Зависимость прочности ячеистых бетонов от их объемного веса
Исследования зависимости прочности ячеистых бетонов от их объемного веса показали, что эта зависимость не линейна. На основании многочисленных экспериментальных данных установлено, что в интервале плотностей от 300 кг/м3 до 1200 кг/м3 графически ее можно отобразить в форме сложной параболической кривой (см. рис.2.1-1). На этой кривой можно выделить 4 фрагмента, ограниченных следующими показателями плотности: 300-650, 650-740, 740-1200, 1200-1800 кг/см3.
Впервые теоретическое обоснование связи между макроструктурой ячеистых бетонов (а следовательно, и пористостью) и их прочностью было дано Логиновым Г. И. и Филиным А. П. На основании строгих математических моделей, характеризующих заполняемость единицы объема шарообразными телами исследователи вывели столь же строгие закономерности, описывающие идеальную структуру ячеистого бетона.
Рис. 2.1-1 Зависимость прочности ячеистых бетонов от их объемного веса |
Известно, что наиболее плотной упаковкой шарообразных тел одинакового диаметра (в нашем случае это пузырьки пены) является их гексагональная укладка. При такой укладке в бетоне строго сферические поры одинакового диаметра создадут объемную пористость, равную 74,05 %. Таким образом, минимально достижимый объемный вес ячеистого бетона с порами одинакового диаметра зависит исключительно от плотности сырьевых компонентов, примененных для его производства. Для ячеистого бетона (при плотности 2730 кг/м3) она составит 700-720 кг/м3, для ячеистого силиката (при плотности 2690 кг/м3) - 690-710 кг/м3, для ячеистого шлакозолобетона (при плотности 2760 кг/м3) - 710-720 кг/м3 и т. д.
Безусловно, гексагональная упаковка является теоретически предельной упаковкой пор. В действительности, в силу случайного характера расположения пор их упаковка может лишь приближаться к гексоганальной, но никак не достигать ее. Поэтому лишь в ячеистых бетонах объемным весом свыше 700 кг/м3 желательно иметь большинство пор одинакового размера. Для более легких видов ячеистого бетона, как показывают теоретические исследования, наиболее оптимально некое смешанное сочетание пор разного диаметра.
(Это «некое смешанное сочетание» также имеет строгое математическое Обоснование и столь же строгое наименование - модальность. Под модальностью непрерывного распределения пор по радиусам их сечений называют значение, при котором эмпирическая плотность вероятности ( AN/NAR ) достигает Максимума. Иными словами, наиболее оптимально, когда размеры пузырьков Пены разнятся друг от друга примерно в полтора раза, а точнее, в 1,63 раза).
Если же стремиться к получению в ячеистых бетонах с объемной пористостью выше 74 % (плотность меньше 650 кг/м3) одинаковых по размеру сферических пор, то при этом получатся такие нежелательные для макроструктуры явления, как увеличение числа пор, сообщающихся между собой, их объединение, резкое отклонение от сферичности и т. д. Совершенно естественно ожидать, что зависимость технических свойств ячеистых бетонов от объемного веса должна резко меняться при значениях объемного веса, равных приблизительно 650-700 кг/м3.
Исходя из вышесказанного, необходимо разрабатывать такую технологию производства пористых строительных материалов, в частности, ячеистых бетонов, которая позволяла бы получать конструктивные изделия (воздушная пористость менее 74 %) с равномерно распределенными порами одинакового размера и максимально приближающимися к сферической форме. А теплоизоляционные изделия (воздушная пористость 75-95 %) - с двумодальным распределением по размерам воздушных округлых пор, при котором мелкие сферические поры будут расположены между более крупными.