Как уже отмечалось, снижение средней плотности ячеистобетонных изделий и конструкций не должно сопровождаться ухудшением прочностных и эксплуа­тационных показателей. В связи с этим снижение средней плотности предполагает необходимость прежде всего решения вопроса повышения прочностных пока­зателей как за счет увеличения прочности силикатного камня (межпорового материала), так и в результате улучшения качества пористой структуры материала.

В соответствии с приведенными ранее формулами [см. формулы (2)-(4)] повышение прочности силикатно­го камня может быть достигнуто за счет:

Повышения гомогенности ячеистобетонной смеси (К);

Обеспечения синтеза при гидротермальной обработ­ке рационального состава цементирующих новообразо­ваний (C/S) путем повышения химической активности кремнеземистого компонента и регулирования пара­метров автоклавной обработки (t°C H'Q;

Применения эффективных способов формирования

Оптимизация состава сырьевой смеси в зависимости от химической активности и зернового состава кремне­земистого компонента.

Однако трудно ожидать, что какое-то еще не прове­ренное соотношение компонентов сырьевой смеси (из­весть, цемент, песок) может обеспечить резкое увеличе­ние прочности силикатного камня и соответственно ячеистого бетона, так как п0 тах=2. По-видимому, это произойдет лишь в том случае, если будет найден спо­соб получения вяжущих активностью (RI(B) выше 60 МПа. Более реальным представляется использование химических и минеральных добавок или введение в ячеистобетонную смесь добавок, обуславливающих по­явление в материале дополнительных структурных элементов.

В частности, М. М. Сычевым показано [20], что ис­пользование химически активных соединений алюми­ния, хлора, щелочных металлов и солей серной кисло­ты позволяет повысить прочность силикатного камня автоклавных материалов в результате формирования цементирующих новообразований сложного состава с повышенной степенью конденсации кремнекислород - ных анионов и преобладанием в структуре таких сое­динений связей ковалентного типа.

Примером практической реализации последнего те­зиса может служить разработанная под руководством А. А. Федина сырьевая шихта следующего состава (в % по массе): 10,2 — 15,8 гранулированного шлака актив­ностью 0,2 и модулем основности 1,04; 2,4 — 3,5 полу­водного гипса; 1,5 — 1,9 хлористого натрия. Актив­ность смеси (по СаО) 20 — 21%, подготовка ее осущест­влялась совместным сухим помолом всех составляю­щих. Из указанной смеси получен ячеистый бетон средней плотностью 550 кг/м3, марки 35, который от­личается от обычного до 1,5 раза более высокой проч­ностью на растяжение при изгибе и пониженной в 1,7 — 2 раза влажностной усадкой -£у= 0,25 мм/м.

Механизм и кинетика процессов формирования структуры цементирующих новообразований, опреде­ляющих прочностные и эксплуатационные показатели силикатного камня ячеистого бетона, как отмечалось ранее (см. раздел 2.1), решающим образом зависят от химической активности кремнеземистого компонента.

В этой связи технологически оправданными и эф­фективными являются все приемы, направленные на повышение растворимости кремнеземистого компонен­та. В частности, применение химических добавок, обеспечивающих повышение рН среды или склонных к комплексообразованию (хлориды и фториды) [20].

Особенно эффективно применение тонкодисперсных добавок природных или техногенных стекол: перлита, обсидиана, спонголитов, вулканических пеплов и ту­фов, боя тарного оконного и технического стекла, а также природных или гранулированных шлаков и це­олитов. Введение их в сырьевую смесь в количестве 10 — 15% совместно с добавкой 2 — 3% гипса от массы сухих составляющих позволяет повысить в жидкой фа­зе бетона концентрацию силикат:иона за счет гидроли­тической деструкции стеклофазы. Последняя сохраня­ет часть скрытой теплоты плавления, что увеличивает запас ее внутренней энергии и соответственно приво­дит к повышению химической активности. В процессе гидротермальной обработки таких материалов, находя­щихся в диспергированном состоянии, эта энергия вы­свобождается, снижая величину активационной эн­тальпии формирования кристаллических новообразова­ний. При этом суммарные энергетические затраты на подготовку (помол) сырьевых материалов и гидротер­мальную обработку, связанные с получением единицы объема новообразований заданного химико-минерало­гического состава, могут быть снижены до 2 раз. Не ме­нее важно, что при этом улучшается фазовый и морфо­логический состав новообразований, которые в основ­ной своей массе представлены низкоосновными гидро­силикатами кальция и содержат 25 — 30% тобермори - та 1,13 нм, а в отдельных случаях и алюминий заме­щенный тоберморит, гидрогранаты и кальцийщелоч - ные гидроалюмосиликаты. В результате прочность при сжатии возрастает на 15 — 20%, при растяжении — на 30 - 50%.

Не менее эффективным является применение хими­чески активной кремнеземистой добавки, содержащей 90 — 95% SiOg в некристаллической форме с размером частиц менее 1 мкм — пылевидные отходы производст­ва ферросилиция (ОПФ).

В частности, исследования, проведенные под руко­водством И. Б. Удачкина и НИИСМИ (г. Киев), показа­ли, что введение в мельницу сухого помола добавки ОПФ позволяет за счет увеличения в 1,5 — 1,7 раза объема цементирующих новообразований, представлен­ных тоберморитом 1,13 нм в объеме до 30% и низкоос­новными гидросиликатами CSH (1), повысить степень омоноличенности структуры силикатного калия (п0) и соответственно прочность ячеистого бетона до 1,7 раза.

В табл. 19 приводятся результаты определения хи­мической активности некоторых из перечисленных выше материалов, применение которых в качестве до­бавки позволяет повысить строительно-эксплуатацион­ные показатели силикатных материалов, снизить тем­пературу и давление автоклавной обработки или со­кратить ее продолжительность.

Масса навес­ки, г	Темпера­турный эффект Специфи­ческой реак­ции, °С	Растворимость Si02 При + 22°С в днстнл лированной воде
	Общая, Мг/л	В виде [Si04 ]"*, Мг/л
100	+3,1	113,1	39,8
100 100 100	+1,5 +1,2 +1,7	205 45,35 - 70	39,2 14,9 24,6
100	+0,2	14,75	12,9

Таблица 19. Химическая активность кремнеземсо держащих материалов

Наименование материала

Отход производства фер­Росилиция — ОПФ Оконное стекло Перлитовая порода Природный цеолит (каль­циевый клиноптилолит) Песок (кварцевый)

Примечание. Все материалы кроме ОПФ были растерты в ага­товой ступке и просеяны через сито № 0063.

