Развитиестроительства жилья повышенной комфортностипредполагает создание более эффективныхпо сравнению с традиционными строительныхматериалов и новых конструкций с улучшеннымитеплотехническими свойствами.

  Однимиз наиболее перспективных направленийрешения этих задач является изготовлениестеновых материалов с использованиемнеавтоклавных ячеистых бетонов. Пенобетонкак разновидность таких бетонов получилширокое распространение в развитых странахЗапада, а в последнее время активно внедряетсяв нашей стране.

  Цельюнаучно-прикладных исследований, проводимыхна кафедре «Строительные материалы»Сам-ГАСА, является изучение вопросовстабилизации пен тонкодисперсными минеральнымиматериалами, влияния поверхностных иэлектрокинетических явлений на процессыформирования композиционных материалов,разработка технологических решений повнедрению в производство наполненныхпенобетонов и многослойных конструкцийс их использованием.

  Согласноположениям коллоидной химии, пены представляютсобой дисперсные системы газ-жидкость,аналогичные по реологическим свойствами структуре высококонцентрированнымэмульсиям. Они лиофобны. Объем дисперснойфазы (воздух) значительно превышает объемдисперсионной среды.

  Каркаспены состоит из практически плоских жидкихпленок, являющихся стенками ячеек. Там,где сходятся три пленки, образуются ребрапузырька, в которых жидкость обладаетсильно вогнутой поверхностью. В этихместах жидкость имеет пониженное давление,что вызывает ее отсасывание из плоскихчастей каркаса пены в вогнутые. В результатеэтого в пленках пены возникает течениежидкости, направленное к ребрам, что обусловитсамопроизвольное утончение пленок иснижение стойкости пен в целом [1].

  Привведении в качестве минеральных стабилизатороввяжущих веществ происходит затвердеваниепены и превращение ее в высокопористыйкамень -- пенобетон. Объем, размер, конфигурацияпор определяются видом пенообразователя,кратностью вспенивания и устойчивостьюпены. Каркас и стенки пор обеспечиваютпрочность, жесткость, упругость, трещиностойкость,т. е. необходимый комплекс физико-механическихсвойств пенобетона как строительногоматериала.

  Увеличениекратности вспенивания способствует,с одной стороны, повышению общей пористостии

  Таблица1

  соответственноувеличению теплового сопротивления пенобетона,а с другой -- нерегулируемое утончениестенок пор приводит к ухудшению прочностныхи деформативных характеристик.

  Вэксплуатационных условиях вследствиеэтого резко повышается теплопроводность,снижается тепловое сопротивление ограждающейконструкции при потенциально высокихтеплотехнических характеристиках материала.

  Нанаш взгляд, такая нестабильность свойствсдерживает внедрение в практику строительствамногослойных стеновых конструкций, длякоторых, как правило, характерны высокаяструктурная неоднородность и отсутствиехимического подобия в составах отдельныхслоев и, как следствие, их пониженнаядолговечность.

• основополагающими при решении этой проблемы могут служить следующие положения:
• упрочение цементной матрицы достигается переводом ее из объемной фазы в пленочную (структурированную), а также уменьшением числа посторонних включений и продуктов новообразований, несоизмеримых с толщиной прослойки цементного клея;
• улучшение макро- и микропористой структуры возможно за счет снижения  ранговости пор  и уменьшения их размера при одновременной структурной однородности всех составляющих пенобетона.

  Обеспечитьтребуемые условия можно рациональнымвыбором пенообразователей и минеральныхстабилизаторов, а также параметрами вспениванияи твердения пенобетона.

Предыдущимиисследованиями авторов было установлено,что традиционные органические пенообразователипригодны в основном для получения малопрочныхтеплоизоляционных бетонов [2]. Современныепенообразователи типа ПО-бк и «Унипор»(табл1.) обеспечивают высокую кратностьвспенивания, но без стабилизации_ минеральнымивеществами проявляют склонность к распадуи потере негативной устойчивости.

  Долговечностьтаких лиофобных систем, как пены, можетбыть повышена за счет увеличения силотталкивания внутри пленки пены или эффектов,экранирующих притяжение.

  Нашимиисследованиями установлено что при стабилизациипен минеральными материалами существеннароль знака и величины электрическогозаряда поверхности отдельных частицстабилизатора. В качестве величины, характеризующейэлектрические свойства, принят электрокинетический потенциал. При стабилизации пены веществамис одноименными знаками заряда поверхности(рис. 1 а, б), при сближении их на расстоянии/< 10~6 м между частицами будет наблюдатьсяэлектростатическое отталкивание. Приэтом частицы стабилизатора стремятсярастянуть пленку, что приведет к устойчивостипены и снижению усадки пенобетонной смеси.__' В случае применения минеральных стабилизаторов,имеющих противоположно заряженные поверхности(рис. 1 в), будет наблюдаться одновременноепритяжение и отталкивание, в результатечего происходит сжатие пленки пены иодновременно ее упрочение. На стабилизирующийэффект помимо величины электрокинетическогопотенциала минерального стабилизатора,крупности его частиц оказывает _влияниевид и  концентрация пенообразователяв жидкой фазе.

