пеномассы воз-
духом при ее интенсивном перемешивании под давлением 0,7 Мпа и более,
потому что количество растворенного в воде воздуха прямопропорционально
его давлению.

В итоге, варьируя видом и концентрацией пенообразователя, видом и
удельной поверхностью минерального компонента, В/Т, давлением воздуха
в смесителе, режимом перемешивания смеси можно надежно получать пе-
номатериалы с содержанием воздуха до 92% и высокими характеристиками.

Материалы для изготовления ячеистых бетонов.

В качестве вяжущего для автоклавных бетонов следует применять:

— портландцемент и шлакопортландцемент марки 400, соответствующие
ГОСТ 10178. Не допускается применение цемента с добавкой трепела,
глиена, трассов, глинита, опоки, пепла.

Для неавтоклавных ячеистых бетонов необходимо использовать
цементы более высоких марок, высокоактивные композиционные
вяжущие с удельной поверхностью 5…6 тыс. см²/г, ультратонкими
наполнителями и суперпластификаторами;

— известь кальциевую не ниже 3 сорта, удовлетворяющую
требованияГОСТ 9179, с содержанием CaO + MgO не менее 70%,
пережога неболее 2%, скоростью гашения 5…15 минут, удельной
поверхностью 5,5…6 тыс. см²/г;

— цементно-известковое вяжущее;

— известково-белитовое вяжущее с содержанием свободной СаО
35…45% и двхкальциевого силиката – не менее 30%. Удельная поверх-
ность должна быть 4…5 тыс. см²/г. Время гидратации вяжущего долж-
но быть 8…20 минут;

— шлаковые вяжущие получаемые путем помола до удельной поверх-
ности не менее 5 тыс. см²/г доменного гранулированного шлака сов-
местно с активизаторами твердения, удовлетворяющего требованиям
ГОСТ 3476. Он не должен содержать закиси марганца более 1,5%,
сульфидной серы более 0,1%. Модуль активности для основного и
нейтрального шлака должен быть не менее 0,4 , а модуль основности
не менее 0,9. Влажность шлака не должна превышать 15%.

Возможно введение активизаторов твердения непосредственно в
формовочную массу с водой, например, при применении шлакощелоч-
ного вяжущего (NaOH, Na₂CO₃, Na₂SiO₃ и др.);

— высокоосновное зольное вяжущее (зола от сжигания горючего сланца,
каменного и бурого угля) с содержанием СаО не менее 30% ( в т.ч.
свободной СаО 15…25%), SiO₂ – 20…30%, SO₃ – не более 6% и сум-
мы К₂О + Na₂O – не более 3%. Удельная поверхность должна быть
3…3,5 тыс. см²/г.

Возможно применение и других вяжущих, позволяющих получать ячеис-
тые материалы хорошего качества.

Рекомендуемый состав вяжущих приведен в таблице.

Таблица

Состав вяжущих.

В качестве кремнеземистого компонента рекомендуется применять:

— кварцевый песок, соответствующий ГОСТ 8736 с содержанием квар-
ца не менее 85%, слюды не более 0,5%, илистых и глинистых при-
месей не более 3% и не более 1% глинистых примесей типа монт-
мориллонита. Применение других песков обосновывается путем их
испытаний;

— тонкодисперсные вторичные продукты обогащения руд, содержа-
щие SiO₂ не менее 60%, железистых минералов не более 20%,
сернистых соединений в пересчете на SO₃ не более 2%, щелочей
в пересчете на Na₂O не более 2%, пылевидных, глинистых частиц
не более 3%, слюды не более 0,5%. Удельная поверхность песка и
тонкодисперсных вторичных продуктов обогащения руд должны
устанавливаться опытным путем в зависимости от требуемой
средней плотности ячеистого бетона и способа формирования его
структуры. Чем больше удельная поверхность кремнеземистого
компонента, тем меньшую среднюю плотность ячеистого бетона
можно достичь;

— кислая зола-унос ТЭС с электрофильтров от сжигания углей должна
иметь стекловидных и оплавленных частиц не менее 50%. Потери
при прокаливании должны быть не более 3% для золы бурых углей
и не более 5% для золы каменных углей. Удельная поверхность
зол бурого угля – не менее 4 тыс. см²/г, а зол каменноугольных
не более 5 тыс. см²/г. Зола должна выдерживать испытания на
равномерность изменения объема;

— карбонатные породы с удельной поверхностью 2,5…5 см²/г в ко-
личестве 20…30% от массы цемента, в том числе карбонатный
шлам, содержащий CaO + MgO 80…85%, Fe₂O₃ + Al₂O₃ – 5…15%,
удельная поверхность 4,5…6 см²/г.;

— волокнистые материалы – асбест 5 и 6 сортов (ГОСТ 12871), хи-
мические волокна-заменители асбеста (полиакрилнитрильные,
поливинилспиртовые), полимерные волокна и другие;

— вода, порообразователи (см. гл.    );

— химические добавки и ПАВ, применяемые для пластификации
смеси, регулирования процессов структурообразования, нарастания
пластической прочности и ускорения твердения бетона:

гипс двухводный (ГОСТ 4013), К₂СО₃ (ГОСТ 4221), Na₂CO₃ (ГОСТ
5100), жидкое стекло (ГОСТ 13078), тринатрийфосфат (ТНФ)
(ГОСТ 201), суперпластификатор С-3 (ТУ-14-625) и другие, NaOH
(ГОСТ 2263), Na₂SO₄ (UJCN 21458).