Определение активности осуществлялось по показа­телям растворимости молибдатным и калориметриче­ским методами (метод энтальпиометрии) [13] по вели­чине теплового эффекта специфических реакций Si02 и АЮ3. Калометрический метод определения пуццолано - вой активности зол-унос ТЭС включен в Чехословац­кие стандарты CSN - 722061.

Как видно из приведенных данных, самой высокой химической активностью обладает ОПФ. Высокие зна­чения растворимости стеклопорошка обусловлены экст­рагированием щелочи (расщелачиванием), что приво­дит к повышению рН раствора и в данном случае иск­лючает возможность объективной оценки химической активности по величине растворимости. Существенное различие в величинах общей растворимости SiOo пер­лита и содержания в растворе силикат-иона [Si04]"4 объясняется тем, что большая часть растворенного Si02 находится в растворе в коллоидно-дисперсном состоя­нии в виде кластеров — высокополимерных агрегатов. Это же относится к алюмосиликатному радикалу цео­литов.

Таким образом, приведенные данные показывают что наиболее объективная информация о химическо" активности кремнеземсодержащих материалов может быть получена методом энтальпиометрии.

Применение добавок химически активного Si02 особенно эффективно на предприятиях, использующих некондиционное кремнеземистое сырье, например пес­ки полиминерального состава, или при необходимости перехода на автоклавную обработку паром пониженно­го давления. Расход добавки (Р) может быть определен по следующей формуле:

Р=1,13 Асм-5о100%, (25

Где Асм — активность исходной сырьевой смеси, %;

До - степень связывания песка исходной дисперсности в гидрос ликатах кальция при принятых параметрах автоклавной обработки равная Si02 связ. / Si02 ^

Как правило, расход добавки химически активного Si02 колеблется в пределах 10-15%. Дисперсность до­бавки может быть определена с использованием зави­симостей, приведенных в работе [11].

Для добавок, приведенных в табл. 19, тонкость по­мола должна соответствовать удельной поверхности 350 — 450 м2/кг, за исключением ОПФ, обладающего более высокой дисперсностью.

Приведенные рекомендации успешно опробованы в производственных условиях и внедрены на ряде пред­приятий, осуществляющих выпуск ячеистобетонных изделий при пониженной температуре и давлении ав­токлавной обработки.

Снижение плотности ячеистых бетонов не должно сопровождаться ухудшением прочности материала на растяжение. Это обусловлено тем, что прочность при растяжении является одним из основных параметров при расчете конструкций на трещиностойкость. Поэто­му повышение прочности ячеистого бетона на растяже­ние позволяет не только улучшить эксплуатационные показатели, но и принимать при проектировании кон­струкций и сооружений более экономичные решения.

Наиболее эффективным технологическим приемом повышения прочности ячеистого бетона на растяжение является дисперсное армирование силикатного камня волокнистыми добавками. Оно позволяет активно вли­ять на характер напряженного состояния матрицы ячеистого бетона при приложении нагрузок и за счет перераспределения напряжений тормозить процессы

Развития трещин и разрушения материала.

Исследования НИИЖБа [6] показали, что дисперс­ное армирование ячеистого бетона низкосортным асбе­стом в количестве 3 - 5% или щелочестойким волок­ном в количестве 4 — 8% массы сухой смеси позволяет повысить прочность при растяжении в 1,3 — 1,5 раза, на сжатие в 1,2 ~ 1,4 раза, предельную растяжимость на 15 - 20%. При этом удельная работа разрушения возрастает в 1,4 — 1,6 раза. Последнее очень важно, так как повышается сопротивление материала удар­ным воздействиям в процессе транспортирования и монтажа, что позволяет избежать появления трещин, околов углов и соответственно исключить затраты на их ремонт.

На основе сырьевой шихты, состоящей на 90% (по массе) из известково-песчаной смеси активностью 23% при удельной поверхности песка в ней 200 — 250 м2/кг; 7,5% шлакопортландцемента марки 400 и 2,5% полуводного гипса и введении добавки низкосор­тного асбеста в количестве 3% от массы сухой смеси, получен ячеистый бетон со следующими физико-техни­ческими показателями (табл. 20):

Средняя Плотность, Кг/м3

Таблица 20. Физико-технические показатели ячеистого бетоиа с дисперсно-армирующей добавкой асбеста

Предел прочности, МПа при сжатии при растяжении

TOC o "1-3" h z 500 5,5 1,1

590 . 6,3 1,2

670 7,8 1,5

Авторы отмечают, что применение в качестве ар­мирующей добавки щелочестойкого волокна менее эф­фективно в связи с плохой адгезией последнего к це­ментирующей матрице. Однако исследования, прове­денные во ВНИИжелезобетоне, показывают, что ис­пользование щелочестойкого стекловолокна длиной до 15 мм, диаметром 10 мкм или алюмоборосиликатного волокна в количестве до 1% позволяет повысить проч­ность ячеистого бетона средней плотностью 600 кг/м3 при сжатии с 4,7 до 6,1 - 6,8 МПа, при растяжении с 0,52 до 0,82 МПа и с 1,4 до 2,2 - 2,6 МПа при изгибе. Последний показатель ниже, чем в случае применения асбеста (см. табл. 20). Однако незначительное влияние
добавки стекловолокна на водопотребность ячеистобе - тонной смеси и ее положительное стабилизирующее воздействие на свежеотформованную смесь обусловли­вают эффективность применения добавки щелочестой - кого или алюмоборосиликатного стекловолокна для по­вышения трегциностойкости крупноразмерных элемен­тов из ячеистого бетона.

Дисперсное армирование ячеистого бетона волокни­стыми добавками не нашло пока практического при­менения главным образом из-за дефицитности щелоче - стойкого стекловолокна, так как применение асбеста в силу его канцерогенных свойств ограничено, а также недостаточной изученности вопросов реологии диспер­сно-армированных ячеистобетонных смесей. Требует изучения и вопрос возможности использования диспер­сного армирования в производстве ячеистого бетона по резательной технологии.

