АА АХУНДОВ, д-р техн, наук, профессор, ОАО «ВНИИСТРОМ»,

      В,И. УДАЧКИН, канд, техн, наук, ООО «Строминноцентр XXI» (Москва)

      Перспективы совершенствования технологии пенобетона

      Одним из решающих направлений повышения физико-механических показателей пенобетона кроме известного приема вводить и состав массы различные химические и армирующие добавки но нашему мнению, является необходимость использования для получения пенобетона пены с чрезвычайно микроскопическими порами и высокой кратностью. В этом направлении в ОАО «ВНИИСТРОМ» достигнуты определенные результаты [1).

      * Для наглядности микропористый пенобетон в какой-то степени можно сравнить с пенопластом. Пенопласт прежде всего за счет микроскопических пор имеет хорошие физико-технические показатели. Мы считаем, что при производстве пенобетона применение пены с микроскопическими порами и при высокой степени помола сырьевых компонентов, а также ряд других мероприятий могут приблизить показатели пенобетона к показателям пенопласта.

      Прежде всего на развитие производства пенобетона существенное влияние оказало изменение концепции в строительном производстве -переход на малоэтажное строительство, сокращение объема крупнопанельного строительства, известные повышения требований к теплозащитным свойствам ограждающих конструкций зданий и сооружений, переход к рыночным условиям хозяйствования и в связи с этим развитие частного предпринимательства. Можно отметить, что эти факторы создали объективные условия для развития производства пенобетона.

      В настоящее время стоимость I м³ изделий из пенобетона на 30-50% ниже, чем стоимость аналогичных изделий из газобетона, а стоимость единичной мощности оборудования для пенобетона в несколько раз ниже, чем для газобетона. Набор комплекта оборудования дли пенобетона позволяет создавать мощность от 3 до 20тыс. м-¹ в год, что благоприятствует бизнесу современного начинающего предпринимателя.

      Среди отмеченных недостатков физико-технических свойств пенобетона существенное место занимают высокие показатели усадки этого материала. Поэтому в данной статье приводится анализ природы усадочных явлений в производстве пенобетона и некоторые результаты работ по улучшению этих показателей.

      Согласно ГОСТ 25485-89 «Бетоны ячеистые. Технические условия» усадка при высыхании неавтоклавных пенобетонов не должна превышать 3 мм/м. Такая величина влаж-ностной усадки приводит к образованию трещин. Это прежде всего касается крупноразмерных изделий, монолитных стен и покрытий. Систематические многолетние натурные обследования пенобетонов, проводившиеся под руководством Е.С. Силаенкова [2], показали, что ширина раскрытия трещин доходит до 3--5 мм.

      Анализируя существующие положения, усадку в бетонах можно разделить на две составляющие: первая  - усадка,  обусловленная

      давлением поды в капиллярах цементного камни при w испарении, и вторая - за счет действия физико-химической контракции.

      Для понимания причин усадки пеаитоклашюго пенобетона и результате происходящих физико-химических процессов целесообразно руководствоваться данными В.В. Михайлова, который предлагает разделить этот процесс на три основные стадии 131:

• на первой стадии клинкерные минералы после контакта с водой интенсивно диспергируются, образуя цементный гель;
• на второй стадии гель пресыщается, и в нем начинают выкристаллизовываться новообразования. При этом объем кристалловв 2,2 раза меньше объема геля. Процесс сопровождается образованием контракционных пустот (пор), а сам процесс называется контракцией;
• в теории расширяющегося цемента определяющей  является третья стадия. Гидросульфоалю-минаты кальция как добавка-модификатор сосредоточиваются на поверхности стенок новообразований в контракционных порах.

  Гидросульфоалюминаты кальция после гидролиза интенсивно гидратируют с образованием игольчатых кристаллов, наиболее характерным из которых является эттрингит. Сосредоточение игольчатых кристаллов, заполнивших контракционные поры, сопротивляется усадке цементного камня в момент перехода его из пластичного в упругое состояние. 
  