Проектирование состава ячеистого бетона.

Состав ячеистого бетона проектируют в соответствии с ГОСТ 27006 и
СН-277-80.

Исходными данными для проектирования являются средняя плотность
бетона в сухом состоянии, прочность, вид вяжущего, кремнеземистого ком-
понента и порообразователя, условия твердения, коэффициент вариации по
прочности на сжатие, требования по долговечности (морозостойкость).

Сначала определяют характеристики исходных материалов. Проектиро-
вание состава ведут с обеспечением бетону среднего уровня прочности, кото-
рый рассчитывается с учетом заданного коэффициента вариации прочности
(см. гл.   ). Если коэффициент вариации прочности не задан, то его принимают
равным 17%.

В зависимости от вида, состава вяжущего и условий твердения бетона
по табл.    Принимают исходное значение " С ", представляющее собой отно-
шение массы кремнеземистого компонента к массе вяжущего.

Таблица

Исходные значения " С ".

Примечание: в таблице значения "С" указаны для извести, содержащей 100%
СаО. В зависимости от реальной активности извести "Ар" значения "С" сле-
дует умножать на величину Ар/100.

Для цементно-известкового вяжущего или известково-цементного вя-
жущего "С" рассчитывается по формуле:

С_см= С_ц· n + С_и (1-n),

где С_ц и С_и – отношение массы кремнеземистого компонента соответст-
венно к массе цемента и извести;

n – доля цемента в вяжущем ( по табл.   ).

Расход материалов на один кубометр ячеистобетонной смеси рассчиты-
вают по формулам:

ρ_с^сух

                                         Мсух=                    ,  М_вяж= М_сух/1 + С;

         К_с

М_ц= М_вяж · n ;       М_и= М_вяж - М_ц;

М_кр= М_сух – М_ц – М_и;

М_в= М_сух· В/Т;  М_пор= П_ор/£К;

ρ_с^сух

                                         П_ор= 1 -                     (W + B/T),

                                                            К_с

где М_сух – масса всех компонентов бетона в сухом состоянии;

ρ_с^сух – средняя плотность ячеистого бетона в сухом состоянии;

К_с – коэффициент, учитывающий увеличение массы сухой смеси за счет
присоединения химически связанной воды, принимается равным 1,1;

М_вяж – общая масса вяжущего на 1 м³ бетона;

М_ц, М_и, М_кр, М_в, М_пор – расходы цемента, извести, кремнеземистого ком-
понента, воды и порообразователя на 1 м³ бетона;

П_ор – пористость ячеистого бетона в долях единицы;

₤ – коэффициент, учитывающий степень использования порообразовате-
ля, принимается равным 0,85;

К – коэффициент выхода пор. К=1390 л/кг для алюминиевой пудры при
температуре 40ºС. К=18…20 л/к в случае применения пенообразователей;

W – удельный объем сухой смеси. Определяется экспериментально по
формуле:

1+В/Т

                                             W=                      - В/Т    ,

ρ_c^р

ρ_с^р – фактическая средняя плотность растворной смеси.

Если эксперимент выполнить не представляется возможным, то W можно
принимать по табл.

Таблица

Значения W для предварительного расчета состава ячеистого бетона.

Водотвердое отношение назначается для каждого состава смеси с учетом
ее текучести и температуры (табл.    ), которые определяются опытным путем.

Таблица

Данные о текучести растворной смеси.

Таблица

Данные о температуре растворной смеси.

продолжение Таблицы

Если эксперименты выполнить невозможно, то значения В/Т принимают-
ся равными 0,3…0,4 при ударном и вибрационном способах формирования
изделий, 0,5…0,6 – при литьевом способе формирования.

В дальнейшем рассчитанный ориентировочный состав ячеистобетонной
смеси уточняется опытным путем в лабораторных и производственных усло-
виях. Окончательно состав формовочной массы устанавливается после его
производственных испытаний и соответствующей корректировки.

Из ячеистого бетона можно изготавливать следующие виды изделий:

Рекомендуем посмотреть лекцию "Технологический процесс и факторы размещения".

— Панели стеновые наружные бетонные и железобетонные для жилых
и общественных зданий (ГОСТ 11024);

— Панели из автоклавных ячеистых бетонов для внутренних несущих
стен, перегородок и перекрытий жилых и общественных зданий
(ГОСТ 19570);

— Панели стеновые внутренние бетонные и железобетонные для жи-
лых и общественных зданий (ГОСТ 12504);

— Панели из автоклавных ячеистых бетонов для наружных стен
зданий (ГОСТ 11118);

— Блоки из ячеистых бетонов стеновые мелкие (ГОСТ 21520);

— Изделия из ячеистых бетонов теплоизоляционные (ГОСТ 5742).