Повышение прочностных показателей ячеистого бе­тона может быть достигнуто также при использовании органических добавок, которые при автоклавной обра­ботке переходят в вязкотекучее состояние, покрывая стенки пор тонкой и прочной пленкой или кольмати - руют устья пор. При полимеризации этих добавок об­разуются прочные адгезионные контакты с силикат­ной матрицей межпорового материала, что приводит к появлению своеобразных структурных "барьеров", ко­торые блокируют развитие и распространение трещин. Не менее важно, что эти добавки обладают, как прави­ло, гидрофобными свойствами, обеспечивая этим сни­жение взаимодействия ячеистого бетона с водой и ее парами.

Например, добавка элементарной серы, вводимой в виде порошка или водного раствора сульфидов ще­лочных металлов или аммония Bi количестве 2 — 3% массы составляющих позволяет повысить прочность от 50 до 150% [6]. При добавке 2% серы получен яче­истый бетон средней плотностью 600 кг/м3 с прочно­стью при сжатии 9,1 МПа, в то время как проч­ность контрольных образцов той же плотности состав­ляла 5 МПа.

Исследованиями ВНИИстройполимера показана возможность получения ячеистого бетона средней плот­ностью 500 — 700 кг/м3 с прочностью при сжатии со­ответственно 7 — 14 МПа, на растяжение при изгибе 1—4 МПа и морозостойкостью 150 — 200 циклов.

Контрольные образцы без добавок имели прочность на сжатие 3,5 — 5,6 МПа, на растяжение при изгибе 0,5— 1,5 МПа. Добавка вводилась в ячеисто-бетонную смесь с водой затворения, но при этом авторы не сооб­щают техническое название, состав и расход добавки.

Исследования НИПИсиликатобетона показывают, что снижение средней плотности ячеистого бетона с од­новременным улучшением прочностных и эксплуата­ционных показателей может быть достигнуто при вве­дении в сырьевую смесь добавок ПЭС-1 и ФРУ-20 в ко­личестве 0,1% массы сухих составляющих.

При использовании указанных добавок, совместно­го сухого помола компонентов сырьевой смеси и опти­мизации параметров автоклавной обработки, обеспечи­вающих синтез цементирующих новообразований, ко­торые на 23 — 25% представлены тоберморитом 1,13 нм, получен ячеистый бетон средней плотностью 570 кг/м3 с прочностью на сжатие 7,1 МПа, на растяжение при изгибе 1 — 2 МПа, при раскалывании — 0,5 МПа и морозостойкостью более 75 циклов.'

Заслуживают внимания исследования НИИЖБа [6] по получению ячеистого бетонополимера. Авторами по­казана возможность повышения прочности ячеистого Бетона на сжатие в 2 раза, на растяжение при изгибе до 70% при одновременном снижении водопоглощения в среднем до 2-5 раз за счет пропитки ячеистого бетона низковязким мономером метилметакрилатом. Отверж­дение (полимеризация) осуществляется непосредствен­но в автоклаве после завершения цикла гидротермаль­ной обработки. При расходе мономера 10 — 15% (по массе) получен ячеистый бетон средней плотностью 530 — 740 кг/м3 с прочностью на сжатие 4 — 10 МПа.

Из общего бетоноведения известно, что прочность тяжелых и легких бетонов обратно пропорциональна количеству воды затворения (В/Ц). Применительно же к ячеистым бетонам эта зависимость подтверждается лишь для материала средней плотностью выше 500 кг/м3.

При более низкой плотности, в частности для теп­лоизоляционных и акустических ячеистобетонных из­делий, эта зависимость теряет силу. В этом плане представляет интерес технология армированных волок­ном силикатных теплоизоляционных материалов, из­вестная в нашей стране как технология известково - кремнеземистых изделий (ИКИ). Главное назначение этих материалов — высокотемпературная теплоизоля­ция промышленного оборудования. По своим качест венным показателям ИКИ превосходят теплоизоляци­онный ячеистый бетон. В частности, при средней плот­ности 160 -- 225 кг/м3 ИКИ имеют прочность на рас­тяжение при изгибе не менее 0,2 — 0,3 МПа.

В связи с этим нам представляется целесообразным заимствование из этой технологии применительно к теплоизоляционным ячеистым бетонам таких техноло­гических приемов как дисперсное армирование, ис­пользование повышенного количества воды затворения и совмещение гидротермальной обработки и сушки из­делий в автоклаве. Последнее обстоятельство очень важно с точки зрения улучшения теплофизических по­казателей ячеисто-бетонных изделий, особенно тепло­изоляционных. Что же касается неизбежных при этом дополнительных энергетических затрат, то они оку­пятся за счет повышения теплозащитных показателей и соответственно снижения затрат на отопление. Более того, этот технологический прием, по-видимому, в пер­спективе имеет смысл распространить и на производст­во ограждающих ячеисто-бетонных изделий и конст­рукций с доведением отпускной влажности до равно­весной (5 — 6%).

Это, как будет показано дальше, не только улуч­шит микроклимат в помещениях, но и позволит повы­сить карбонизационную стойкость и трещиностойкость изделий и конструкций.

Для совмещения гидротермальной обработки и сушки ячеистобетонных изделий используются авто­клавы специальной конструкции.

Давление в автоклаве создается путем подачи в не­го пара, а сушка изделий за счет перегрева паровой среды, для чего используют специальные источники тепла, размещаемые в автоклаве.

Например, совмещенный метод гидротермальной обработки и сушки плитных известково-кремнеземи - стых изделий, применяемый на Светловодском заводе, осуществляется в следующем режиме:

Давление пара в автоклаве............................................................................................ 1 МПа

Температура перегрева пара............................................................................. 230-240 °С

Производительность циркуляционного

Вентилятора................................................................................................................ 25000 м3/ч

Расход пара в период сушкн прн давлении

Его в теплообменнике 4 МПа............................................................................. 1500 кг/ч

На Апрелевском заводе ВНИПИТеплопроекта (ИКИ) вместо пара в теплообменник автоклава подаются пары высококипящего органического теплоносителя, представляющего собой смесь фенилоксида и дифени - ла. Так как упругость паров этой смеси в 30 -- 35 раз ниже упругости водяного пара той же температуры, то представляется возможность повысить температуру без существенного увеличения давления и за счет этого интенсифицировать процесс сушки. В частности, при t= = 350 °С пары указанной смеси имеют давление не вы­ше 0,4 МПа.

Использование совмещенного режима гидротер­мальной обработки позволяет не только снизить влаж­ность ячеистого бетона, но и повысить его прочность до 1,5 раз при обеспечении конечной влажности изде­лий W = 5-6% по массе.