  Выборомсоответствующих материалов можно направленнорегулировать величину потенциала. Пенообразователипри изготовлении пенобетонной смесиобволакивают минеральные частицы, создаютэкранирующий эффект и снижают величинупотенциала поверхности [3]. В качествеиллюстрации ниже приведено несколькопримеров:

портландцементс удельной поверхностью   3000 см²/г  имеет электрокинетический потенциал,равный -12,5 мВ, с удельной поверхностью    5000 см²/г     ----4,6 мВ, послеобработки 5 %-ным раствором «Унипор» соответственно--7,9 мВ и --8,2 мВ;

      опокас удельной поверхностью2500 см²/г   имеет    потенциал(-8,1 мВ), с удельнойповерхностью 4000см²/г - (-10,2 мВ),послеобработки 5 %-ным раствором «Унипор» соответственно-5,7 мВ и -6,3 мВ.

Другим фактором_агрегативной устойчивости служит адсорбционно-сольватныйюарьер, препятствующий сближению частицдруг с другом, Наблюдается взаимосвязь:увеличение заряда и потенциала поверхностиспособствует развитию сольватных оболочеки адсорбции стабилизатора. Исследованиебольшой группы минеральных стабилизаторовразличной природы, активности и степениизмельчения показало, что больше всегона скорость оседания пены влияет размерчастиц и их плотность. Высоким стабилизирующимэффектом будут обладать высокодисперсныемикропористые наполнители. Наиболеедешевыми и распространенными среди нихявляются отходы -- шламы, образующиесяна промышленных предприятиях при водоподготовкеи водоумягчении [4].

  Воснове их образования лежат физико-химическиепроцессы, аналогичные процессам гидратациицементного клинкера на ранних этапахего твердения (растворение, коагуляция,осаждение- адсорбция, электростатическоевзаимодействие и т. д.), а продукт осажденияпредставляет собой микродисперсную систему,в которой твердая фаза -- минеральныемикрочастицы, а дисперсионная среда --вода.

  Типичныйпредставитель таких отходов -- экологическичистый карбонатный шлам Самарской ТЭС.Он содержит 80-85 % CaO+MgO, 5-15 % Ре₂Оз+А1₂Оз;имеет удельную поверхность, равную 4500-6000см²Д; его пористость составляет59--65 %. а размер пор -- от 5 до 18 нм. Генетическаяструктура характеризуется комплексом,в центре которого находится минеральноеядро, а на периферии -- слои адсорбционно-связаннойводы. Адсорбционная емкость шлама составляет30496 10"⁶ г (для сравнения, у цемента--1435210"⁶ г). Важным показателем способностишламов к самоорганизации является большойобъем пленочной воды (0,16), в то время каку цемента этот показатель не более чем0,03 [5].

  Этоуказывает на высокую степень химическогои структурного подобия шламов и цементов,которое значительно меньше у цементови минеральных наполнителей (молотый кварцевыйпесок, опока и т.д.), полученных механическимизмельчением.

  Воздействиешлама на структуру и свойства пенобетонамногоцелевое: снижение плотности за счетсобственной микропористости, дисперсноемикроармирование стенок пор, увеличениеадсорбционно-связанной воды, пластичностии кинетической устойчивости. Свойствапенобетонов, наполненных шламами, приведеныв табл. 2.

Большоевлияние на усадку пенобетонной смесипри постоянном расходе цемента оказываетстепень наполнения пены""минеральныммикронаполнителем, количество которогоможёт изменяться в пределах 5--20 %. Доказано,что наилучший эффект достигается приводо-твёрдом отношении 0,8--1,2 и карбонатномили комбинированном стабилизаторе (карбонатныйшлам и базальтовое волокно). Многочисленныеопыты показали, что кратность вспенивания5-6 вполне достаточна_ для получения пенобетоновплотностью 400^500 кг/м3 и более. Исследованиямиустановлено, что пенобетон хорошо сцепляетсяс тяжелым и легким бетоном, что дает возможностьизготовления многослойных конструкцийс легко регулируемыми плотностью и прочностью.Основным фактором теплотехнической надежноститакой конструкции является многоуровневаяструктурная однородность отдельных слоеви композиции в целом. Она определяетсяразмером и формой пор, прочностью межпоровыхперегородок, сбалансированным объемоммакро- и микроструктуры (табл. 2).

Строительныематериалы 8/2000