      Убедительные данные и поддержку контракционной теории малоусадочного пенобетона получены при помощи электронно-микроскопического анализа (ЭМА). Исследования проводили на растровом электронном микроскопе «JSM - 35cF» фирмы «Джеол» (Япония). Параметры съемки: ускоряющее напряжение HV=l5 кВ, расстояние от образца до детектора WD -- 15 мм, диафрагма = 2, экспонирование образца = 100 с. Поверхность скола образца напылялась медью ВУП-1 в вакууме 1,10 мм рт. ст. Затем образец визуально просматривался при различных увеличениях в интервале 250-10000 раз, типичные и характерные участки фотографировались.

      В качестве объекта исследований использован неавтоклавный пенобетон с сульфоалюминатной добавкой типа «Алак», которая производится на подольском заводе «Цемдекор».

      На рис. 1 показаны микрофотографии процесса гидратации малоусадочного пенобетона. Из фотографии . видно, что в первые 15 мин гидратации наблюдается образование мелкодисперсных фаз. Появились первые «реснички» этгрингита на добавке.

      Далее эттрингит заметно растет на добавке. Мелкодисперсная фаза увеличивается. В концентрированных местах скопление эттрингита образует конгломерат с соединениями С4АН13 (рис. 1а).

      После 60 мин эттрингит увеличивается в размерах до 3--4 мкм. Видоизменяется поверхность клинкера. Наблюдается резорбция кварца. В растворе много мелкодисперсной фазы (рис. 16).

      На 7-е сутки гидратации увеличиваются гидросульфоалюминаты кальция всех типов. Наблюдаются переплетение кристаллов эттрингита и других алюмосиликатов. Алит гидратирован почти полностью. Видно, что контракционные поры почти полностью заполнены игольчатыми кристаллами, которые в начальные сроки твердения частично компенсируют усадку цементного камня (рис. 1в). Проведенные исследования и выработанная гипотеза позволили осуществить технологический эксперимент. Неавтоклавный пенобетон был Изготовлен из цемента марки ПЦ-5Л0 DO, пескя речного мытого с модулем крупности Мк=1,1. пенообразователя «Пеностром-М». В качестве добавки модификатора использовали модификатор «Алак» и сульфоалюминатный цемент Пашийского металлургичес-ко - цементного завода. В цементе меняли соотношение оксида алюминия и сульфат-иона. Рабочая плотность пенобетона -- 700 кг/м3. Суммарное количество добавки составляет от 3 до 10% от массы цемента. Результаты экспериментов представлены в форме технологических номограмм.

      На рис. 2 показаны технологические номограммы зависимости времени конца твердения цементных паст от содержания смеси активного оксида алюминия и сульфат-иона. Естественно предположить, что добавка сульфо-алюминатного типа в составе сырьевой смеси проявится как регулятор (ускоритель) твердения, так и в качестве компенсатора усадки пенобетона. что и подтвердили эксперименты.

      Прямые лабораторные и поисковые определения усадки пенобетона, выполненные по стандартным методикам, приведены в таблице.

      Предельное количество модификатора, вводимого в состав пенобетонной смеси, соответствует расчетному объему контракционных пор, то есть 6-- 10% от объема бетона.

      Реальными поставщиками добавок-модификаторов в промышленных объемах являются Пашийский металлургическо-цементный завод (Пе41мская_об_л.), который производит высокоглиноземистый и сульфоалюминатный цементы.

      Завод в состоянии оперативно корректировать химический состав отпускаемого цемента в соответствии с заказом потребителя.

      В Российской Федерации есть цементные заводы, выпускающие цементы, которые пригодны для производства малоусадочного бетона без использования добавок. К этой группе заводов относятся Пикалевский цементный завод (Ленинградская обл.), Ангарский цементный завод (Иркутская обл.), Пашийский металлургическо-цементный завод и др.

      В Иркутске построен микрорайон «Радужский», состоящий из 12-этажных домов, рассчитанных на эксплуатацию при 8-балльном сейсмическом воздействии.

      Приведенные данные не исчерпывают всех инженерных способов компенсации усадки, а показывают наиболее реальное техническое направление, пригодное для масштабного использования в стройиндустрии Российской Федерации.

      Список литературы

      Патент Российской Федерации № 2173675.

      Силаенков Е.С. Долговечность изделий из ячеистого бетона. М.: Стройиздат. 1986. С. 1-4. Михайлов В.В., Литвер С.Л. Расширяющийся и напрягающий цементы и самонапряженные железобетонные конструкции. М.: Стройиздат. 1974, 312 с. 

      Строительные материалы 3/2002