Одним из направлений улучшения, строительно- эксплуатационных показателей ячеисто-бетонных из­делий и конструкций является повышение качества пористой структуры.

Актуальность этого направления связана также и с разработкой технической документации предприятий нового поколения, ориентированных на формирование ячеисто-бетонных массивов высотой 1200-1500 мм и получение конструкционно-теплоизоляционных яче­истобетонных стеновых блоков средней плотностью 500-600 кг/м3. Основным резервом здесь является дальнейшее совершенствование и широкое внедрение разработанной в Советском Союзе комплексной вибра­ционной технологии.

Для управления дифференциальной газовой пори­стостью и напряженным состоянием матрицы в про­цессе вспучивания ячеисто-бетонной смеси в НИИСМИ разработан способ, предусматривающий введение в со­став смеси газообразователя "второго порядка". В каче­стве последнего использованы кремнийорганические сплавы, реагирующие в щелочной среде с выделением водорода, например ферросилиций. Применение комп­лексного газообразователя, по данным авторов, позво­ляет уменьшить величину открытой пористости на 19%, повысить морозостойкость в 1,5 раза и прочность ячеистого бетона на 25 -- 35%.

С целью улучшения качества пористой структуры ячеистого бетона в МИСИ им. В. В. Куйбышева под ру­ководством А. П. Меркина разработана газопенная тех-

Нология. Поризация смеси по этой технологии осуще­ствляется за счет воздухововлечения и газообразова­ния. Однако предварительная поризация ячеисто-бе - тонной смеси за счет введения ПАВ в газобетономе­шалку не позволяет полностью реализовать возможно­сти этого способа. В связи с этим нами предложен и внедрен способ трехстадийной поризации ячеисто-бе - тонной смеси, включающий: аэрацию песчаного шлама в мельнице за счет ПАВ, аэрацию ячеисто-бетонной смеси в смесителе путем введения добавки ПАВ и по - ризацию смеси в форме в результате газообразования.

Аэрация песчаного шлама осуществляется в про­цессе мокрого помола песка за счет введения в мельни­цу совместно с водой воздухововлекающей добавки, например сульфанола или триэтаноламина, в виде 0,02 — 0,03%-го раствора. Мокрый помол песка с до­бавкой ПАВ обеспечивает улучшение условий помола, позволяет повысить плотность шлама на 4 — 5% без ухудшения его реологических характеристик и до­стичь при этом воздухововлечения порядка 18 — 22%. Равномерно распределенные в объеме шлама пузырьки

Вовлеченного воздуха диаметром 0,03 — 0,08 мм повы­шают его седиментационную устойчивость. Степень дезаэрации шлама при суточном выдерживании в шламбассейнах не превышает 5%.

Аэрация сырьевой смеси в смесителе осуществляет­ся за счет введения с водой затворения ПАВ в количе­стве 0,02 — 0,03% массы сухих материалов. При этом дополнительное количество воды с добавкой ПАВ вво­дится в смеситель после подачи аэрированного шлама. В связи с тем, что добавки ПАВ замедляют процессы гидратации цемента, извести и газовыделения, с водой затворения вводятся добавки хлористых солей натрия или кальция в количестве 1,5 — 2,5% массы сухих со­ставляющих. Способ трехстадийной поризации позво­ляет за счет улучшения качества пористой структуры снизить среднюю плотность ячеистого бетона, без ухуд­шения его прочностных показателей, на 6 — 10% и, что особенно важно, прочность на растяжение при из­гибе при этом возрастает на 10 — 15%, несмотря на снижение средней плотности.

На основе сырьевой смеси состава (% по массе): шлакопортландцемент М-400-12; известь негашеная (А=75%) -- 15; песок кварцевый с содержанием Si02 = =97%, удельной поверхностью 150 м2/кг — 70; гипс по­луводный — 2; хлористый натрий — 1; В/Т = 0,32 и давление автоклавной обработки Р = 1,1 МПа, спосо­бом трехстадийной поризации в промышленных усло­виях изготовлены стеновые блоки средней плотностью 500-550 кг/м3 с прочностью на сжатие 5,2 -- 5,7 МПа, на растяжение при изгибе 0,73 — 0,82 МПа [6].

Преимущество многоступенчатой поризации отме­чается также и в патенте Японии 52-84374 (кл. С04 В21/02 опуб. 4.11.80), в котором показана возмож - номть получения ячеистого бетона средней плотностью 520-550 кг/м3 с прочностью на сжатие 5,3-5,8 МПа на основе сырьевой смеси следующего состава (в % по массе): кварцевый песок 42 — 80; цемент 5 -- 28; из­весть негашеная высокоактивная 15 — 30; триэтанол - амин (от массы извести) —2; перекись водорода (от мас­сы извести) — 1,4.

В общем объеме изделий из ячеистого бетона около 32% приходится на теплоизоляционные изделия. При этом, несмотря на тенденцию уменьшения выпуска теплоизоляционного ячеистого бетона, доля его в объе­ме выпускаемой в СССР теплоизоляции довольно высо­ка — около 10% и, по прогнозам, к 1990 г. снизится до 5 - 6%.

В этой связи вопросы повышения качества тепло­изоляционного ячеистого бетона, в первую очередь снижения средней плотности, приобретают особую ак­туальность. В частности, в ближайшие годы необходи­мо обеспечить снижение плотности теплоизоляционно­го ячеистого бетона до 250 кг/м3, теплопроводности в естественном состоянии не выше 0,07 Вт/м °С. Это по­зволит снизить энерго - и материалоемкость изделий на стадии производства в среднем на 30 -- 35%, а себесто­имость на 25 — 30%. При этом величина приведенных затрат на единицу термического сопротивления снижа­ется до 1 — 1,1 руб., что меньше, чем для других ви­дов жестких теплоизоляционных материалов. Другим направлением исследований должна явиться разработ­ка способов объемной и поверхостной гидрофобизации изделий, составов и методов нанесения влагозащитных покрытий.

Получение теплоизоляционного ячеистого бетона средней плотностью 200-250 кг/м3 традиционным спо­собом поризации сырьевой смеси практически невоз­можно. Получение ячеистого бетона средней плотно­стью ниже 250 кг/м3 с содержанием 10% твердой фазы

Рис. 25. Физическая модель пористой структуры теплоизоляционного

D

J

Ячеистого бетона средней плотностью ниже 200 кг/м3

1 - бинарная решетка 1-го порядка;

2 - бинарная решетка 2-го порядка;

2

1

3 -' пространственная решетка ячеис­того бетона со сферическими газо­выми порами; 4 - то же, при транс­формации газовых пор в многогран­Ные

И общей пористостью выше 90% предопределило необ­ходимость разработки модели пористой структуры та­кого материала" и технологических приемов ее реали­зации.

А. П.Меркиным и А. Н.Филатовым разработана мо­дель структуры ячеистого бетона общей пористостью выше 90%, которая образована сочетанием пор четы­рех типоразмеров: капиллярными d*, воздухововлече­ния d®, и газовыми в условно-плотной упаковке в бинарные гексагональные решетки двух порядков (рис. 25).

Пространственный каркас формируется последова­тельным заполнением объема порами заданного разме­ра (табл. 21). При этом предельно плотная укладка пор достигается за счет самопроизвольной пространст­венной перестройки решетки и ее уплотнения при сту­пенчатом повышении общей пористости. Капиллярные поры — d* и воздухововлеченные -- образуют гекса­гональную решетку первого порядка межпорового ма­териала. Воздухововлечение поры — d® и газовые по­ры — с?2 образуют пространственный каркас ячеистого бетона (рис. 25).

Максимальная пористость бинарной решетки вто­рого порядка при толщине перегородок 40-60 мкм и диаметре пор а'| = 0,8-1 мм достигает 62-64%. Даль­нейшее повышение? пористости системы возможно только лишь путем трансформации сферических газо­вых пор в многогранные в результате взаимодействия с упругими пенными порами при достижении условно-

Таблица 21. Характер и распределение пор по размеру в модели

Доля пор в общей пористости, %

Размеры пор, см

Виды пор

Капиллярные (d*) Воэдухововлечениые:

Первого порядка (do^)

Второго порядка (d3') Газовые (dX )

M0"4-5-10~s

,-з

110"3-510~3 8-10-3-2-10 2

10-12 5- 7 6- 25 50-74

0,05-0,12

Плотного соприкосновения. При трансформации газо­вых пор в многогранные объем пористости увеличива­ется на 13-15% за счет уменьшения объема межузлий межпорового материала. В результате пористость би­нарной решетки второго порядка возрастает до 70- 74%. Оставшееся пространство, 26-30% объема, занято межпоровым материалом и содержит бинарную решет­ку первого порядка пористостью 18-21%, которая представлена: капиллярной (10-12%), пенной (5-7%) и гелевой (около 2%) пористостью.

Такая пористая структура образована порами раз­личного происхождения при таком удельном их содер­жании в системе, которое существенно уменьшает ве­роятность их объединения и разружения, что и обеспе­чивает повышенную устойчивость системы. Повыше­нию устойчивости системы способствует также то, что наименее стойкие газовые поры окружены оболочкой из пенных пор, которые выполняют роль упругих де­мпферов. При этом большая "жизнестойкость" пенных пор позволяет сохранить газонепроницаемость оболо­чек газовых пор в течение всего процесса формирова­ния пористой структуры. Взаимодействие газовых и упругих пенных пор в межпоровых перегородках при­водит к увеличению их напряженного состояния, что способствует повышению их устойчивости и газонепро­ницаемости. Рассмотренная модель была успешно реа­лизована на практике при использовании способа трехстадийной поризации. В частности, на Белгород - Днестровском ЭЗЯБиН этот способ был успешно приме­нен при выпуске трех видов изделий: теплоизоляцион­ных плит, звукопоглощающих плит "Силакпор", со­вмещенных плит покрытия со слоем монолитной теп­лоизоляции из ячеистого бетона средней плотностью Ро=200 кг/м3. Была использована ячеисто-бетонная смесь следующего состава, %: портландцемент М-400 в количестве 11 ~ 20; известь негашеная 5 — 10; песок
кварцевый удельной поверхностью 180 — 200 м2/кг (в известково-песчаной смеси) -- 18 -- 28; удельной повер­хностью 300-350 м2/кг (в шламе) -- 8 -- 13; хлористый натрий (кальций) -- 1,2 — 1,7; алкилсульфанол — 0,1 — 0,3; алюминиевая пудра марки ПАП-1 -- 0,15 -- 0,27; В/Т = 0,5 - 0,7. Давление автоклавной обработки Р = = 1,1 МПа [6].

Полученный ячеистый бетон характеризовался сле­дующими качественными показателями: средняя плот­ность 200 -- 260 кг/м3, предел прочности на сжатие 0,45 -- 1 МПа, коэффициент прочности 102 -- 143, теп­лопроводность (при +25 °С) - 0,058 - 0,065 Вт/(м °С).

Для защиты от увлажнения предусмотрена повер­хностная обработка изделий из теплоизоляционного ячеистого бетона раствором битума (БН 70/35) в керо­сине (окунанием), водной эмульсией латекса СК-6-65 ГП (окунанием или распылением) или обклейка рубе­роидом (пергамином).

При выпуске калиброванных теплоизоляционных изделий заготовки, на которые ячеистый массив разре­зается до или после автоклавной обработки фрезеруют, а калиброванные изделия подвергают поверхностной гидрофобизации, например композициями на основе пиролизной или силиконой смолы.

Повышению технического уровня производства теплоизоляционных и акустических изделий из яче­истого бетона способствует внедрение технологических разработок ВНИИтеплоизоляция (г. Вильнюс). Инсти­тутом разработаны технология и оборудование для из­готовления калиброванных теплоизоляционных плит, применение каторых для утепления кровель исключа­ет необходимость в выравнивающем слое из цементно - песчаного раствора. Не менее успешным является ис­пользование калиброванных теплоизоляционных вкла­дышей при изготовлении трехслойных стеновых пане­лей. Производство этих плит организованно на Кау­насском ЗСИ "Битукас" и Калининских КСМ № 1 и 2.

Институтом усовершенствована технология и осво­ен выпуск модифицированных акустических плит "Си - лакпор-М" пониженной до 250 — 300 кг/м3 плотности. Начато производство штучных звукопоглотителей из ячеистого бетона "Порасил" средней плотностью 300 кг/м3, предназначенных для промышленных зданий.

Представляет интерес технология сборных вклады­шей высотой на этаж, предназначенных для возведе­
ния одно - и многоэтажных зданий.

Особенно перспективной, на наш взгляд, является технология двухслойных газосиликатных пенополи - стирольных плит "Силипласт" типа "сэндвич", разра­ботанная ВНИИтеплоизоляции. Плиты предназначены для утепления кровли из профилированного металли­ческого настила, а также могут применяться как утеп­литель в совмещенных кровлях. Плиты состоят из слоя пенополистирола средней плотностью 30 — 40 кг/м3, соединенного с ячеистым бетоном средней плот­ностью не более 300 кг/м3 и покрыты с обеих сторон рубероидом марки РПП-300, который выполняет роль гидроизоляции и армирующего материала.

Технология плит "Силипласт" включает изготовле­ние калиброванных плит из теплоизоляционного яче­истого бетона, разрезку пенополистирола на плиты требуемой толщины, приготовление битумной мастики и оклейку двухслойной плиты с обеих сторон руберои­дом (рис. 26).

Готовые изделия специальным автоматическим ус­тройством укладываются в контейнеры, конструкция которых также разработана институтом ВНИИтеплои - золяция.

Размеры плит: длина — 1000 и 2000 мм, ширина — 900 мм и толщина -- 100 — 200 мм. Управление ли­нией осуществляется с общего пульта и обслуживается 10-ю рабочими. Производительность линии при двух­сменной работе 250 тыс. м2 в год. Производство плит "Силипласт" организовано на Павлодарском КЖБИ № 4.

Перспективным направлением является производ­ство гидрофобизированных стеновых блоков из яче­истого бетона средней плотностью 450 -- 500 кг/м3 для сельского домостроения, выпуск которых осуществля­ется на технологической линии по изготовлению ка­либрованных теплоизоляционных плит. При зтом не­сколько видоизменено лишь оборудование для послеав - токлавной разрезки массивов и калибровки блоков.

Необходимо отметить, что технология и оборудова­ние зтих линий предусматривают выпуск газосиликат­ных теплоизоляционных и акустических изделий, т. е. на основе бесцементных сырьевых композиций из пес­ка и извести. Это, помимо высокого качества продук­ции, предопределяет высокую эффективность как тех­нологии, так и самих изделий.

Изложенное показывает, что технология ячеистых» бетонов обладает значительными резервами повыше­ния качества готовой продукции. Однако при зтом не следует ожидать, что одновременная реализация рас­смотренных рекомендаций позволит резко повысить качество ячеистого бетона за счет суммирования эф­фектов. Каждая из рассмотренных разработок может обеспечить достижение ожидаемого эффекта лишь в том случае, если ее внедрение будет увязано с особен­ностями принятой на предприятии технологии, с уче­том характеристик сырьевых материалов и состава сырьевых смесей, а также способа формования яче - исто-бетонных изделий и конструкций.

Вместе с этим для предприятий, работающих по мокрой схеме подготовки кремнеземистого компонен­та, безотносительно к индивидуальным особенностям технологии, могут быть рекомендованы: использование добавок химически активного Si02; органических доба­вок, способствующих созданию в силикатном камне дополнительных структурных "барьеров" и кольмата - ции пор; применение комплексного газообразователя, включающего газообразователь "второго порядка"; рас­
смотренные ранее (см. п. 2.4.3) порядок дозирования алюминиевой суспензии и способ многоступенчатой (трехстадийной) поризации ячеистобетонной смеси.

Практика производства и применения ячеистых бе­тонов показывает, что между технологическими пара­метрами производства и эксплуатационными показате­лями материала существует неразрывная взаимосвязь. Поэтому улучшение эксплуатационных показателей ячеисто-бетонных изделий может быть достигнуто прежде всего за счет оптимизации технологических параметров с учетом характеристик применяемого сырья, номенклатуры продукции и условий эксплу­атации.

Известно, что долговечность ячеисто-бетонных из­делий в значительной мере определяется их трещино - стойкостью. Трещины, появляющиеся в процессе изго­товления или эксплуатации, не только ухудшают внешний вид изделий, но, являясь очагами разруше­ния бетона и коррозии арматуры, резко понижают на­дежность их эксплуатации. Основной причиной появ­ления и развития трещин является возникновение в отдельных микрообъемах материала деформаций рас­тяжения, превышающих предельную растяжимость. В соответствии с этим повышению трещиностойкости способствуют все те факторы, которые позволяют уменьшить величину деформаций усадки материала и увеличить его предельную растяжимость, прямо про­порциональную пределу прочности при растяжении и обратно пропорциональную модулю упругости ячеисто­го бетона.

Технологические приемы повышения предельной растяжимости и предела прочности при растяжении были рассмотрены выше. Следует лишь добавить, что увеличение предельной растяжимости может быть так­же достигнуто в результате формирования такой структуры цементирующего вещества, в которой поми­мо хорошо закристаллизованных новообразований (низкоосновных гидросиликатов кальция и тобермори - та) имеются включения гелевидной фазы, равномерно распределенной в объеме силикатного камня. Микро­трещины и микродефекты в подобных структурах при приложении внешней нагрузки развиваются медлен­нее, что связано с их блокированием в процессе пла­стической деформации силикатного камня.

Основное направление повышения трещиностойко­сти крупноразмерных ячеисто-бетонных' изделий и

Конструкций — это снижение величины влажностной усадки материала. Связано это с высокой интенсивно­стью последней (Cyfc) в первый месяц после изготовле­ния ячеисто-бетонных изделий, которая составляет около Г10"2(мм/м) сут"1. Это более чем в 4 раза превы­шает интенсивность карбонизационной усадки в пер­вые 500 сут эксплуатации изделий, равной 0,24-10"2 (мм/м) сут'1.

Возникающие при влажностной усадке изделий на­пряжения, как правило, не успевают полностью релак - сироваться, что и приводит к зарождению и развитию трещин.

Величина влажностной усадки зависит от характе­ра пористой структуры силикатного камня ячеистого бетона, вида его цементации лп [см. формулы (5),(7)], фазового состава цементирующих новообразований и в меньшей степени от начальной (послеавтоклавной) влажности.

Эффективным технологическим приемом повыше­ния трещиностойкости ячеисто-бетонных изделий на стадии изготовления и эксплуатации является приме­нение сырьевых композиций на основе грубомолотого песка.

Получение высокопрочного силикатного камня (межпорового материала) связано с формированием ра­ционального объема цементирующих новообразований, обеспечивающих склеивание непрореагировавших час­тиц песка и заполнение его межзерновой пустотности. При этом уменьшение межзерновой пустотности, до­стигаемое использованием грубомолотого песка, позво­ляет достичь высокой степени омоноличенности струк­туры (/70) и прочности силикатного камня при мень­шем объеме цементирующих новообразований, что спо­собствует снижению деформаций влажностной усадки. Согласно формулам (4), (7), получение ячеистого бето­на высокой трещиностойкости и прочности обеспечива­ется при формировании поровой структуры силикатно­го камня —пц < 1,5 и значении п0 = 1,2 — 1,3. Наиболее полно этим" требованиям отвечает использование грубо­молотого песка удельной поверхностью 120 — 150 м2/кг, пустотностью 30 ~ 35%, удельной химической активностью 0,9 — 1,2 мг/м2. Последняя для песка с Содержанием Si02>98% достигается при температуре ав­токлавной обработки T = 183°С (Р = 1,1 МПа). При бо­лее низких температурах автоклавной обработки или

Использовании песка полиминерального состава дости­жение указанного значения удельной химической ак­тивности обеспечивается применением кремнеземисто­го компонента композиционного состава, включающе­го грубодисперсную и тонкомолотую составляющие, или за счет введения добавки химически активного SiO, [6].

Использование сырьевых композиций на основе грубомолотого песка предусматривает необходимость осуществления мокрого помола песка в присутствии добавок ПАВ, что позволяет исключить расслоение шлама при его выдерживании в шламбассейнах, а при поризации смеси способствует самопроизвольному оттор­жению грубых фракций песка (d >0,1 мм) в межузлия перегородок. Это приводит к концентрации тонкодис­персных фракций песка и вяжущего в наиболее тон­кой, несущей части межпоровых перегородок, что по­зволяет сохранить их целостность и достичь высокой прочности.

Применение сырьевых композиций на основе гру­бомолотого песка особенно эффективно в производстве конструкционных ячеистых бетонов плотностью 800 — 1000 кг/м3, к которым предъявляются повышенные требования по трещиностойкости, деформациям ползу­чести, модулю упругости и долговременной прочности. При этом представляется возможным снизить расход извести и цемента до 25% без ухудшеия прочностных показателей.

В табл. 22 приводятся проверенные на практике со­ставы сырьевых композиций на основе грубомолотого песка.

Применение сырьевых композиций на основе гру­бомолотого песка позволяет полностью исключить тре - щинообразование конструкционных ячеисто-бетонных изделий повышенной плотности в процессе автоклав­ной обработки и за счет снижения деформаций влаж - ностной усадки до 0,28 — 0,35 мм достичь гаранти­рованной их трещиностойкости в условиях эксплуа­тации.

Однако применение грубомолотого песка с SyA = =90 —150 м2/кг целесообразно лишь в случае использо­вания песков с модулем крупности выше 1,4 и содер­жанием Si02 не менее 95%.

Применение мелких песков полиминерального со­става с большим содержанием примесей не обеспечива-

Таблица 22. Составы сырьевых композиций на основе грубомолотого песка удельной поверхностью 90-150 м2/кг

Состав
■ 1-	2 1	3
72,5	72	73,5
70	72	71,5
10	11	10
П	Н	12£
16	15	14
15	14	13,5
(при актив­	(при актив­	(при	Актив-
Ности	Ности	Ности
70-75%)	75-80%)	Выше	80%)
.2,5	2	2,5
2	3	2,5

Компонент Песок (с содержанием Si02 не менее 98% Цемент марки 400 Известь негашеная Гипс полуводный

Примечание. Над чертой приводятся значения для портланд­цемента, под чертой - для шлакопортландцемента.

Ет достижения ожидаемого эффекта. Связано это с се­лективностью размола составляющих кремнеземистого компонента и тем, что при грубом помоле мелких пес­ков приращение новых химически активных поверх­ностей незначительно.

С целью достижения необходимого значения удель­ной химической активности As > 0,9 мг/м2 [см. форму­лу (16)] при использовании мелких песков полимине­рального состава эффективным является использование грубомолотого песка композиционного состава, облада­ющего в сравнении с грубомолотым песком понижен­ной межзерновой пустотностью и повышенной химиче­ской активностью. В частности, на Белгород-Днестров­ском ЭЗЯБиИ в производстве ячеисто-бетонных изде­лий успешно применен следующий композиционный состав песка, в % по массе: 68 -- 75 песка с S — 60 — 90 м2/кг; 18 - 20 с S = 180 - 200 м2/кг; 13 - 15 с SyA = 300 -- 330 м2/кг. Мокрый помол песка осуществ­ляется в присутствии добавки ПАВ, вводимой в мель­ницу в виде 0,03%-го раствора сульфанола (рис.27). Применение добавки ПАВ позволило снизить содержа­ние воды в шламе на 4 -- 6% без ухудшения его по­движности. Воздухововлечение шлама при этом состав-

Рис. 27. Технологическая схема подготовки кремнеземистого компонента композиционного состава на Белгород-Днестровском заводе яче­истых бетонов и изделий

Ляло 18 -- 22%, что привело к уменьшению скорости осаждения песка (расслоения шлама) до 2,5 раз. Сред­ний диаметр пузырьков вовлеченного воздуха равен 0,03 — 0,08 мм, что обеспечивает их связанность с час­тицами песка и высокую устойчивость. В частности, степень дезаэрации шлама при суточном хранении в шламбассейне HG ПрвВЫПШбТ 5%.

Содержание в составе ячеисто-бетонной смеси около 40% грубодисперсного песка со средним диаметром ча­стиц 80 — 140 мкм способствует снижению суммарной дисперсности до 140 — 150 м2/кг, а межзерновой пус­тотности до 25 — 30%. При этом химическая актив­ность песка композиционного состава, оцениваемая его растворимостью при принятых параметрах автоклав­ной обработки - T = 183°С (Р=1,1 МПа), Ти= 4 ч, прак­тически не изменилась и составила — 0,24 мг/г, а для обычного песка мокрого помола S = 200 м2/кг -- 0,26 мг/г.

Удельная химическая активность песка компози­ционного состава составляет — 0,96 мг/м2, а песка удельной поверхностью 200 м2/кг -- 0,84 мг/м2. Следо­вательно, регулируя фракционный состав песка, как, например, в случае композиционного состава, можно значительно улучшить его технологические характери­стики — снизить суммарную удельную поверхность, обеспечив высокую удельную химическую активность.

Снижение величины суммарной удельной поверх­ности кремнеземистого компонента, а следовательно, и сырьевой шихты позволило снизить В/Т с 0,44 — 0,47 до 0,34 -- 0,36 без ухудшения реологических характе­ристик формовочной смеси. Это привело к уменьше­нию предавтоклавной влажности до 30 — 32%, что по­зволило сократить продолжительность прогрева изде­лий на 1 — 1,5 ч (см. рис. 12) и расход пара на 5 - 7%. Готовые изделия характеризовались пониженной влажностью и капиллярной пористостью. При этом от­мечено увеличение среднего радиуса капиллярных пор, что обеспечило снижение величины влажностных гра­диентов в теле бетона как на стадии подъема, так и на стадии сброса давления пара. Последнее особенно важ­но в связи с завершением процессов формирования структуры силикатного камня ячеистого бетона, кото­рая в силу этого обладает низкой способностью к ре­лаксации возникающих в теле бетона напряжений. Это является одной из основных причин образования микротрещин, а часто и полного разрушения конст­рукционных ячеисто-бетонных изделий повышенной плотности. В частности, указанные явления наблюда­лись на Белгород-Днестровском заводе в период освое­ния производства конструкционных элементов средней плотностью 800 - 1000 кг/м3 при использовании тра­диционных составов ячеисто-бетонной смеси на основе песка удельной поверхностью 200 - 250 м2/кг.

Внедрение грубомолотого песка композиционного состава позволило исключить брак ячеисто-бетонных изделий, величина которого из-за трегцинообразования в период сброса давления пара доходила до 20%, и ус­пешно освоить производство конструкционных элемен­тов марок 50 (класс В 3,5) и 75 (класс В 5) для строи­тельства жилых домов серии 126.

Не менее успешным оказалось применение песка композиционного состава и при производстве стеновых блоков средней плотностью 500 -- 550 кг/м3 и наруж­ных панелей средней плотностью 600 кг/м3. При этом производительность помольного оборудования повыси­лась в среднем в 1,5 раза, а затраты электроэнергии на помол песка снижены на 30 — 35%.

Таким образом, снижение величины влажностной усадки ячеистого бетона до значений, регламентируе­мых ГОСТ 25485-82, возможно путем применения сырьевых композиций на основе грубомолотого песка SyA = 90 — 150 м2/кг при изготовлении изделий из ячеистого бетона средней плотностью соответственно 900 - 550 кг/м3.

Следует отметить, что в стандартах большинства зарубежных стран и фирм также регламентируется ве­личина влажностной усадки ячеистого бетона, которая не должна превышать 0,5 мм/м и, как правило, со­ставляет 0,3 -- 0,4 мм/м. При этом за величину влаж­ностной усадки принимается усадка образцов ячеисто­го бетона при уменьшении его влажности от послеав - токлавной до равновесной с окружающей средой (в среднем 5% по массе).

Известно, что долговечность силикатных ячеистых бетонов существенно зависит от их карбонизационной стойкости — сопротивления агрессивному воздействию атмосферного углекислого газа. Влияние его тесно свя­зано как с влажностью изделий, так и с фазовым и морфологическим составом цементирующих силикат­ный камень новообразований. Естественная карбониза­ция ячеистого бетона сопровождается деформациями усадки и снижением прочностных показателей. Наибо­лее активно углекислая коррозия протекает при влаж­ности ячеистого бетона 15 -- 25% (по массе), что сопро­вождается разрушением прежде всего низкоосновных гидросиликатов кальция типа CSH (I) с образованием геля поликремниевой кислоты и вторичного кальци­та — СаС03. Рекристаллизация его, сопровождаемая

Объемными изменениями, и приводит к снижению прочности изделий, величина которой может достигать 25 -- 30%. При этом, если процесс естественного высу­шивания, снижения влажности ячеистого бетона до равновесной с окружающей средой (W = 5 -- 6%) рас­тягивается во времени, то происходит наложение де­формаций карбонизационной усадки на влажностную. При этом интенсивность и суммарная величина дефор­маций усадки могут превысить значение предельной растяжимости ячеистого бетона и его релаксационную способность, что приведет к появлению и раскрытию трещин.

Учитывая, что снижение влажности ячеистого бето­на до 5% и меньше исключает отрицательное воздей­ствие на него атмосферного углекислого газа (С02), не­которые зарубежные фирмы добиваются снижения влажности ячеистого бетона за счет использования ва - куумирования после завершения цикла автоклавной обработки и последующего выдерживания изделий на вентилируемых складах. Нам представляется более эффективным применение специальных автоклавов, позволяющих совмещать гидротермальную обработ­ку и сушку крупноразмерных изделий из ячеистых бетонов.

Другим направлением является обеспечение такого влажностного режима высушивания изделий до равно­весного, при котором интенсивность суточных дефор­маций усадки (влажностной и карбонизационной) в первые 6 мес эксплуатации не превышает 0,002 (мм/м), сут'1. Для этого, например, могут быть реко­мендованы отделка ограждающих конструкций внут­ренней пароизоляцией или применение наружной вен­тилируемой облицовки. При выборе составов пароизо - ляционных покрытий целесообразно воспользоваться рекомендациями [5].

Не менее эффективным является формирование в процессе автоклавной обработки такой структуры це­ментирующих новообразований, которая на 60 -- 70% своего объема представлена низкоосновными гидроси­ликатами кальция типа CSH (I) и на 30 -- 40% хоро­шо закристаллизованным тоберморитом 1,13 нм. Та­кая структура, как это установлено Е. А. Галибиной и К. К. Эскуссон, является рациональной и с точки зре­ния прочностных показателей и в плане обеспечения высокой морозостойкости ячеистого бетона.

Высокой атмосферостойкостью обладают также яче­истые бетоны, цементирующее вещество силикатного камня которых представлено низко - и высокоосновны­ми гидросиликатами в таком соотношении, чтобы кар­бонизация не вызывала уменьшения объема кристал­лической части твердой фазы. Е. С. Силаенков устано­вил, что при использовании смешанного вяжущего со­става — цемент: известь = 1:1,5, обеспечивающего син­тез цементирующего вещества основностью Ca0/Si02-1, достигается высокая атмосферостойкость силикатных ячеистых материалов.